Литьё кольорових металів в металеві форми — кокили

Министерство освіти Російської Федерации.

КУБАНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНИВЕРСИТЕТ.

Кафедра АПП.

«Виливання кольорових металів в металеві форми (кокили)».

Виконав: студент.

Групи 01-КТ-61.

Агранович Олег.

Перевірив: Лецик В.И.

Краснодар 2003 год.

ОГЛАВЛЕНИЕ ОГЛАВЛЕНИЕ 2 СУТНІСТЬ ПРОЦЕСУ. ОСНОВНІ ОПЕРАЦІЇ. ОБЛАСТЬ ВИКОРИСТАННЯ 3 КОКИЛИ 6 Загальні відомості 6 Елементи конструкції кокилей 7 Матеріали для кокилей 9 Виготовлення кокилей 10 Стійкість кокилей та шляхи її 11 ТЕХНОЛОГІЯ ЛИТТЯ У КОКІЛЬ 13 Технологічні режими лиття 13 Особливості виготовлення виливків із різних сплавів 15 Виливки з алюмінієвих сплавів 16 Виливки з магнієвих сплавів 19 Виливки з мідних сплавів 20 Фінішні операції, і контроль виливків з кольорових сплавів 21 Дефекти виливків з кольорових сплавів й відчуття міри їх попередження 21.

СУТНІСТЬ ПРОЦЕСУ. ОСНОВНІ ОПЕРАЦІЇ. ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

Кокіль (від франц. coquille) — металева форма, яка заповнюється расплавом під впливом гравітаційних сил. На відміну від разової піщаної форми кокіль можна використовувати багаторазово. Таким чином, сутність лиття на кок і полягає при застосуванні металевих матеріалів виготовлення багаторазово використовуваних ливарних форм, металеві частини, яких становлять їх основу формують конфігурацію і властивості отливки.

Кокіль (рис. 2.1) зазвичай і двох полуформ 1, плити 2, вставок 10. Полуформы взаємно центруються штирями 8, і для заливанням їх з'єднують замками 9. Розміри робочої порожнини 13 кокиля більше розмірів виливки на величину усадки сплаву. Порожнини і отвори в литві можуть бути виконані металевими 11 чи піщаними 6 стрижнями, вилучаються з виливки після її затвердіння і охолодження до заданої температури. Розплав заливають в кокіль через литниковую систему 7, виконану його стінках, а харчування масивних вузлів виливки здійснюється з прибутків (що живлять випоровши) 3. При заповненні кокиля расплавом повітря і гази видаляються з його робочої порожнини через вентиляційні выпоры 4, пробки 5, канали 12, що утворюють вентиляційну систему кокиля.

Основні елементи кокиля — полуформы, плити, вставки, стрижні т. буд.— зазвичай виготовляють з чавуну чи стали. Вище розглянутий кокіль простий конструкції, але у практиці використовують кокили різних, дуже складних конструкций.

Основні операції технологічного процесу. Перед заливанням розплаву новий кокіль підготовляють на роботу: поверхню робочої порожнини і розняття старанно очищають від слідів забруднень, іржі, олії; перевіряють легкість переміщення рухливих частин, точність їх центрирования, надійність кріплення. Потім на поверхню робочої порожнини і металевих стрижнів завдають шар вогнетривкої покриття (рис. 2.2, а) — обличкування і фарби. Склад облицювань і водно-дисперсійних фарб залежить переважно від що заливається сплаву, які товщина — від необхідної швидкості охолодження виливки: що товща шар вогнетривкої покриття, то повільніша охолоджується виливок. Разом про те шар вогнетривкої покриття охороняє робочу поверхню форми від різкого підвищення її температури при заливанню, розплавлювання і схоплювання з металом виливки. Отже, обличкування та фарби виконують дві функції: захищають поверхню кокиля від різкого нагріву і схоплювання з виливком й дозволяють регулювати швидкість охолодження виливки, отже, і процеси її затвердіння, що впливають властивості металу отливки.

