Кокильное литье алюминия

Литье в кокиль

Литье в кокиль – это технологический процесс изготовления отливок путем заливания металлического расплава в многооборотные формы, выполненные из металла (сталь, чугун и пр.). Эту форму называют кокиль.

Процесс литья в кокиль

Перед началом литья в кокиль металлического расплава необходимо выполнить операции технологического процесса по подготовке его к работе. Эта работа выполняется в несколько этапов.

  1. Поверхности кокиля и место стыков полуформ необходимо очистить от загрязнений, коррозии, масел.
  2. Выполняют проверку подвижности перемещающихся деталей, точность их установки и надежность крепления на местах для этого предназначенных.
  3. На этом этапе поверхности формы смазывают огнестойкими материалами. В этом качестве применяют специальные краски и смазки.

Технологический процесс литья в кокиль

Веществ, которые применяют при облицовке кокиля, зависят от марки заливаемого состава. Толщина покрытия зависит от необходимой скорости охлаждения отлитой заготовки. То есть, чем больше слой наносимой облицовки, тем заготовка будет медленнее охлаждаться. Огнестойкий слой призван решить еще одну задачу в процессе этого литья – обеспечить сохранность формы от скачка температуры во время заливки металла, а также оплавления ее частей и их схватывания с расплавом. В состав огнеупорной облицовки могут входить следующие материалы – кварц, глина, жидкое стекло, графит.

Процесс отлива в кокиль

Перед началом заливки металла форму прогревают до температуры порядка 200 градусов. Эта температура определяется маркой заливаемого металла и габаритов отливки.

Конструктивные особенности кокиля

Кокиль для литья – это многооборотная форма, изготавливаемая из металла. Несмотря на то что в такие формы могут использовать для получения отливок разных форм, их принципиальная конструкция одинакова. В состав кокиля для литья входят полуформы, плита, различные вставки и литейные стержни. С помощью последних, происходит формирование отливки. Для его центрирования и соединения применяют штыри. Непосредственно перед началом заливки полуформы фиксируют с помощью специальных замков. Металлический расплав подают в форму через систему литников.

Литье в металлические формы (кокиль)

По мере заполнения кокиля излишки воздуха выводятся через воздуховодные каналы.

В литейном производстве применяют и другой вид форм – их называют вытряхными. Эти формы отличаются тем, что они неразъемные и применяются для отливок простой формы.

Процесс изготовление кокиля и используемые материалы

При изготовлении кокилей проектировщик должен руководствоваться марками сплава, которые будут заливаться в изготавливаемую форму. Разумеется, он должен учитывать и размер деталей, получаемых в результате литья в эту оснастку.

Так, при изготовлении деталей с небольшими габаритами из цветных металлов, чугуна и некоторых других материалов рекомендуется использовать для производства литейных форм серые чугуны 20 или 25. Для производства кокилей применяют и другие виды материалов. Надо отметить, что чем прочнее материал, например, сталь 15Л, тем выше стойкость формы. Для определенных марок металла формы производят из алюминия, но перед эксплуатацией этих кокилей рабочие поверхности анодируют.

Производство кокилей выполняют на оборудовании объемной штамповки. Но современное оборудование, работающее под управлением компьютера, например, токарно-фрезерный центр позволяет производить особо точные формы.

Преимущества и недостатки литья в кокиль

Литье этого типа, как и многие технологические процессы, обладают и преимуществами, и недостатками. Можно сравнить литье в кокильную оснастку с литьем в песчаные формы.

К основным преимуществам можно отнести то, что литье в металлические формы отличается от всех остальных качеством получаемых деталей, в частности, точностью. Применение песочных стержней позволяет выполнять отливки сложной формы.

Использование металлических кокилей позволяет повысить производительность труда на литейном производстве. Это обусловлено тем, что из производства исключены такие операции, как приготовление литьевой смеси, и чистки отливок.

Использование такого типа литья позволяет уменьшить припуски на дальнейшую механическую обработку. Такой подход позволяет снизить себестоимость готового изделия.

Такое свойство кокилей, как оборачиваемость позволяет механизировать процессы литья и последующей обработки отливок. Например, операция сборки этой оснастки может быть легко автоматизирована. Кроме того из процессов исключены факторы, которые могут отрицательно сказаться на качестве отливок, например, газопроницаемость смеси. Автоматизация литейных процессов регулировать технологические режимы литейных процессов, что приводит к изменению характера труда оператора литейного комплекса и повышению его безопасности.

Между тем при множестве достоинств литье этого класса имеет и ряд недостатков.

Кокиль обладает высокой стоимостью, это является следствием его конструктивной сложности и и высокой трудоемкости производства. Особенно это относится к оснастке, в которые отливают детали сложной геометрической конфигурации.

Литейная оснастка такого типа имеет ограниченную стойкость. Стойкость оснастки определяется количеством качественных отливок. При снижении качества, его просто направляют в утилизацию. Стойкость – это ключевой экономический показатель литья. Над повышением стойкости форм этого класса работают производители и проектировщики оборудования для литья в формы этого типа по всему миру.

