Литье в металлические формы

Металлические формы (кокили) изготавливают из чугуна, стали и других сплавов. В кокилях получают 45 % всех алюминиевых и магниевых отливок, 11 % чугунных и 6 % стальных.

Конструкции кокилей разнообразны, могут быть неразъемными и разъемными, но чаще всего кокиль изготавливают из двух половин. Плоскость разъема может быть вертикальной и горизонтальной. Внутренняя, рабочая часть кокиля соответствует внешней конфигурации отливки. После затвердевания металла кокиль раскрывают и вынимают из него отливку. Чтобы уменьшить скорость охлаждения отливок, избежать образования закаленного слоя и повысить стойкость кокиля, на его внутреннюю поверхность наносят теплоизоляционные, противопригарные покрытия. Их приготовляют из огнеупорных материалов (кварцевой муки, молотого шамота, графита, мела, талька и др.) и связующего материала (жидкого стекла, сульфитного щелока и др.). После нанесения покрытия кокиль подвергается подсушке и прокалке.

В зависимости от толщины и свойств применяемых покрытий кокили различают кокили с тонкослойным покрытием толщиной до 0,5 мм (для цветных металлов) и кокили футерованные с толщиной покрытия до 10 мм (для крупных отливок из чугуна и стали).

Кокиль предварительно нагревают до температуры 150–180 °С, покрывают рабочую поверхность из пульверизатора слоем защитного покрытия толщиной 0,3–0,8 мм. С помощью манипулятора устанавливают песчаный стержень для получения расширяющейся полости в отливке. Половины кокиля соединяют, скрепляют и заливают расплав. После затвердевания отливки и охлаждения ее до температуры выбивки кокиль раскрывают и протягивают вниз металлический стержень. Отливка удаляется из кокиля. Полости в отливках оформляют песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями. Песчаные стержни используют для получения отливок из чугуна, стали и цветных сплавов, а металлические – для получения отливок из алюминия и магния. Для литья в кокиль применяют одно- и многопозиционные автоматические кокильные машины.

Технико-экономическое обоснование литья
в металлические формы

Кокиль – форма многократного использования. В нем можно получать до 300 стальных отливок, несколько тысяч отливок из алюминиевых сплавов. Преимущества: обеспечивается получение отливок с высоким качеством металла, повышенной точностью и чистотой поверхности; улучшаются санитарно-гигиенические условия труда; есть возможность полной автоматизации процесса.

К недостаткам способа относятся высокая стоимость кокиля и трудоемкость его изготовления. Можно отливать детали только относительно простой конфигурации. При литье в металлические формы из-за быстрого охлаждения уменьшается жидкотекучесть расплава. Возможно возникновение газовой пористости из-за отсутствия газопроницаемости формы.

Литье в металлические формы применяется и как самостоятельный способ, и в других способах литья (литье под давлением, центробежное литье). Кокили применяют, в основном, для получения отливок из цветных металлов и сплавов, реже – из стали и чугуна.

Литье под давлением

Литье под давлением – наиболее производительный способ изготовления отливок из цветных металлов с высокой точностью и чистотой поверхности. Расплавленный металл заполняет стальную пресс-форму под давлением поршня до 3000 атм., быстро затвердевает и образует отливку.

Наибольшее распространение получили машины с холодной и горячей камерой прессования. В м ашинах с холодной камерой прессования дозу расплавленного металла заливают в горизонтальную камеру прессования и подают поршнем в пресс-форму, состоящую из двух полуформ: подвижной и неподвижной. Для образования полости в отливке применяют металлический стержень. После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается, и отливка удаляется при помощи толкателей. Давление поршня на жидкий металл составляет от 400 до 2000 кгс/см², масса отливок – до 45 кг.

Поршневые машины с горячей камерой прессования развивают давление на металл 100-300 кгс/см². Особенность их устройства состоит в том, что камеру прессования располагают в обогреваемом тигле с жидким металлом. При верхнем положении плунжера сплав через отверстия заполняет камеру. При движении вниз плунжер перекрывает эти отверстия, сплав под давлением заполняет полость пресс-формы. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки металла из канала сливаются в камеру прессования. Отливка удаляется из пресс-формы толкателями.

Такие машины применяют для литья из свинцово-сурьмянистых, цинковых, магниевых и алюминиевых сплавов с невысокой температурой плавления, не взаимодействующих с материалами тигля и камеры прессования.

Благодаря малому охлаждению сплава при заполнении пресс-формы на таких машинах можно производить очень мелкие детали – массой до нескольких граммов. Обычно масса отливок не превышает 25–30 кг. Машины имеют очень высокую производительность – до 3000 и более отливок в час при работе в автоматическом режиме. Особенности формирования отливок: При литье под давлением расплав заполняет пресс-форму с очень большой скоростью (за доли секунды). При этом происходит быстрое закупоривание вентиляционных каналов пресс-формы и из ее полости не полностью удаляются воздух и газы, образующиеся при испарении и сгорании смазки. В затвердевшей отливке появляется газовая пористость.