Перед нанесенням вогнетривкої покриття кокіль нагрівають газовими пальниками чи електричними нагревателями до температури 423—453 До. Фарби завдають на кокіль зазвичай, у вигляді водної суспензії через пульверизатор. Краплі водної суспензії, потрапляючи на поверхню нагрітого кокиля, випаровуються, а вогнетривка складова рівним шаром покриває поверхню. Після нанесення вогнетривкої покриття кокіль нагрівають до робочої температури, залежної переважно від складу що заливається сплаву, товщини стінки виливки, її розмірів, необхідних властивостей. Зазвичай температура нагріву кокиля перед заливанням 473—623 До. Потім у кокіль встановлюють піщані чи керамічні стрижні (рис. 2.2, б), якщо вони необхідні отримання виливки; половини кокиля з'єднують (рис. 2.2, у і скріплюють спеціальними затискачами, а за умови встановлення кокиля на кокильной машині з допомогою її механізму замикання, після чого заливають розплав в кокіль. Часто у процесі затвердіння і охолодження виливки, коли виливок придбає достатню міцність, металеві стрижні «підривають», т. е. частково беруть із виливки (рис. 2.2, р) до її вилучення з кокиля. Це у тому, аби знизити обтиснення усаживающейся виливком металевого стрижня й забезпечити його вилучення з виливки. Після охолодження виливки до заданої температури кокіль розкривають, остаточно витягають металевий стрижень і видаляють відливку з кокиля (рис. 2.2, буд). З виливки вибивають піщаний стрижень, обрізають литники, прибутку, выпоры, контролюють якість виливки. Потім цикл повторяется.

Перед повторенням циклу оглядають робочу поверхню кокиля, площину розняття. Зазвичай огнеупорную фарбу завдають на робочу поверхню кокиля 1—2 десь у зміну, зрідка відновлюючи їх у місцях, де відшарувалася від робочої поверхні. Після цього за необхідності, що частіше буває при лиття тонкостінних виливків чи сплавів з низькою жидкотекучестью, кокіль підігрівають до робочої температури, оскільки під час вилучення виливки і забарвлення робочої поверхні він охолоджується. Якщо ж виливок досить масивна, то, навпаки, кокіль може нагріватися її теплотою до температури більшої, ніж необхідна робоча, і для наступній заливанням його охолоджують. І тому в кокиле передбачають спеціальні системи охлаждения,.

Як бачимо, процес лиття на кокіль — малооперацион-н и і. Манипуляторные операції досить прості та кратковре-менны, а лимитирующей за тривалістю операцією є охолодження виливки у вигляді до заданої температури. Практично всі операції може бути виконано механізмами машини чи автоматичної установки, що є істотним перевагою способу, й, звісно, найголовніше — виключається трудомісткий і материалоемкий процес виготовлення форми: Кокіль використовується многократно.

Особливості формування та якість виливків. Кокіль — металева форма, що має проти піщаної значно більшою теплопроводностью, теплоемкостью, міцністю, практично нульовими газопроницаемостью і газотвор-. ностью. Ці властивості матеріалу кокиля зумовлюють розглянуті нижче особливості його з металом отливки.

1. Висока ефективність теплового взаємодії між виливком і формою: розплав і затвердевающая виливок розладнуються в кокиле швидше, ніж в піщаної формі, т. е. при однакових гидростатическом напорі і температурі що заливається розплаву заповнюваність кокиля зазвичай гірше, ніж піщаної форми. Це ускладнює одержання кокилях виливків з сплавів з зниженою жидкотекучестью і обмежує мінімальну товщину стінок і розміри виливків. Разом про те підвищена швидкість охолодження сприяє отриманню щільних виливків з мелкозернистой структурою, що підвищує міцність і пластичність металу виливків. Однак у отливках з чавуну, одержуваних у кокилях, внаслідок особливостей кристалізації часто утворюються карбиды, ферритографитная эвтектика, які впливають на властивості чавуну: знижується ударна в’язкість, зносостійкість, різко зростає твердість в отбеленном поверхневому шарі, що перешкоджає обробку різанням таких виливків і призводить до потреби піддавати їх термічній обробці (отжигу) усунення отбела.

2. Кокіль практично непіддатливий і більше інтенсивно перешкоджає усадки виливки, що перешкоджає вилучення їх із форми, може викликати поява внутрішніх напруг, коробление і тріщини у литві. Проте розміри робочої порожнини кокиля можуть бути виконані значно точніше, ніж піщаної форми. При лиття в кокіль відсутні похибки, викликані расталкиванием моделі, пружними і залишковими деформаціями піщаної форми, знижують точність її робочої порожнини і виливки. Тому виливки в кокилях виходять точнішими. Точність виливків в кокилях зазвичай відповідає 12—15-ам квалитетам по СП РЕВ 145—75. У цьому точність по 12-му квалитету можлива для розмірів, розміщених у частині форми. Точність розмірів, розташованих у двох і більше частинах форми, і навіть оформлюваних рухливими частинами форми, нижче. Коефіцієнт точності виливків щодо маси сягає 0,71, що забезпечує можливість зменшення припусков на обробку резанием.

3. Фізико-хімічне взаємодія металу виливки і кокиля мінімально, що сприяє підвищення якості поверхні виливки. Виливки в кокіль немає пригара. Шорсткість поверхні виливків визначається складами облицювань і водно-дисперсійних фарб, які завдавав на поверхню робочої порожнини форми, й відповідає Rz = 80−10 мкм, але, можливо і меньше.