Литье сплава в кокиль

Интенсивность охлаждения отливок в кокиле существенно выше, чем в песчаных или земляных оснастках. Это приводит к тому, что ограничена возможность изготовления отливок с тонкими стенками.

Поскольку эти оснастки не обладает достаточной податливостью – это может привести к появлению в отлитых деталях внутренних напряжений. Которые потом устраняют с помощью термообработки.

Область применения

Кокильное литье широко используют для производства отливок из черных и цветных металлов. На автоматизированном оборудовании, предназначенном для этой обработки металлов допустимо литье алюминия в кокиль, но при этом вес отливки не должен превышать 30 кг.

На неавтоматизированном оборудовании допустимо литье чугуна в кокиль, при этом масса отливки не должна превышать 12 тонн.

Этапы литья в кокиль

Сложно найти промышленную отрасль, в которой не применяют литье в кокиль. Эта технология позволяет изготавливать широкий круг деталей из различных металлов. Например, на электротехнических заводах их применяют для отливки деталей электрических машин, на предприятиях, которые выпускают силовые установки для автомобилей, эту технологию применяют для производства головок блока цилиндров или картеров защиты.

Кокильная литейная машина

Практика показывает, что чаще всего литье этого типа применяют в отношении алюминия и его сплавов. На втором месте стоит чугун и на третьем сталь.

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.

Читайте также  Технология сварки алюминия аргоном

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.

Литье металла в кокиль

Литье в кокиль — это технология литья металлов с применением разборной формы (кокиля), изготовленной из металла и выдерживающей до 10 тысяч заливок. При этом на расплавленный металл внутри кокиля не оказывается никакого внешнего воздействия, кроме силы тяжести. Технология литья в кокиль отличается высоким качеством и производительностью, поэтому получила широкое распространение в серийном и крупносерийном производстве деталей из стали, чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов.

  • Механическая обработка
  • Термическая обработка
  • Химико-термическая обработка
  • Резка металла
  • Гибка металла
  • Сварочные работы
  • Литьё металла
    • Литье в жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС)
    • Литье в керамические формы
    • Литье в кокиль
    • Литье в оболочковые формы
    • Литье в песчаные формы (ПГС)
    • Литье в формы с наружным отверждением
    • Литье в холоднотвердеющие смеси (ХТС)
    • Литье в шаблонные формы
    • Литье под давлением
    • Литье по легко выплавляемым моделям (ЛВМ)
    • Литье по легко газифицируемым моделям (ЛГМ)
    • Литье по чертежам заказчика
    • Литье с безопочной формовкой
    • Литье с вакуумной формовкой
    • Литье с вакуумно-плёночной формовкой
    • Литье со стопочной формовкой
    • Центробежное литье
    • Центробежное электрошлаковое литье (ЦЭШЛ)
    • Электрошлаковое литье (ЭШЛ)
  • Обработка металлов давлением
  • Прочие услуги металлообработки
  • Изготовление деталей

Рекомендуемые предприятия в Московской области

ООО «ИМПОРТПРОМ»

Московская обл., д. Путилково, 69-й км МКАД, стр. 19

ИП Тищенко Т. А.

Московская обл., Воскресенский район, п. Имени Цюрупы, ул. Октябрьская, д. 36

«Не нашли подходящего исполнителя? Разместите заказ
на портале и получайте предложения от предприятий уже сегодня.
Это бесплатно и не займет много времени»

Предприятия в Московской области

ООО «Зубикс»

Московская обл., г. Москва, 4-й проезд Подбельского, д. 3, стр. 1

ООО «ПК ТРУБОКОНСТРУКЦИЯ»

Московская обл., г. Наро-Фоминск, ул. Погодина, д. 93А

ООО «Стимул»

Московская обл., Ленинский район, пгт. Горки Ленинские, промзона Технопарк

ООО «РУСЭЛПРОМ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ»

Московская обл., г. Кашира, ул. Центролит, д. 7

ООО «Энергия»

Московская обл., г. Сергиев Посад, пр. Красной Армии, д. 212В, корп. 238

ООО «ТЕНТЕК»

Московская обл., г. Москва, Ленинградское шоссе, д. 71Б

ООО «НПП КОМЕТА»

Московская обл., г. Москва, Перовское шоссе, д. 9, стр. 1

ООО «ФОРА РОБОТИКС»

Московская обл., г. Одинцово, Транспортный проезд, д. 13

ООО «ВТНК»

Московская обл., г. Москва

ИП Муковнин Д. О.

Московская обл., г. Домодедово

«Не нашли подходящего исполнителя? Разместите заказ
на портале и получайте предложения от предприятий уже сегодня.
Это бесплатно и не займет много времени»

Литье в кокиль в соседних регионах

Посмотрите информацию о предприятиях, которые оказывают услугу «Литье в кокиль» в соседних регионах. Возможно вы найдете подходящего исполнителя среди них.

Калужская область (3) Ярославская область (3) Рязанская область (2) Тверская область (1) Владимирская область (1) Тульская область (0) Смоленская область (0)

Что это такое литье металла в кокиль?

