Литьё цветных металлов в металлические формы - кокили

Рефераты по металлургии » Литьё цветных металлов в металлические формы - кокили

Министерство образования Российской Федерации

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра АПП

“Литьё цветных металлов в металлические формы (кокили)”.

Выполнил: студент

Группы 01-КТ-61

Агранович Олег

Проверил: Лецик В.И.

Краснодар 2003 год.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ.. 2

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ. ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.. 3

КОКИЛИ.. 6

Общие сведения. 6

Элементы конструкции кокилей. 7

Материалы для кокилей. 9

Изготовление кокилей. 10

Стойкость кокилей и пути ее повышения. 11

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ В КОКИЛЬ.. 13

Технологические режимы литья. 13

Особенности изготовления отливок из различных сплавов. 15

Отливки из алюминиевых сплавов. 16

Отливки из магниевых сплавов. 19

Отливки из медных сплавов. 20

Финишные операции и контроль отливок из цветных сплавов. 21

Дефекты отливок из цветных сплавов и меры их предупреждения. 21

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ. ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Кокиль (от франц. coquille) — металлическая форма которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В от­личие от разовой песчаной формы кокиль может быть использован многократно. Таким образом сущность литья в кок и ли состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм металлические части которых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки.

Кокиль (рис. 2.1) обычно состоит из двух полуформ 1 плиты 2 вставок 10. Полуформы взаимно центрируются штырями 8 и перед заливкой их соединяют замками 9. Размеры рабо­чей полости 13 кокиля больше размеров отливки на величину усадки спла­ва. Полости и отверстия в отливке могут быть вы­полнены металлическими 11 или песчаными 6 стерж­нями извлекаемыми из от­ливки после ее затвердева­ния и охлаждения до за­данной температуры. Рас­плав заливают в кокиль через литниковую систему 7 выполненную в его стен­ках а питание массивных

узлов отливки осущест­вляется из прибылей (питающих выпоров) 3. При заполнении ко­киля расплавом воздух и газы удаляются из егорабочей полости через вентиляционные выпоры 4 пробки 5 каналы 12 образующие вентиляционную систему кокиля.

Основные элементы кокиля — полуформы плиты вставки стержни т. д.— обычно изготовляют из чугуна или стали. Выше рассмотрен кокиль простой конструкции но в практике используют кокили различных весьма сложных конструкций.

Основные операции технологического процесса. Перед залив­кой расплава новый кокиль подготовляют к работе: поверхность рабочей полости и разъем тщательно очищают от следов загряз­нений ржавчины масла; проверяют легкость перемещения под­вижных частей точность их центрирования надежность крепле­ния. Затем на поверхность рабочей полости и металлических стержней наносят слой огнеупорного покрытия (рис. 2.2 а) — облицовки и краски. Состав облицовок и красок зависит в основ­ном от заливаемого сплава а их толщина — от требуемой скорости охлаждения отливки: чем толще слой огнеупорного покрытия тем медленнее охлаждается отливка. Вместе с тем слой огнеупорного покрытия предохраняет рабочую поверхность формы от резкого повышения ее температуры при заливке расплавления и схваты­вания с металлом отливки. Таким образом облицовки и краски выполняют две функции: защищают поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой и позволяют регулировать скорость охлаждения отливки а значит и процессы ее затверде­вания влияющие на свойства металла отливки.

Перед нанесением огнеупорного покрытия кокиль нагревают га­зовыми горелками или электрическими нагрева­телями до температуры 423—453 К. Краски нано­сят на кокиль обычно в виде водной суспензии че­рез пульверизатор. Капли водной суспензии попадая на поверхность нагретого кокиля испаряются а ог­неупорная составляющая ровным слоем покрывает поверхность.

После нанесения огне­упорного покрытия кокиль нагревают до рабочей тем­пературы зависящей в ос­новном от состава зали­ваемого сплава толщины стенки отливки ее разме­ров требуемых свойств.Обычно температура нагрева кокиля перед заливкой 473—623 К. Затем в кокиль устанавливают песчаные или керамические стержни (рис. 2.2 б) если таковые необходимы для получе­ния отливки; половины кокиля соединяют (рис. 2.2 в) и скреп­ляют специальными зажимами а при установке кокиля на ко­кильной машине с помощью ее механизма запирания после чего заливают расплав в кокиль. Часто в процессе затвердевания и охлаждения отливки после того как отливка приобретет достаточную прочность металлические стержни «подрывают» т. е. частично извлекают из отливки (рис. 2.2 г) до ее извлечения из кокиля. Это делают для того чтобы уменьшить обжатие усаживающейся отливкой металлического стержня и обеспечить его извлечение из отливки. После охлаждения отливки до заданной температуры кокиль раскрывают окончательно извлекают метал­лический стержень и удаляют отливку из кокиля (рис. 2.2 д). Из отливки выбивают песчаный стержень обрезают литники прибыли выпоры контролируют качество отливки. Затем цикл повторяется.