4. Кокіль практично газонепроницаем, а й газотворность його мінімальна й переважно складами вогнетривких покриттів, які завдавав на поверхню робочої порожнини. Проте газові раковини в кокильных отливках — явище не рідкісне. Причини появи різні, але у будь-якому разі розташування виливки у вигляді, спосіб підвода розплаву і вентиляційна система мають забезпечувати видалення повітря і газів з кокиля при заливці. Ефективність виробництва та сферу застосування. Ефективність виробництва виливків в кокіль, як, втім, та інших засобів лиття, залежить від цього, наскільки повно і інженер-ливарник використовує переваги цього процесу, враховує її особливості й недоліки за умов конкретного производства.

Нижче наведені переваги лиття на кокіль з урахуванням виробничого опыта.

1. Підвищення продуктивність праці внаслідок виключення трудомістких операцій смесеприготовления, формовки, очищення виливків від пригара. Тому використання лиття на кокили, за даними різних підприємств, дозволяє в 2—3 разу підвищити продуктивності праці в ливарному цеху, знизити капітальні витрати для будівництва нових цехів і реконструкції існуючих з допомогою скорочення необхідних виробничих площ, витрат обладнання, очисні споруди, збільшити з'їм виливків із першого м площі цеха.

2. Підвищення якості виливки, обумовлене використанням металевої форми, підвищення стабільності показників якості: механічних властивостей, структури, щільності, шорсткості, точності розмірів отливок.

3. Усунення чи зменшення обсягівшкідливих здоров’ю працюючих операцій выбивки форм, очищення виливків від пригара, їх обрубки, загальне оздоровлення та поліпшення умов праці, менше забруднення оточуючої среды.

4. Механізація і автоматизація процесу виготовлення виливки, обумовлена многократностью використання кокиля. При лиття в кокіль усувається складний для автоматизації процес виготовлення ливарної форми. Залишаються лише складальні операції: установка стрижнів, з'єднання частин кокиля та його кріплення перед заливанням, які легко автоматизируются. Разом про те усувається ряд збурюючих чинників, впливають па якість виливків при лигье в піщані форми, таких, як вологість, міцність, газопроникність формовочной суміші, що робить процес лиття на кокіль більш керованим. Для отримання виливків заданого якості легше здійснити автоматичне регулювання технологічних параметрів процесу. Автоматизація процесу дозволяє підвищити якість виливків, збільшити ефективність виробництва, змінити характер праці литейщика-оператора, управляючого роботою таких комплексов.

Лиття в кокили має і недостатки.

1. Висока вартість кокиля, складність і трудомісткість його изготовления.

2. Обмежена стійкість кокиля, яка вимірюється числом придатних виливків, які можна було одержати в, данном кокиле (див. табл. 2.3). Від стійкості кокиля залежить економічна ефективність процесу особливо в лиття чавуну і стали, і тому підвищення стійкості кокиля є одним із найважливіших проблем технології кокильного лиття цих сплавов.

3. неправдивість отримання виливків з поднутрениями, до виконання котрих необхідне ускладнювати конструкцію форми — робити додаткові рознімання, використовувати вставки, рознімні металеві чи піщані стержни.

4. Негативний вплив високої інтенсивності охолодження розплаву в кокиле проти піщаної формою. Це обмежує можливість отримання тонкостінних протяжних виливків, а чавунних отливках наводить до отбелу поверхневого шару, ухудшающему обробку різанням; викликає необхідність термічної обробки отливок.

5. Непіддатливий кокіль призводить до появи в отливках напруг, інколи ж до трещинам.

Переваги й недоліки цього способу визначають р а-циональную область її використання: економічно доцільно внаслідок високої вартості кокилей застосовувати цей спосіб лиття лише у серійному чи масовому виробництві. Серійність при лиття чавуну має складати понад 20 великих, чи більше 400 дрібних виливків на рік, а при лиття алюмінієвих — щонайменше 400—700 виливків в год.

Ефективність лиття на кокіль зазвичай призначають у порівнянні з литтям в піщані форми. Економічний ефект досягається завдяки усунення формовочной суміші, підвищення якості виливків, їх точності, зменшенню припусков на обробку, зниження трудомісткості очищення обрубки виливків, механізації і автоматизації основних операцій та, як наслідок, підвищенню продуктивності і поліпшення умов труда.

Отже, лиття в кокіль цілком обгрунтовано слід зарахувати до трудоі материалосберегающим, малооперационным і маловідходних технологічних процесів, який поліпшує умови праці ливарних цехах і уменьшающим шкідливий вплив на навколишню среду.

КОКИЛИ.

Загальні сведения.