Для выполнения различных заказов литейщики часто прибегают к литью в кокиль. Под таким «загадочным» термином скрывается всего лишь специальная многооборотная форма из металла. На поверхности емкости не должно быть никаких признаков коррозии или остатков масел. Обязательное требование — проверка подвижности отдельных деталей. Поверхность требуется еще и смазывать огнестойкими, жаростойкими материалами. Чаще всего используют лаки и краски специального образца. Создаваемый слой определяется тем, насколько быстро должно происходить остужение заготовки. Разумеется, чем толще облицовка, тем ниже теплопроводность.

Услуги литья алюминия в кокиль подразумевают применение литейных форм из серого чугуна. По возможности стараются также наращивать прочность подобных форм, чтобы избежать их преждевременного разрыва. Отливка в кокиль:

  • гарантирует повышенное качество заготовок;
  • существенно повышает производительность;
  • сокращает припуски при последующих механических воздействиях;
  • позволяет исключить воздействие факторов, которые негативно отражаются на качестве металла — к примеру, предотвращается насыщение газами;
  • обеспечивает отличную автоматизацию рабочего процесса;
  • существенно удорожает работу (так как хорошие формы дешевыми не бывают);
  • технологически сложна (особенно сложно само производство кокилей);
  • заставляет часто менять формы, потому что они отличаются малой устойчивостью — и даже новейшие разработки лишь частично компенсируют эту проблему.

Виды литья металла в кокиль

Чаще всего кокиль применяют при литье алюминия. Но надо понимать, что масса готовой отливки не превышает 30 килограммов, если применяется автоматика. При отсутствии автоматических процессов допускается обработка до 12 тонн металла за один раз. Для работы могут применяться разъемные и неразъемные кокили. При этом разъемные конструкции дополнительно делят на горизонтальную, наклонную, вертикальную, створчатую и сложно-плоскостную разновидности. Материал кокилей тоже разнообразен — применяют низкоуглеродистые и легированные марки стали, медь и сплавы на ее базе, особо прочные марки чугуна, алюминиевые сплавы.

Применение литья металла в кокиль на предприятиях

На предприятиях, оказывающих услуги по литью в кокиль, могут работать и с черными, и с цветными металлами. Подобная процедура систематически проводится в интересах:

  • общего, легкого, среднего и тяжелого машиностроения;
  • производства электротехнических систем;
  • получения двигателей автомобилей;
  • выполнения прочих заказов по обработке алюминия, в меньшей степени — чугуна и стали;
  • укладчиков газопроводов;
  • получения цилиндров, поршней, зубчатых колес, шнеков, фланцев, фитингов.

Портал «Металлообработчики»
в Московской области

Что такое кокиль? Изготовление кокиля. Литьё в кокиль

Что общего между закуской из морепродуктов и формой для литья? Тот, кто разбирается одновременно и в кулинарии, и в металлургии, вспомнить о названии «кокиль».

Во французской кухне им именуют горячее блюдо из рыбы , подаваемое в металлической посуде, напоминающей створку морской раковины. Чаша именуется кокильницей. В металлургии она выглядит иначе. Как именно? С этого начнем обзор.

Что такое кокиль?

Кокиль на фото, предстаёт как металлические сосуды различных форм и размеров. Все зависит от того, какую отливку нужно получить. В кокилях, к примеру, формируют чугунные изделия .

Бывают разъемные и неразъемные формы. Последние, называются вытряхными. Готовые изделия из них попросту вытрясают. Понятно, что литье должно иметь простые формы, иначе, застрянет в сосуде.

Разъемные кокили предназначены для отливки изделий сложных форм. От их сложности зависит количество разъемов. К тому же, бывают одно- и многоместные кокили. В последних, присутствуют несколько рабочих полостей. Это позволяет делать отливки в кокиль, экономя время, формируя сразу партию товара.

Поскольку в производственные кокили заливают не горячую еду, а расплавленные металлы , емкости должны быть устойчивыми к высоким температурам, причем неоднократным. Поэтому, для изготовления литейных форм подходит узкий круг материалов. Рассмотрим их.

Изготовление кокиля

Изготовление кокилей для литья ориентируется на то, с какими сплавами им предстоит взаимодействовать. Материал форм, так же, подбирается в соответствии с размерами заливок.

Так, для мелких и средних изделий из меди , алюминия , чугуна и сплавов магния используют кокили из СЧ20 и 25. Под аббревиатурами скрываются марки чугуна. 25-я соответствует перлитному, а 20-я – феррито-перлитному.

Расшифруем. Феррум – научное название железа . Перлит – горная порода вулканического происхождения. Собственно, сим состав 20-го и 25-го чугунов и ограничивается.

Оба сплава низколегированные, то есть, сторонних добавок в них минимум. По свойствам марки расходятся лишь в показателе модуля упругости. У 25-го чугуна он на 70 единиц больше.

Литье в кокили из чугунов ВЧ40 и ВЧ45 подходит и для изделий крупных форм. Отливают их, охлаждая воздухом, или смесью газов с водой. В качестве заливаемого в формы материала берутся серые чугуны. Они состоят из железа и углерода . Последний элемент частично преобразован в графит . Его хлопья и придают сплавам серый цвет.