Перед повторением цикла осматривают рабочую поверхность кокиля плоскость разъема. Обычно огнеупорную краску наносят на рабочую поверхность кокиля 1—2 раза в смену изредка восста­навливая ее в местах где она отслоилась от рабочей поверх­ности. После этого при необходимости что чаще бывает при литье тонкостенных отливок или сплавов с низкой жидкотекучестью кокиль подогревают до рабочей температуры так как за время извлечения отливки и окраски рабочей поверхности он охлаждает­ся. Если же отливка достаточно массивная то наоборот кокиль может нагреваться ее теплотой до температуры большей чем требуемая рабочая и перед следующей заливкой его охлаждают. Для этого в кокиле предусматривают специальные системы охлаждения

Как видно процесс литья в кокиль — малооперацион-н ы и. Манипуляторные операции достаточно просты и кратковре-менны а лимитирующей по продолжительности операцией являет­ся охлаждение отливки в форме до заданной температуры. Практи­чески все операции могут быть выполнены механизмами машины или автоматической установки что является существенным преи­муществом способа и конечно самое главное — исключается трудоемкий и материалоемкий процесс изготовления формы: Ко­киль используется многократно.

Особенности формирования и качество отливок. Кокиль — металлическая форма обладающая по сравнению с песчаной зна­чительно большей теплопроводностью теплоемкостью проч­ностью практически нулевыми газопроницаемостью и газотвор-. ностью. Эти свойства материала кокиля обусловливают рассмот­ренные ниже особенности его взаимодействия с металлом отливки.

1. Высокая эффективность теплового взаимодействия между отливкой и формой: расплав и затвердевающая отливка охлаж­даются в кокиле быстрее чем в песчаной форме т. е. при одинако­вых гидростатическом напоре и температуре заливаемого расплава заполняемость кокиля обычно хуже чем песчаной формы. Это осложняет получение в кокилях отливок из сплавов с пониженной жидкотекучестью и ограничивает минимальную толщину стенок и размеры отливок. Вместе с тем повышенная скорость охлажде­ния способствует получению плотных отливок с мелкозернистой структурой что повышает прочность и пластичность металла отли­вок. Однако в отливках из чугуна получаемых в кокилях вслед­ствие особенностей кристаллизации часто образуются карбиды ферритографитная эвтектика отрицательно влияющие на свойства чугуна: снижается ударная вязкость износостойкость резко воз­растает твердость в отбеленном поверхностном слое что затрудня­ет обработку резанием таких отливок и приводит к необходимости подвергать их термической обработке (отжигу) для устранения отбела.

2. Кокиль практически неподатлив и более интенсивно препят­ствует усадке отливки что затрудняет извлечение ее из формы может вызвать появление внутренних напряжений коробление и трещины в отливке.

Однако размеры рабочей полости кокиля могут быть выпол­нены значительно точнее чем песчаной формы. При литье в кокиль отсутствуют погрешности вызываемые расталкиванием модели упругими и остаточными деформациями песчаной формы сни­жающими точность ее рабочей полости и соответственно отливки. Поэтому отливки в кокилях получаются более точными. Точность отливок в кокилях обычно соответствует 12—15-ам квалитетам по СТ СЭВ 145—75. При этом точность по 12-му квалитету воз­можна для размеров расположенных в одной части формы. Точность размеров расположенных в двух и более частях формы а также оформляемых подвижными частями формы ниже. Коэф­фициент точности отливок по массе достигает 0 71 что обеспе­чивает возможность уменьшения припусков на обработку реза­нием.

3. Физико-химическое взаимодействие металла отливки и ко­киля минимально что способствует повышению качества поверх­ности отливки. Отливки в кокиль не имеют пригара. Шерохова­тость поверхности отливок определяется составами облицовок и красок наносимых на поверхность рабочей полости формы и соответствует Rz = 80-10 мкм но может быть и меньше.