У виробництві використовують кокили різних конструкцій. Класифікація конструкцій кокилей. Залежно розміщення поверхні розняття кокили бувають: неразъемные (вытряхные); із вертикальною площиною розняття; із горизонтальним площиною розняття; зі складною (комбінованої) поверхнею розняття. Неразъемные, чи вытряхные, кокили (рис. 2.3) застосовують у тому випадку, коли конструкція виливки дозволяє видалити її з литниками з порожнини кокиля без його розняття. Зазвичай це виливки мають досить просту конфигурацию.

Кокили із вертикальною площиною розняття (див. рис. 2.1) складаються з двох чи більше полуформ. Виливок може розташовуватися повністю на одній із половинок кокиля, у двох половинах кокиля, одночасно у двох половинах кокиля й у нижньої плите.

Кокили з горизонтальним розніманням (рис. 2.4) застосовують переважно простих по конфігурації, і навіть великогабаритних виливків, а окремих випадках для виливків досить складною конфигурации.

Кокили зі складною (комбінованої) поверхнею розняття (рис. 2.5) використовують із виготовлення виливків складної конфігурації. За кількістю робочих порожнин (гнізд), визначальних можливість одночасного, з одного заливання, виготовлення тієї чи іншої кількості виливків, кокили поділяють на одномісні (див. рис. 2.1) і многоместные (див. рис. 2.4).

Залежно від способу охолодження розрізняють кокили з повітряним (буденною і примусовим), з рідинним (водяникам, мастильним) і з комбінованим (водо-воздушным тощо. буд.) охолодженням. Повітряний охолодження використовують із малотеплонагруженных кокилей. Водне охолодження використовують зазвичай для высокотеплонагруженных кокилей, і навіть підвищення швидкості охолодження виливки чи його окремих частин. На рис. 2.6 представлений кокіль з повітряним охолодженням. Ребра на стінках кокиля збільшують поверхню дотику охолоджувача — повітря — з кокилем і теплоотвод. На рис. 2.7 представлений водоохлаждаемый кокіль для виливки барабана шахтної лебідки із високоміцного чавуну. Вода подається роздільно обидві половини кокиля, нижню плиту й верхній крышку.

Элементы конструкції кокилей.

Кокіль, як і кожна ливарна форма, — відповідальна і точний інструмент. Технічні вимоги до кокилям обумовлено ДОСТом. Конструктивне виконання основних елементів кокилей — полуформ, плит, металевих стрижнів, вставок — залежить від конфігурації виливки, і навіть від цього, призначена чи форма для установки на кокильную машину. До основним конструктивним елементам кокилей относят:

формообразующие елементи — половини кокилей, нижні плити (піддони), вставки, стрижні; конструктивні елементи — выталкиватели, плити выталкивателей, замикаючі механізми, системи нагріву і охолодження кокиля і окремих його частин, вентиляційну систему, центрирующие штирі і втулки.

Корпус кокиля або його половини виконують коробчатыми, з ребрами жорсткості. Ребра жорсткості на тильного, неробочої боці кокиля роблять невисокими, завтовшки 0,7—0,8 товщини стінки кокиля, поєднуючи їх галтелями з корпусом. Товщина стінки кокиля залежить від складу що заливається сплаву та її температури, ж розмірів та товщини стінки виливки, матеріалу, з яких виготовляється кокіль, конструкції кокиля. Товщина стінки кокиля мусить бути достатньої, щоб забезпечити поставлене режим охолодження виливки, достатню жорсткість кокиля і мінімальну його коробление при нагріванні теплотою залитого розплаву, стійкість проти растрескивания.

Розміри половинок кокиля повинні дозволяти розміщувати його за плитах кокильной машини. Для кріплення на плитах машини кокіль має приливы.

Стрижні в кокилях може бути піщаними і металлическими.

Піщані стрижні для кокильных виливків повинні мати зниженою газотворностью та механізмів підвищеної поверхневою міцністю. Першу вимогу зумовлено труднощами видалення газів з кокиля; друге — взаємодією знакових частин стрижнів з кокилем, у результаті окремі піщини можуть потрапити до порожнину кокиля й утворити засоры в литві. Стрижневі суміші і технологічні процеси виготовлення піщаних стрижнів може бути різними — по гарячим ящиків (суцільні і оболонкові стрижні), з холоднотвердеющих сумішей тощо. д.

У кожному разі використання піщаних стрижнів в кокилях викликає необхідність організації додаткової технологічної лінії для виготовлення стрижнів в кокильном цеху. Однак у кінцевому підсумку використання кокилей в комбінації з піщаними стрижнями переважно випадків відшкодовується экономически.