Литье в кокиль формы особо крупной возможно, если емкость стальная. Для нее подойдут 5 марок сплава . Это стали : Cm3, 10, 20, 15-Л-11 и 15ХМЛ. Кокили из них подходят и для мелких, средних отливок. Главное, чтобы изделия создавались из чугуна, смесей с магнием и медью. Кокиль для алюминия тоже может быть стальным.

Из меди и ее сплавов делают кокили для отливки металлических стержней. Они могут быть любого состава. Медные стенки формы, как правило, тонкие и позволяют охлаждать заготовки водой.

Из сплавов алюминия высокопрочными и жароустойчивыми являются марки АЛ9 и АЛ11. Для кокилей берутся их анодированные версии. Так именуют сплавы алюминия с покрывающей их пленкой оксидов. Она защищает поверхности от коррозии и увеличивает их прочность.

Литье металлов в кокиль из алюминиевых сплавов марок 9 и 11 осуществляют ради получения мелких изделий . Они могут быть медными, или состоять все из того же алюминия. Стенки сосудов тонкие, поэтому легко охлаждаются водой.

Литье в кокиль

Технология литья в кокиль распространена. Свидетельство тому – цифры . Из цветных металлов, к примеру, в формах изготавливают 40% продукции. При ее изготовлении учитывают, что большинство сплавов дают при застывании усадку.

В расплавленном виде их объем больше. Поэтому, расчет кокиля ведется так, чтобы форма была шире конечного продукта. Разница в объемах равна показателю усадки конкретного сплава.

То есть, если форма предназначена для производства деталей из сплава алюминия определенной марки, залить в нее иной состав получится, но должного результата не будет.

Если в изготавливаемом товаре предусмотрены отверстия, их выполняют металлическими, или песочными стержнями. По окончанию процесса, их вынимают из изделия .

Песчаными, кстати, бывают и формы для отливки. Но, такие емкости одноразовые. Кокили же используются месяцами, годами. Стальные формы рассчитаны на 50-500 прогонок, чугунные – на 400-4 000.

Читайте также  Каким аппаратом варить алюминий

Для заливки расплава в кокили используют литниковую систему. Она слагается из ряда каналов и резервуаров в форме. Их несколько, поскольку через один металлическая масса не заполнит кокиль равномерно, особенно, если он сложной конфигурации.

Присутствует в кокилях и вентиляция. Она нужна для удаления из внутренних камер воздуха и прочих газов. Останься они в форме, заняли бы часть ее объема, даже будучи сжатыми напирающими металлами. К тому же, присутствие в кокиле газов позволило бы им просочиться в состав сплава для отливки, изменив его характеристики, загрязнив.

Наличие в кокилях необходимых систем не говорит о возможности слепого пользования ими. Перед каждой заливкой проверяются проходимость каналов вентиляции и литников. Следует тщательно очистить внутренние полости формы. После, проверяют точность перемещения ее подвижных деталей и надежность креплений между частями кокиля.

Еще одна операция перед заливкой – нанесение на внутреннюю поверхность огнеупора. Его толщина высчитывается исходя из необходимой скорости остывания сплава. Для кокиля огнеупор несет сберегающую функцию, избавляя от резкого скачка температуры при заливке. Это продлевает жизнь форм.

Далее, учитывается способ литья. Так сплавы с выраженной жидкотекучестью не требуют дополнительного давления. А вот для вязких материалов оно не помешает. При этом, нужно учесть, что литье в кокиль под давлением дает большую усадку изделия . Поэтому, если сплав и без того склонен к резкому изменению объема, лучше провести формирование детали в обычных условиях.

Преимущества и недостатки литья в кокиль

У литья в кокили есть ряд минусов. Во-первых, формы дорогостоящи. Хоть их и можно использовать многократно, век кокилей, все же, недолог. Особенно короток он у емкостей для формирования деталей из стали .

Еще одна проблема работы с кокилями — трещины на готовых изделиях и коробление их поверхности. Это связано с высокими внутренними напряжениями, рождающимися в остужаемом расплаве.

Огрехи проявляются, если материал охлаждается неравномерно, или претерпевает структурные изменения. Не секрет, что сплав – это смешение разных компонентов. На температуры и прочие факторы они тоже реагируют по-разному.

Поэтому, к примеру, при равномерной прокалке стали мартенсит из нее соберется на наружном слое, а перлит устремится к центру. В итоге, создается ситуация лебедя, рака и щуки из басни Крылова. Растягивая деталь в разные стороны, компоненты «приводят» к образованию трещин.

Последним минусом применения кокилей является их газонепроницаемость. Между тем, для формирования некоторых изделий присутствие атмосферы необходимо. Поэтому, использование металлических форм для заливки сужает круг изделий, которые можно производить и сплавов, коими можно пользоваться.

При этом, выбор в пользу кокилей производители делают, зная о высокой точности деталей, получаемых в них. К тому же, при соблюдении технологии , из форм извлекаются изделия с идеально ровной и чистой поверхностью. Это дорогого стоит. Потребители готовы платить за качество, а значит, кокили продолжат заказывать на тысячах заводах по всему миру.

