Литье в кокиль - описание процесса

Способ изготовления деталей методом заливки расплавленного металла в специальную форму называется литьем. Он известен человечеству с давних времен. Среди разнообразных видов этого процесса литье в кокиль занимает особое место. Значительная часть литейных отливок изготовлена именно этим методом.

Процесс литья в кокиль

Кокильное литье – особый вид получения фасонных отливок методом залива расплавленного металла в специальные разъемные металлические формы, которые называют кокиль. Он состоит из 2х полуформ, плиты и вставки. Полуформы скрепляют с помощью замков. Для выравнивания и центрирования используют штыри.

Технология изготовления отливок при данном виде литья включает в себя несколько этапов.

1. подготовительный этап:
• Очистка поверхностей от грязи, масляных пятен, ржавчины;
• нагрев кокильной формы перед заливкой в нее раскаленного металла;
• нанесение термоизолирующего покрытия;
• нанесение слоя краски. Это необходимо для регулирования скорости охлаждения и затвердевания металла, так как интенсивное охлаждение расплава отрицательно влияет на качество отливки.
• При нанесении термоизолирующего слоя используют различные огнеупорные материалы: асбест; графит; тальк; карбид; шамот. Термоизолирующее покрытие позволяет избежать появления раковин, скопления газов, пригара отливки к кокилю. При изготовлении крупных стальных деталей применяют футерованные формы, которые имеют толщину защитного покрытия 10 мм и более;
2. установка стержней и втулок;
3. закрытие кокиля на замки, рычаги, зажимы или другие запорные устройства;
4. заливка расплавленного металла через литник;
5. охлаждение формы и отливки до заданной температуры;
6. открытие кокиля;
7. извлечение отливки из формы;
8. удаление литников и промывников.

Использование стержней в разъемных формах: - при использовании простых стержней в фасонных отливках получают полости простой конфигурации; - при использовании разъемных механических стержней получают полости более сложных конфигураций; - для образования замкнутых полостей используют песчаные стержни; - для получения полостей сложных очертаний и конфигураций используют металлические и песчаные стержни комбинируют.

Плюсы и минусы процесса кокильного литья

Литье в кокиль имеет явные преимущества перед другими видами аналогичного процесса, в том числе перед литьем в песчаные формы, так как оно:

• дает возможность многоразового использования форм;
• сокращает расходы на формовочные материалы;
• позволяет получить отливки повышенной точности, с меньшими припусками на механическую обработку;
• обеспечивает более чистовую поверхность литья, снижает шероховатость поверхности заготовки;
• позволяет повысить качество, прочность и другие механические свойства отливок;
• позволяет автоматизировать и механизировать процесс;
• является более экономичным и эффективным.

При том, что данный процесс имеет явные преимущества по сравнению с другими методами литья, стоит отметить некоторые недостатки:

• трудоемкость и сложность самого процесса изготовления кокилей;
• высокая стоимость изготовления кокилей, которая повышается в зависимости от сложности конфигурации формы;
• ограниченное число отливок, так как кокиль не вечный, имеет ограниченную износостойкость;
• невозможность изготовления отливок с более тонкими стенками, «отбел» чугуна, сложности при изготовлении стальных отливок (газовая пористость);
• неподатливость форм, что иногда приводит к деформациям и трещинам в заготовках, короблению стенок кокиля во время литья;
• необходимость использования стержней, вентканалов, газоотводов, термоизолирующих покрытий.

Особенности конструкции кокилей и материалы

Конструкции кокилей, которые используются в металлургическом производстве делятся на два вида:

1. разъемные;
2. неразъемные (вытряхные, название говорит само за себя).

Второй вид конструкции форм используется если отливки имеют простую конфигурацию.

Разъемные формы, в свою очередь, по форме плоскости разъема бывают:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• наклонные;
• со створчатой плоскостью разъема;
• со сложной плоскостью разъема.

Каждая часть формы называется полуформой. Они бывают:

1. коробчатые;
2. с ребрами жесткости (что позволяет избежать коробления стенок формы).

Разъемные формы подразумевают использование дополнительных технологических элементов:

• стержней (металлических или песчаных);
• вставок;
• оснований;
• поддонов;
• толкателей;
• центрирующих штырей;
• втулок.

Способы подачи в форму раскаленного металла: сверху; сбоку; снизу (сифонный метод).

Для обеспечения технологического процесса кокиль оснащается:

• вентиляционной системой (система вентканалов, выпоры, зазоры);
• газоотводными каналами (чаще всего направленными вверх);
• системой нагрева и охлаждения (водоохлаждение включают после образования корки на отливке).

Материалы для изготовления кокилей

В кокиле во время литья происходят резкие перепады температур, обусловленные технологическим процессом, что может привести к необратимым изменениям в структуре формы.

В связи с этим материалы для изготовления кокилей должны обладать следующими качествами:

• термоустойчивость;
• иметь высокие механические свойства;
• быть высококачественными;
• высокопрочными;
• быть легкими в обработке;
• иметь доступную цену.

На практике, для изготовления кокильных форм, чаще всего используют следующие материалы:

• сталь низкоуглеродистая, легированная сталь и ее сплавы (Ст3, Ст10, Ст20, Ст15ХМЛ);
• чугун, в том числе и высокопрочный (СЧ20, СЧ25, ВЧ40, ВЧ45);
• медь и ее сплавы;
• алюминий и его сплавы.

Стержни чаще всего изготавливают из углеродистой или легированной стали, а песчаные – из песчано-масляной или песчано-смоляной смесей. Для остальных деталей кокильных форм - поддонов, толкателей, втулок, штырей, болтов, используют в основном конструкционную сталь.

Область применения кокильного литья

Благодаря кокильному литью серийное производство не только в РФ, но и во всем мире обеспечено литыми деталями более чем на 40%, по сравнению с другими видами литья.

Методом кокильного литья получают отливки из чугуна, стали и ее сплавов, магния, алюминия и их сплавов. всевозможного назначения и веса. Из отливок вытачивают различные детали, которые широко используются в машиностроении, вагоностроении, автомобилестроении, в тракторостроении, при укладке газопроводов и т.д.

Все отрасли промышленности и машиностроительного производства используют детали, изготовленные методом кокильного литья: поршни, блоки, цилиндры, корпуса электродвигателей, щеки подшипников, фланцы, рамы, фитинги, шнеки, зубчатые колеса и множество других частей машин и механизмов.

Современная промышленность нуждается в огромном количестве деталей, большая часть из которых – литые. Они могут иметь вес от нескольких грамм до сотен килограммов.

Литье в многоразовые металлические формы – кокили, является одним из самых прогрессивных и эффективных видов литья, так как они могут выдерживать от нескольких наливов до десятков тысяч использований (изготовление деталей из алюминия).

Возможность модернизации, механизации и автоматизации кокильного литья позволяет полностью покрыть дефицит литых изделий в промышленности и свести к минимуму использование тяжелого ручного труда.