Металеві стрижні застосовують, коли це дозволяють конструкція виливки і технологічні властивості сплаву. Використання металевих стрижнів дає можливість підняти швидкість затвердіння виливки, скоротити тривалість циклу її виготовлення, у випадках підвищити механічні властивості і щільність (герметичність). Проте за використанні металевих стрижнів зростають напруги в отливках, збільшується небезпеку появи у яких тріщин через труднощі усадки.

Металеві стрижні, виконують зовнішні поверхні виливки, називають вкладками (рис. 2.8, а). Вкладки ускладнюють механізацію і автоматизацію процесу, бо їх уста;

навливают і видаляють вручну. Металеві тержни, виконують отворі і порожнини простих обрисів (рис. 2.8, б, див. рис. 2.1.) досі повного вилучення виливки «підривають» зменшення зусилля вилучення стрижня. Порожнини складніших обрисів виконуються разъемными (рис. 2.8, в) чи поворотними (рис. 2.8, р) металевими стержнями.

Для надійного вилучення стрижнів з виливки вони повинні мати ухили 1—5°, хороші направляючі щоб уникнути перекосів, і навіть надійну фіксацію у вигляді. В багатьох випадках металеві стрижні роблять водоохлаж-даемыми зсередини. Водне охолодження стрижня зазвичай мають після освіти у литві міцної кірочки. При охолодженні розміри стрижня скорочуються отже між них і виливком утворюється зазор, який зменшує зусилля вилучення стрижня з отливки.

Для вилучення стрижнів в кокилях передбачають гвинтові, эксцентриковые, реечные, гідравлічні і пневматичні механізми. Конструкції цих пристроїв виконують у відповідність до діючими ГОСТами.

Вентиляційна система мають забезпечувати спрямоване витіснення повітря з кокиля расплавом. Для виходу повітря використовують відкриті выпоры, прибутку, зазори по площині розняття та між рухливими частинами (вставками, стрижнями) кокиля і спеціальні вентиляційні канали: по площині розняття роблять газоотводные канали / (див. Б — Б на рис. 2.9), спрямовані наскільки можна вгору. У місцевих заглибинах форми під час заповнення їх расплавом можуть утворюватися повітряні мішки (див. А — А). У в цих місцях у судинній стінці кокиля встановлюють вентиляційні пробки 2. При виборі місця установки вентиляційних пробок необхідно враховувати послідовність заповнення форми расплавом.

Центрирующие елементи — контрольні штирі і втулки—предназначены для точної фіксації половинок кокиля за його складанні. Зазвичай їх кількість не перевищує двох. Їх мають в діагонально розташованих кутках кокиля.

Замикаючі механізми призначені запобігання розкриття кокиля і виключення прориву розплаву з його розніманню під час заповнення, і навіть задля забезпечення точності виливків. У ручних кокилях застосовують эксцентриковые, клиновые, гвинтові замки та інші устрою, щоб забезпечити щільне з'єднання частин кокиля. Закриття і запирання кокилей, встановлюваних машинами, здійснюється пневматичним чи гідравлічною приводом рухомий плити машины.

Системи нагріву і охолодження призначені підтримки заданого температурного режиму кокиля. Застосовують електричний і газовий обігрів. Перший використовується у загальне нагріву кокиля, другий більш зручний загального користування та місцевого нагріву. Конструкції охлаждаемых кокилей розглянуті выше.

Видалення виливки з кокиля здійснюється спеціальними механізмами. При розкритті кокиля виливок повинна залишатися у одній з його половинок, бажано в рухомий, щоб використовувати її рух для виштовхування виливки. Тому виконують з одного боку виливки менші, але в інший великі ухили, спеціальні технологічні припливи і передбачають несиметричне розташування литниковой системи в кокиле (повністю лише у половині кокиля). При виготовленні великих виливків має бути забезпечене видалення виливки з обох половинок кокиля. Виливки з кокиля видаляються выталкивателями, які володіють на неответственных поверхнях виливки чи литниках рівномірно за периметром виливки, щоб уникнути перекосу і заклинювання їх у кокиле. Выталкиватели повертаються до вихідне становище пружинами (невеликі кокили) чи контртолкателями.

Материалы для кокилей.