Технологические особенности производства отливок из алюминиевых сплавов методом литья в кокиль Текст научной статьи по специальности « Прочие сельскохозяйственные науки»

Аннотация научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам, автор научной работы — Садоха М. А., Мельников А. П., Миронов А. С., Рак И. В.

Показаны технологические особенности производства отливок из алюминиевых сплавов методом литья в кокиль .Рассматриваются важнейшие особенности кокильного литья.

Похожие темы научных работ по прочим сельскохозяйственным наукам , автор научной работы — Садоха М. А., Мельников А. П., Миронов А. С., Рак И. В.

Technological features of the production of castings of aluminum alloy by casting into the chill mold

The technological features of the production of castings of aluminum alloys by chill casting are showed. The most important features of chill casting are considered.

Текст научной работы на тему «Технологические особенности производства отливок из алюминиевых сплавов методом литья в кокиль»

аггггс г г/^гш глтг:п цле

УДК 621 .74 Поступила 29.08.2013

М. А. САДОХА, А. П. МЕЛЬНИКОВ, А. С. МИРОНОВ, И. В. РАК, ОАО «БЕЛНИИЛИТ»

технологические особенности производства отливок из алюминиевых сплавов методом литья в кокиль

Показаны технологические особенности производства отливок из алюминиевых сплавов методом литья в кокиль. Рассматриваются важнейшие особенности кокильного литья.

The technological features of the production of castings of aluminum alloys by chill casting are showed. The most important features of chill casting are considered.

Современное машиностроение нуждается в большом количестве деталей сложной конфигурации из алюминиевых сплавов . Известно, что чем меньшее количество деталей входит в тот или иной механизм, тем надежнее, легче и дешевле он будет В связи с этим особая роль отводится литым деталям (отливкам), которые могут иметь практически любую геометрию при относительно низкой стоимости Вместе с тем, современное машиностроение предъявляет все более высокие требования к отливкам из алюминиевых сплавов как по физико-механическим свойствам, так и по геометрическим параметрам и качеству поверхности, экономическим показателям . Одним из основных показателей является низкая себестоимость отливок и конечных деталей

Обеспечить оптимальное сочетание технических, технологических и экономических параметров

отливок из алюминиевых сплавов можно путем использования высокопроизводительных способов литья; снижения издержек производства (сокращение брака, повышение выхода годного при литье, сокращение материало- и энергоемкости литья и др )

В наибольшей степени среди существующих технологических процессов всем приведенным выше условиям удовлетворяет технологический процесс производства отливок из алюминиевых сплавов методом литья в кокиль

Важнейшие особенности кокильного литья:

• высокая производительность процесса;

• высокие физико-механические свойства материала отливок;

• удовлетворительная геометрическая точность отливок;

• потребность в относительно небольших производственных площадях;

Техническая характеристика Модель машины

49Б503 4992Т 4984 4987 49А303 4953

Размер рабочего места на плитах для крепления частей кокиля, мм 500×400 550×250 1250×830 1500×600 500×400 1200×400

Наименьшее расстояние между плитами, мм 500 300 1000 1000 500 1200

Доза заливаемого металла, максимальный кг по алюминию 12 До 25 110 30 12 100

Производительность, заливок в 1 ч 25 До 20 5 12 25 8

Ход подвижной плиты, мм 250 250 320 450 500 250

Усилие раскрытия кокиля, кН 120 120 230 370 117 300

Установленная мощность, кВт 18,5 7,5 18,5 30 18,5 18,5

Габаритные размеры, мм 3000x1800x 2630 3182x2216x 1144 4330x1980x 3600 4720x2295x 2040 3000x1800x 2100 4600x3400x 4500

Масса, кг 7500 4950 15200 16350 6900 36500

1Чи I 3 (72), 2013-

• минимальная потребность в обслуживающем персонале;

• минимальная потребность во вспомогательных технологических материалах;

• минимальная экологическая нагрузка на окружающую среду.

В свою очередь технологический процесс производства отливок в кокиль, схема его реализации и соответственно используемое оборудование различаются в зависимости от производственной программы, геометрической сложности отливок и т п

В настоящее время наиболее часто принято разделять кокильное оборудование на одно- и многопозиционное . Технические характеристики ряда однопозиционных кокильных машин, производимых ОАО «БЕЛНИИЛИТ» и предназначенных для производства фасонных отливок, приведены в табл . 1.

Однопозиционные кокильные машины используются преимущественно при производстве отливок в условиях серийного и мелкосерийного производства и применяются в некоторых случаях для организации кокильных комплексов, состоящих из ряда машин, объединенных едиными системами управления и гидропривода, при крупносерийном производстве

На рис 1 показана однопозиционная кокильная машина мод .4992Т, предназначенная для производства фасонных отливок из алюминиевых сплавов широкой номенклатуры

Для производства фасонных отливок из алюминиевых сплавов в условиях крупносерийного и массового производств наиболее эффективно использование карусельно-кокильных машин Благодаря конструктивной схеме данных машин появляется возможность обеспечить такую организацию производства, при которой рационально используется плавильно-заливочное оборудование (дозаторы), значительно облегчается и упрощается транспортировка, складирование и установка песчаных