4. Кокиль практически газонепроницаем но и газотворность его минимальна и определяется в основном составами огнеупор­ных покрытий наносимых на поверхность рабочей полости. Однако газовые раковины в кокильных отливках — явление не редкое. Причины их появления различны но в любом случае расположение отливки в форме способ подвода расплава и вентиляционная система должны обеспечивать удаление воздуха и газов из кокиля при заливке.

Эффективность производства и область применения. Эффек­тивность производства отливок в кокиль как впрочем и других способов литья зависит от того насколько полно и правильно инженер-литейщик использует преимущества этого процесса учи­тывает его особенности и недостатки в условиях конкретного про­изводства.

Ниже приведены преимущества литья в кокиль на основе

производственного опыта.

1. Повышение производительности труда в результате исклю­чения трудоемких операций смесеприготовления формовки очист­ки отливок от пригара. Поэтому использование литья в кокили по данным различных предприятий позволяет в 2—3 раза повы­сить производительность труда в литейном цехе снизить капиталь­ные затраты при строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счет сокращения требуемых производственных площадей расходов на оборудование очистные сооружения уве­личить съем отливок с 1 м площади цеха.

2. Повышение качества отливки обусловленное использова­нием металлической формы повышение стабильности показателей качества: механических свойств структуры плотности шерохова­тости точности размеров отливок.

3. Устранение или уменьшение объема- вредных для здоровья работающих операций выбивки форм очистки отливок от пригара их обрубки общее оздоровление и улучшение условий труда меньшее загрязнение окружающей среды.

4. Механизация и автоматизация процесса изготовления от­ливки обусловленная многократностью использования кокиля. При литье в кокиль устраняется сложный для автоматизации процесс изготовления литейной формы. Остаются лишь сборочные операции: установка стержней соединение частей кокиля и их крепление перед заливкой которые легко автоматизируются. Вме­сте с тем устраняется ряд возмущающих факторов влияю­щих па качество отливок при лигье в песчаные формы таких как влажность прочность газопроницаемость формовочной смеси что делает процесс литья в кокиль более управляемым. Для получения отливок заданного качества легче осуществить автоматическое регулирование технологических параметров процесса. Автомати­зация процесса позволяет улучшить качество отливок повысить эффективность производства изменить характер труда литейщи­ка-оператора управляющего работой таких комплексов.

Литье в кокили имеет и недостатки.

1. Высокая стоимость кокиля сложность и трудоемкость его

изготовления.

2. Ограниченная стойкость кокиля измеряемая числом годных отливок которые можно получить в данном кокиле (см. табл. 2.3). От стойкости кокиля зависит экономическая эффективность про­цесса особенно при литье чугуна и стали и поэтому повышение стойкости кокиля является одной из важнейших проблем техно­логии кокильного литья этих сплавов.

3. ложность получения отливок с поднутрениями для выпол­нения которых необходимо усложнять конструкцию формы — делать дополнительные разъемы использовать вставки разъем­ные металлические или песчаные стержни.

4. Отрицательное влияние высокой интенсивности охлаждения расплава в кокиле по сравнению с песчаной формой. Это ограни­чивает возможность получения тонкостенных протяженных отли­вок а в чугунных отливках приводит к отбелу поверхностного слоя ухудшающему обработку резанием; вызывает необходимость термической обработки отливок.

5. Неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений а иногда к трещинам.

Преимущества и недостатки этого способа определяют р а-циональную область его использования: экономически целесообразно вследствие высокой стоимости кокилей применять этот способ литья только в серийном или массовом производстве. Серийность при литье чугуна должна составлять более 20 крупных или более 400 мелких отливок в год а при литье алюминиевых — не менее 400—700 отливок в год.

Эффективность литья в кокиль обычно определяют в сравне­нии с литьем в песчаные формы. Экономический эффект достигается благодаря устранению формовочной смеси повышению ка­чества отливок их точности уменьшению припусков на обработку снижению трудоемкости очистки и обрубки отливок механизации и автоматизации основных операций и как следствие повышению производительности и улучшению условий труда.

Таким образом литье в кокиль с полным основанием следует отнести к трудо- и материалосберегающим малооперационным и малоотходным технологическим процессам улучшающим усло­вия труда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.

КОКИЛИ

Общие сведения

В производстве используют кокили различных конструкций.