У процесі експлуатацію у кокиле виникають значні термічні напруги внаслідок які чергуються різких нагревов при заливанню і затвердевании виливки і охолоджень при розкритті кокиля і добуванні виливки, заподіянні на робочу поверхню вогнетривкої покриття. Крім знакопеременных термічних напруг під впливом змінних температур у вихідному матеріалі кокиля можуть протікати складні структурні зміни, хімічні процеси. Тому матеріали для кокиля, особливо його частин, безпосередньо стичних з расплавом, повинні добре протистояти термічної втоми, мати високі механічні властивості мінімальних структурні перетворення за температур експлуатації, мати підвищеної ростоустойчивостью і окалиностойкостью, мати мінімальну дифузію окремих елементів при циклічному вплив температур, добре оброблятися, бути недефицитными і недорогими. Виробничий досвід показує, що з робочих стінок кокилей досить повно зазначеним вимогам відповідають наведені нижче матеріали. |СЧ20, СЧ25 |кокили для малих і середніх виливків | | |з алюмінієвих, магнієвих, мідних | | |сплавів, чавуну; кокили з повітряним | | |і водовоздушным охолодженням | |ВЧ42−12, ВЧ45−5 |Кокили для дрібних, середніх і великих| | |виливків з чавунів: сірого, | | |високоміцного, ковкого; кокили з | | |повітряним і водовоздушным | | |охолодженням | |Стали 10, 20, СтЗ, стали 15Л-П, |Кокили для дрібних, середніх, великих | |15ХМЛ |і в особливо великих виливків з чавуну, | | |стали, алюмінієвих, магнієвих, | | |мідних сплавів | |Мідь і його сплави, леговані стали|Вставки для інтенсивного охолодження | |і сплави із цілком особливими властивостями |окремих частин виливків; | | |тонкостінні водоохлаждаемые кокили;| | |масивні металеві стрижні для | | |виливків із різних сплавів | |АЛ9, АЛ11 |Водоохлаждаемые кокили з | | |анодированной поверхнею для | | |дрібних виливків з алюмінієвих, | | |мідних сплавів, чавуну |.

Найширше виготовлення кокилей застосовують сірий і високо-випробувальний чавуни марок СЧ20, СЧ25, ВЧ42−12, тому що ці матеріали в достатній мірі задовольняють основним вимогам, і порівняно дешеві. Ці чавуни повинен мати ферритно-перлитную структуру. Графіт в сірих чавунах повинен мати форму дрібних ізольованих включень. У цих чавунах заборонена присутність вільного цементита, бо за нагревах кокиля відбувається розпад цементита зі зміною обсягу матеріалу, в результаті кокиле виникають внутрішні напруги, які б короблению, освіті сітки розпалу, зниження його стійкості. До складу таких чавунів підвищення їх стійкості вводять до 1% нікелю, міді, хрому, а зміст шкідливих домішок сірки і фосфору має бути мінімальним. Наприклад, виготовлення кокилей із високим тепло-нагружснностью рекомендується [14] сірий чавун наступного хімічного складу, травні. %: 3,0—3,2 З; 1,3—1,5 Si; 0,6—0,8 Mn; 0,7—0,9 Cu; 0,3—0,7 Ni; 0,08—0,1 Ti; до 0,12 P. S; до 0,1 Р.

Для виготовлення кокилей використовують низкоуглеродистые стали 10, 20, а також почали, леговані хромом і молібденом, наприклад 15ХМЛ. Ці матеріали мають високої пластичністю, тому добре пручаються растрескиванию при експлуатації. Кокили для дрібних виливків з чавуну і алюмінієвих сплавів іноді виготовляють з алюмінієвих сплавів АЛ9 і АЛ11. Такі кокили анодируют, у результаті з їхньої робочої поверхні утворюється тугоплавка (температура плавлення близько 2273 До) износостойкая плівка окислів алюмінію завтовшки до 0,4 мм. Висока теплопровідність алюмінієвих стінок кокиля сприяє швидкому відведення теплоти від отливки.

Таблиця 2.1.

Матеріали виготовлення деталей кокилей.

|Детали кокиля |Умови роботи |Матеріал | |Стрижні, штирі, |Торкаються Одна Одної з |Сталь 45 | |зворотні |рідким металом, | | |штовхачі, тяги |працюють на | | |Стрижні, |стирання |ЗОХГС, | |вставки, |Оформляють |35ХГСА, | |выталкиватели з |глибокі порожнини |35ХНМ, | |різкими |виливків і |4Х5МФС | |переходами в |перебувають під | | |перетинах |дією високих| | | |температур | | |Выталкиватели |Відчувають |У8А; У10А | | |ударні навантаження | | |Осі, вали, |Працюють на |Сталь 25* | |ексцентрики |стирання | |.

* Піддають цементації. Ці кокили зазвичай роблять водоохлаждаемыми. Мідь також часто використовують із виготовлення робочих стінок водоохлаждаемых кокилей. З міді роблять окремі вставки, вкладки у місцях, де необхідно прискорювати теплоотвод від виливки і тим самим управляти процесом її затвердевания.

Стрижні простий конфігурації виготовляють з конструкційних вуглецевих сталей, а складної конфігурації — з легованих сталей, для інших деталей — осей, валів, болтів тощо. буд.— використовують конструкційні стали (табл. 2.1).

Изготовление кокилей.