Рис . 1 . Однопозиционная кокильная машина мод .4992Т

стержней в кокиль, оптимальным образом может быть организована система удаления готовых отливок, их охлаждение

В табл 2 приведены технические характеристики ряда карусельно-кокильных машин, производимых ОАО «БЕЛНИИЛИТ»

Большинство крупных производителей алюминиевых отливок в СНГ используют в своем производстве карусельно-кокильное оборудование, причем для изготовления наиболее ответственных отливок

На рис . 2 показана одна из машин мод . 4980 в работе в литейном цехе ООО «Литейный завод «РосАЛит» (бывший литейный цех ОАО «ЗМЗ», Россия) . Данные машины используются для изготовления отливок головок блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания

Одной из разновидностей метода литья в кокиль является метод самозаполнения [1-3], который отличается особой экономичностью . Сокращение массы литниково-питающей системы уменьшает потребность в дополнительном расплаве, что при прочих равных условиях пропорционально сокращает расход энергии на одну тонну годного литья

Суть метода самозаполнения (рис . 3) заключается в том, что расплав предварительно заливается в чашу, являющуюся частью кокиля (формы), после чего кокиль из горизонтального положения по-

Техническая характеристика Модель машины

4932 4979К 4980

Размер рабочего места на плитах для крепления частей кокиля, мм 500×400 600×400 1015×430

Наименьшее расстояние между плитами, мм 160 300 —

Число кокильных секций 4 4 4

Доза заливаемого металла, максимальный кг по алюминию До 5 До 10 До 40

Производительность, заливок в 1 ч 100-120 70-90 25

Ход подвижной плиты, мм 200 250 630

Усилие раскрытия кокиля, кН 80 120 200

Установленная мощность, кВт 18,5 30 35,5

Габаритные размеры (диаметрхвысота), мм 4000×2125 5200×2280 7000×4500

Масса, кг 16 000 23 000 66 600

лзтг^г: ктшркй /1д7

Рис . 2 . Карусельно-кокильная машина мод. 4980 в литейном цехе ООО «Литейный завод «РосАЛит»(бывший литейный цех ОАО «ЗМЗ», Россия)

ворачивается в вертикальное положение, как показано стрелкой, и расплав через питатели медленными потоками поступает в верхнюю (прибыльную) часть формы и далее по форме на верхнюю часть формирующейся отливки .

По мере заполнения нижней части кокиля и дальнейшего поворота его начинают заполняться лежащие выше слои отливки . Тем самым, обеспечивается направленность питания и кристаллизации отливки . Причем в силу того, что за счет скорости поворота можно найти оптимальное соотношение между скоростью кристаллизации и скоростью заполнения кокиля, обеспечивается хорошая подпитка кристаллизующейся отливки при заливке и заполнении вышележащих слоев . По этой причине значительно уменьшается требуемый объем прибылей, которые необходимы теперь только для питания верхних частей отливки

Фактически при литье методом самозаполнения отливку можно представить как последовательный ряд соединенных в единое целое отдельных мини-отливок, каждая из которых заполняется при оптималь-

Рис . 3 . Схема метода самозаполнения

ном напоре после заполнения предыдущей (лежащей ниже) . Главным при литье методом самозаполнения является подбор такого режима поворота кокиля, который позволит добиться полного соединения мини-отливок в одну большую отливку

Что касается выхода годного литья, то реализация метода самозаполнения при литье в кокиль имеет одну особенность — чем протяженнее и габа-ритнее отливка, тем выше будет выход годного за счет направленности кристаллизации и питания нижних слоев отливки за счет верхних . Метод самозаполнения позволяет значительно повысить выход годного литья (до 2-4 раз) при получении протяженных отливок по сравнению с литьем в стационарные кокиля .

Читайте также  Что дороже алюминий или нержавейка

На рис . 4 показаны кокильная машина мод . 49102, созданная ОАО «БЕЛНИИЛИТ» для литья методом самозаполнения, и отливка «Основание», полученная на данной машине (чистая масса отливки — 7,5 кг, масса с литниками — около 9 кг) .

1Чи I 3 (72), 2013-

1. С а д о х а М. А . , Б о н д а р и к Н . Е . Метод самозаполнения, как путь к повышению эффективности производства высококачественного литья из алюминиевых сплавов// Литье и металлургия . 2006 . № 2 . Ч . 1. С . 145-147.

2 .С а д о х а М. А . , М е л ь н и к о в А .П. , К р а е в Б .А . и др . Метод самозаполнения при производстве алюминиевых отливок// Литье и металлургия. 2004. № 2 . С . 153-155 .

3 .С а д о х а М. А . Ресурсосберегающие технологии при производстве отливок из алюминиевых сплавов// Материалы IV междунар . науч. -практ. конф . «Современная практика энерго- ресурсосбережения в промышленности» 30-31 января 2006 г Санкт-Петербург, 2006 С 34-36

Оборудование литейного производства для кокильного литья

Что такое литье в кокиль

Кокиль (фр. coquille — раковина) — это толстостенная металлическая форма. Ее применяют, когда необходимо изготовить много одинаковых отливок Кокильным литьем называют процесс производства фасонных отливок в многоразовых металлических формах.