Классификация конструкций кокилей. В зависимости от распо­ложения поверхности разъема кокили бывают: неразъемные (вытряхные); с вертикальной плоскостью разъема; с горизонталь­ной плоскостью разъема; со сложной (комбинированной) поверх­ностью разъема.

Неразъемные или вытряхные кокили (рис. 2.3) применяют в тех случаях когда конструкция отливки позволяет удалить ее вместе с литниками из полости кокиля без его разъема. Обычно эти отливки имеют достаточно простую конфигурацию.

Кокили с вертикальной плоскостью разъема (см. рис. 2.1) состоят из двух или более полуформ. Отливка может располагаться целиком в одной из половин кокиля в двух половинах кокиля одновременно в двух половинах кокиля и в ниж­ней плите.

Кокили с горизонтальным разъемом (рис. 2.4) применяют преимущественно для простых по конфигурации а также крупногабаритных отливок а в отдельных случаях для отливок достаточно сложной конфигурации.

Кокили со сложной (комбинированной) поверхностью разъема (рис. 2.5) используют для изготовления отливок сложной конфигурации.

По числу рабочих полостей (гнезд) определяющих возможность одновременного с одной заливки изготовления того или иного количества отливок кокили разделяют на одноместные (см. рис. 2.1) и многоместные (см. рис. 2.4).

В зависимости от способа охлаждения разли­чают кокили с воздушным (естественным и принудительным) с жидкостным (водяным масляным) и с комбинированным (водо-воздушным и т. д.) охлаждением. Воздушное охлаждение исполь­зуют для малотеплонагруженных кокилей. Водяное охлаждение используют обычно для высокотеплонагруженных кокилей а так­же для повышения скорости охлаждения отливки или ее отдельных частей. На рис. 2.6 представлен кокиль с воздушным охлажде­нием. Ребра на стенках кокиля увеличивают поверхность сопри­косновения охладителя — воздуха — с кокилем и соответственно теплоотвод. На рис. 2.7 представлен водоохлаждаемый кокиль для отливки барабана шахтной лебедки из высокопрочного чугуна. Вода подается раздельно в обе половины кокиля нижнюю плиту и верхнюю крышку.

Элементы конструкции кокилей

Кокиль как и любая литейная форма — ответственный и точ­ный инструмент. Технические требования к кокилям оговорены ГОСТом. Конструктивное исполнение основных элементов коки­лей — полуформ плит металлических стержней вставок — зави­сит от конфигурации отливки а также от того предназначена ли форма для установки на кокильную машину.

К основным конструктивным элементам кокилей относят:

формообразующие элементы — половины кокилей ниж­ние плиты (поддоны) вставки стержни; конструктивные элементы — выталкиватели плиты выталкивателей запираю­щие механизмы системы нагрева и охлаждения кокиля и отдель­ных его частей вентиляционную систему центрирующие штыри и втулки.

Корпус кокиля или его половины выполняют коробчаты­ми с ребрами жесткости. Ребра жесткости на тыльной нерабочей стороне кокиля делают невысокими толщиной 0 7—0 8 толщины стенки кокиля сопрягая их галтелями с корпусом. Толщина стенки кокиля зависит от состава заливаемого сплава и его тем­пературы размеров и толщины стенки отливки материала из которого изготовляется кокиль конструкции кокиля. Толщина стенки кокиля должна быть достаточной чтобы обеспечить задан­ный режим охлаждения отливки достаточную жесткость кокиля и минимальное его коробление при нагреве теплотой залитого расплава стойкость против растрескивания.

Размеры половин кокиля должны позволять размещать его на плитах кокильной машины. Для крепления на плитах машины кокиль имеет приливы.

Стержни в кокилях могут быть песчаными и металли­ческими.

Песчаные стержни для кокильных отливок должны обладать пониженной газотворностью и повышенной поверхностной проч­ностью. Первое требование обусловлено трудностями удаления газов из кокиля; второе — взаимодействием знаковых частей стержней с кокилем в результате чего отдельные песчинки могут попасть в полость кокиля и образовать засоры в отливке. Стерж­невые смеси и технологические процессы изготовления песчаных стержней могут быть различными — по горячим ящикам (сплош­ные и оболочковые стержни) из холоднотвердеющих смесей и т. д.

В любом случае использование песчаных стержней в кокилях вызывает необходимость организации дополнительной технологи­ческой линии для изготовления стержней в кокильном цехе.

Страницы: 1 2 3