Кокили невеликих розмірів для дрібних виливків з алюмінієвих, магнієвих, цинкових, олов’яних сплавів виготовляють литими з чавуну, а також часто з поковок обробкою різанням з електрофізичної і електрохімічної обробкою робочих порожнин. Більші кокили — виконують литими. При литві робочих стінок кокилей особливу увагу привертають до себе те що заготівлі або не мали внутрішніх напруг, що забезпечується технологією лиття, і навіть .зниженням рівня залишкових напруг відповідної термічної обработкой.

Бажано виконувати литу заготівлю кокиля такий, ніж вимагалося опрацювання різанням робочих порожнин, в у крайньому випадку здійснювалася та їхні зачистка. Це забезпечує зниження вартості кокиля і підвищення стійкості робочої поверхні до появи сітки разгарных тріщин при эксплуатации.

Проте виконати завдання важко, якщо конфігурація робочої порожнини складна. Тому литі необроблені кокили застосовують для виливків нескладної конфігурації. Робочу порожнину кокиля виконують стрижнями, які щоб одержати чистої поверхні кокиля, без пригара, обов’язково забарвлюють чи натирають противопригарными пастами. Без забарвлення використовують лише стрижні, одержувані по нагреваемой оснастці з сумішей зі сполучною ПК- 104, і навіть стрижні з пісків зернистості не вище 016, стрижні з цирконовых пісків. Для отримання литих кокилей зі сталі використовують СО2 — процес, і навіть керамічні форми, виготовлені по постійним моделям [11]. Останній спосіб дає змогу отримувати робочі порожнини кокилей складної конфігурації без опрацювання різанням. Точність розмірів робочих порожнин у разі сягає 12 — 14-го квалитетов по СП РЕВ 145—75, а шорсткість поверхні Rz = 40ч10 мкм по ГОСТ 2789–73. Використання керамічних форм для виготовлення робочих стінок кокилей дозволяє знизити обсяг обробки різанням на 50—60%.

Литі заготівлі сталевих кокилей після виливки піддають термічної обробці — нормалізації. Термічну обробку сталевих водоохлаждаемых кокилей проводять після приварки до них кожухів і коробка на шляху подання рідини, бо за зварюванні в конструкції неминуче виникнуть внутрішні напруги, які можуть призвести до короблению кокиля при эксплуатации.

Для стабілізації ж розмірів та форми сталеві кокили перед остаточної обробкою різанням піддають старіння за заданим режимом: нагрівання до 773—873 До, витримка 2 год на кожні 25 мм товщини стінки, охолодження з вночі до 473— 573 До і далі надворі. Використовують також «тренування» — циклічну термічну обробку: в піч, нагріту до 1173 До, поміщають кокіль і нагрівають до 573 До, потім охолоджують обдувкой повітря. Цей цикл повторюють 3—4 разу. Стареыие і циклічну термічну обробку за зазначеними режимам використовують також і чавунних заготовок кокилей.

Стойкость кокилей та шляхи її повышения.

Стійкість кокилей вимірюється числом виливків необхідного, якості, здобутих у даному кокиле до виходу його з експлуатації. Приблизна стійкість кокилей приведено в табл. 2.2. Збільшення стійкості кокиля при лиття чавуну, стали, мідних сплавів дозволяє збільшити ефективність виробництва виливків завдяки зниження витрат за виготовлення кокиля, розширити сферу застосування цього перспективного технологічного процесса.

Таблиця 2.2.

Приблизна стійкість кокилей |Заливаемый |Виливки |Материал|Стойкость | |сплав | | |кокиля (число | | | |кокиля |виливків) | |Мідні |Дрібні |Чавун |1000—10 000 | | |Середні | |1000—8000 | | |Дрібні |Сталь |1 000— 1 500 500 | | |Середні | |- 3000 | |Алюминиевые|Мелкие |Чавун |Сотні тисяч | |, |Середні | |Десятки тисяч | |магнієві, |Великі | |З кількома тисячами | |цинкові | | | |.

Основною причиною руйнації кокиля є складні термохимические процеси, викликані нерівномірним циклічним нагріванням і охолодженням робочої стінки кокиля переважають у всіх трьох її вимірах (за «товщиною, довжині, ширині). Це спричиняє появі неоднорідного, мінливого зі зміною температури поля напруг у стінці кокиля, що викликає її пружні і пластичні деформації. Останні призводять до залишковим деформаціям і напругам. Теоретично показано, що у поверхневому шарі кокиля нереалізована термічна деформація зазвичай, у 2 разу перевершує деформацію, відповідну межі плинності матеріалів при певної температурі. Тож у кожному циклі навантаження (заливання — выбивка) деформація стискування змінюється деформацією розтяги, що зумовлює термічної втоми матеріалу кокиля. Термічні напруги виникають також унаслідок структурних перетворень і зростання зерна матеріалу кокиля, що відбуваються є тим інтенсивнішим, що стоїть температура його нагрева.