Литье в многоразовые формы-кокили существует довольно давно и можно привести пример их использования белорусскими ювелирами Берестья (рис 1).

Рис. 1. Тигель и кокиль для отливки украшений (из раскопок древнего Берестья)

Формы могут быть изготовлены из чугуна, стали, сплавов алюминия и других сплавов. Они широко применяются для производства отливок (сотен и тысяч штук) массой от 0,5 кг до 15 т из чугуна, стали и цветных металлов. При этом способе производства внутренние полости получают с помощью обычных песчаных и металлических стержней.

Среди важнейших особенностей кокильного литья необходимо отметить следующие:

  • получение плотных герметичных отливок без усадочных раковин;
  • минимальная толщина стенок отливок из алюминиевых и магниевых сплавов 3. . . 4 мм, чугуна — 6 мм, стали — 8. . .10 мм;
  • высокая производительность процесса;
  • удовлетворительная геометрическая точность отливок;
  • потребность в относительно небольших производственных площадях;
  • минимальная потребность в обслуживающем персонале;
  • минимальная потребность во вспомогательных технологических материалах.

Недостатки:

  • вследствие быстрого охлаждения заливаемого металла стенками кокиля ухудшается его жидкотекучесть;
  • быстрое охлаждение чугунных отливок в кокилях вызывает отбел поверхности и повышает ее твердость;
  • высокая теплопроводность металлических форм затрудняет получение сложных тонкостенных отливок больших габаритов;
  • высокая стоимость металлических форм

Стойкость чугунных кокилей составляет 1000. . . 5000 шт. при производстве мелких и средних чугунных отливок и 50. . .500 шт. — при производстве крупных отливок Стойкость стальных кокилей при производстве алюминиевого литья достигает 50 000 отливок

1. Виды кокилей

В зависимости от расположения поверхности разъема кокили бывают: неразъемные, с вертикальной плоскостью разъема, с горизонтальной плоскостью разъема, со сложной поверхностью разъема, створчатые, с параллельным разъемом, с несколькими разъемами.

Кокили с вертикальной плоскостью разъема состоят из двух и более частей. Отливка может располагаться целиком в одной из половин кокиля, в двух половинах, одновременно в двух половинах и в нижней плите.

Кокили с горизонтальным разъемом применяют преимущественно для простых по конфигурации, а также крупногабаритных отливок.

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

Неразъемные, или вытряхные, кокили применяют, когда конструкция отливки позволяет удалить ее из плоскости кокиля без его разъема. На рис. 2 показан вытряхной кокиль 5 для изготовления опорного катка Внутренняя полость формы воспроизводит наружную поверхность катка Отверстие в отливке и внутренняя полость получаются с помощью песчаных стержней 4 и 2, последний из которых перекрывает верхнюю часть формы В стержнях 1, 2, 4 размещена литниковая система, состоящая из литниковой чаши, стояка, литникового канала, подающего металл в отливку, и двух прибылей.

Рис. 2. Вытряхной кокиль для отливки опорного катка

Для извлечения отливки кокиль на цапфах 3 поворачивают на 180°, и отливка вместе со стержнями вытряхивается из кокиля.

Кокиль с горизонтальной плоскостью разъема состоит из нижней 1 и верхней 2 частей, стержня 3 и выталкивателей 4 (рис. 3) . Отливка извлекается после разделения верхней и нижней частей с помощью выталкивателей.

Рис. 3. Кокиль с горизонтальным разъемом

В зависимости от способа охлаждения различают кокили с воздушным, жидкостным и комбинированным охлаждением.

2. Кокильные машины

В настоящее время наиболее часто принято разделять кокильное оборудование на однопозиционное и многопозиционное. Самые сложные отливки из черных и цветных сплавов в серийном и массовом производстве позволяет получать машина модели 82А305 с пятью приводами частей кокиля (рис. 1. 28) . Она имеет две подвижные плиты 4 и 6, механизм 8 боковой торцевой подвижной плиты, поддон 5 с приводом нижнего стержня, механизм верхнего стержня 1, манипулятор 7 для снятия отливок, пульт управления 2, установленные на общей станине 3. Механизм верхнего стержня предназначен для ввода, подрыва (частичного извлечения стержня из отливки до ее извлечения из кокиля) и подъема верхнего металлического стержня, а также для отвода плит верхнего стержня для осмотра и обслуживания и ввода манипулятора снятия отливок, перемещающего их в короб или на транспортер. Механизмы верхнего стержня и торцевой плиты имеют по два упора для разгрузки их от усилий подрыва. Гидропривод имеет дополнительную аппаратуру для подключения до двух гидроцилиндров. Каждая из двух основных подвижных плит имеет по два выталкивателя. При отсутствии у некоторых машин направляющих между основными плитами на них можно устанавливать ко- кили, выходящие за габариты плит. Более простые конструкции машин с меньшим количеством приводов частей кокиля позволяют получать только несложные отливки.

Время холостого цикла кокильных машин с увеличением сложности, т. е. числа подвижных частей, возрастает с 10 до 60 с.

Рис. 4. Схема и общий вид кокильной машины модели 82А305 без кокиля

Машина типа 82А305 имеет четыре модификации:

  • с одной подвижной плитой;
  • с двумя подвижными плитами и поддоном 5 с нижним стержнем (см. рис. 4, фотография);
  • с двумя подвижными плитами, поддоном с нижним стержнем и плитой верхнего стержня;
  • с двумя подвижными плитами, поддоном с нижним стержнем, плитой верхнего стержня и плитой торцевого стержня (см рис 1 28, схема)

В процессе работы машина выполняет выталкивание отливки из основных плит, выталкивание отливки из поддона, подрыв стержней с увеличенным усилием, поворот верхнего стержня для удобства снятия отливки и установки кокиля, снятие отливки манипулятором, входящим в комплект машины, и охлаждение всех частей кокиля. Очистка и нанесение огнеупорного покрытия на рабочую поверхность кокиля выполняются по заданной программе на определенных позициях и регулируются по времени.

Однопозиционные машины могут работать в полуавтоматическом режиме и с заливочно-дозирующими устройствами, а также встраиваться в автоматические линии Они имеют регулируемое водяное охлаждение частей кокиля.

Однопозиционная машина для литья в кокиль модели 4953 (рис. 5) позволяет заливать от 20 до 100 кг алюминиевого сплава. Машинное время цикла составляет 60 с. Усилие раскрытия кокиля 300 кН. Ход подвижной плиты 250 мм. Предназначена для получения отливок массой от 15 до 95 кг.

Для лучшего заполнения формы используют машины с поворачивающимся или наклоняемым кокилем. Угол поворота составляет 15. . .180° . Выпускаются машины поворотные, такие как 82105П, с одной подвижной и одной неподвижной плитой, установленной на раме, которая двумя гидроцилиндрами может поворачиваться относительно горизонтальной оси, перпендикулярной к траектории подвижной плиты, на угол до 90° . Это повышает удобство установки песчаных стержней при горизонтальном расположении разъема, облегчает заливку металла за счет его благоприятного расположения А извлекать отливки при вертикальном разъеме можно под действием силы тяжести.

Рис. 5. Машина модели 4953 для литья в кокиль

Специальные поворотные кокильные машины (рис. 6) используются для производства крупногабаритных протяженных отливок из алюминиевых сплавов методом самозаполнения кокиля, как и устройства с горизонтальным разъемом. Эта машина обеспечивает работу в полуавтоматическом режиме с производительностью до 10 отливок в час. Кокиль, установленный на ней, имеет горизонтальный разъем.

Рис. 6. Кокильная машина с поворотным столом

Рис. 7. Карусельная кокильная машина производства завода «Кузлитмаш» (г. Пинск)

Многопозиционные (карусельные) машины (рис. 7) отличаются от однопозиционных высокой производительностью (100— 200 заливок в час) и применяются в цехах крупносерийного и массового производства. Они применяются для производства фасонных отливок из алюминиевых сплавов. Конструкция этих машин обеспечивает такую организацию производства, при которой рационально используется плавильно-заливочное оборудование (дозаторы), облегчаются и упрощаются транспортировка, складирование и установка песчаных стержней в кокиль, улучшается система удаления и охлаждения готовых отливок. Модель 4932, разработанная НИИлитавтопромом (Минск), имеет на поворотном столе четыре позиции, на каждой из них установлена кокильная секция с двумя подвижными плитами размером 500 х 400 мм и механизмом нижнего стержня (или выталкивания отливки) Машина предназначена для производства мелких и средних отливок в кокиле с вертикальным разъемом. К секциям подводятся масло (для гидроцилиндров плит и стержня), вода (для охлаждения кокиля) и газ (для подогрева кокиля)

Кокильные комплексы позволяют автоматизировать литейный процесс и состоят (например, кокильный комплекс для литья поршней двигателей внутреннего сгорания) из двух однопозиционных кокильных машин, двух механизмов снятия отливок с устройствами охлаждения отливок на лотке, гидростанции и электрошкафа.

Производительность такого комплекса зависит от размера и конструкции поршня и при изготовлении поршня бензиновых двигателей диаметром до 100 мм составляет до 70 отливок в час.

Кокильные машины с одной подвижной и одной неподвижной плитами моделей предназначены для литья черных и цветных сплавов в кокиль с вертикальной плоскостью разъема в серийном и массовом производстве. Подвижная плита перемещается двумя гидроцилиндрами по диагонально расположенным направляющим. Обе плиты снабжены выталкивателями. Насосная установка имеет гидропневмоаккумулятор и позволяет подключать дополнительно два гидроцилиндра (например, для извлечения стержней) к имеющимся гидрораспределителям. Машины могут работать в полуавтоматическом режиме и с заливочно-дозирующими устройствами, а также встраиваться в автоматические линии Они имеют регулируемое водяное охлаждение частей кокиля.

Разновидностью кокильного литья является центробежное литье. В этом случае литейная форма (кокиль) во время заливки вращается относительно горизонтальной или вертикальной оси. Заливаемый металл центробежными силами отбрасывается на периферию формы, что позволяет получать полые отливки без применения стержней.