Здатність кокиля витримувати термічні напруги залежить від механічних якостей її матеріалу за температур роботи кокиля. Ці властивості різко знижуються при нагріванні. Напри-: заходів, межа плинності стали 15 при нагріванні до 900 До зменшується в 3 раза.

Рівень що виникають у кокиле напруг залежить також від конструкції кокиля — товщини його стінки, конструкції ребер жорсткості тощо. буд. Наприклад, тонкі ребра жорсткості великий висоти призводить до появи тріщин на робочої поверхні кокиля, а низькі ребра можуть забезпечити жорсткість кокиля і призвести до короблению.

Стійкість кокилей забезпечується конструктивними, технологічними і експлуатаційними методами. Конструктивні методи засновані на правильному виборі матеріалів для кокилей залежно від переважаючого виду руйнації, розробки раціональної конструкції кокиля.

Термічні напруги, що призводять до їх зниження стійкості кокиля, є результатом нереалізованої термічної деформації: менш нагріті частини кокиля (верстви робочої стінки, що прилягають до зовнішньої неробочої поверхні, ребра жорсткості) перешкоджають розширенню нагревающейся металом виливки частини кокиля. Зменшити напруги можливо, якщо термічна деформація нагрітої частини відбувається безперешкодно. Цього можна досягнути, якщо розчленувати робочу стінку кокиля деякі елементи (вставки) в подовжньому (рис. 2.10, 6) чи поперечному (рис. 2.10, а) напрямах. Тоді внаслідок проміжків між елементами кокиля кожен із них при нагріванні розширюється свободно.

На підвищення стійкості кокилей використовують змінні вставки 1, які оформляють робочу порожнину кокиля (рис. 2.10, в). Завдяки зазорам між корпусом 2 і вставкою 1 термічна деформація вставки протікає вільно, що у ній напруги знижуються, стійкість кокиля зростає. Найбільш ефективно використання змінних вставляння у багатомісних кокилях.

Технологічні методи спрямовані для підвищення стійкості поверхневого шару робочої порожнини, має найбільшу температуру при роботі кокиля. І тому використовують армування, поверхове легування, алитирование, силицирование, термічну обробку різних видів, наплавку, напилювання на робочу поверхню матеріалів, що підвищують стійкість кокиля. Кожен з цих способів призначений підвищення стійкості кокиля до руйнувань певного вида.

Експлуатаційні методи підвищення стійкості кокилей засновані на суворої регламентації температурного режиму кокиля, залежить від температури кокиля перед заливанням, температури що заливається металу, складу, властивостей і стан вогнетривкої покриття з його робочої поверхні, темпу (частоти заливок) роботи кокиля. Перед заливанням кокіль нагрівають чи охолоджують (коли він був нагріте) до оптимальної для даного сплаву і виливки температури TФ (див. табл. 2.4). Початкова температура Тф кокиля залежить від темпу роботи кокиля (рис. 2.11). При підвищенні темпу роботи скорочується тривалість tц циклу, переважно внаслідок зменшення часу t3an від выбивки виливки з кокиля до наступній заливання. Це спричиняє з того що в останній момент заливання кокіль має температуру трохи вища необхідної (рис. 2.11, а), Зі збільшенням Ц кокиля зменшується різницю температур АГФ — Тюл — Тф і зменшуються залишкові напруги в кокилях з упруго-пластических матеріалів. Разом про те підвищення Гф сприяє інтенсифікації корозії, структурних перетворень та інших процесів у вихідному матеріалі кокиля, що знижує його стойкость.

За зменшення темпу роботи (рис. 2.11,6) тривалість циклу зростає також через підвищення часу t3an. Це спричинить різке до того що, що перед черговий заливанням температура Т «ф буде вже ніколи заданої, відповідно зросте різницю температур АГФ і збільшаться залишкові напруги в кокиле, стійкість знизиться. Виробничі дані показують (рис. 2.12), що з даного конкретного кокиля існує оптимальний темп роботи т, у якому стійкість його &зал наибольшая.

На стійкість кокиля впливає температура що заливається металу Гзал. Підвищення температури металу вище необхідної за технологією для даної виливки призводить до зниження стійкості кокиля й погіршенню якості виливки — усадочным раковинам, рыхлотам, трещинам.

Стійкість кокиля може бути підвищено при належному догляді його при експлуатації. Це забезпечує система планово-попереджувального ремонту (ППР).

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТТЯ У КОКИЛЬ.

Технологічні режими литья.

Майже завжди, крім особливих випадків, необхідну якість виливки характеризується умови, якщо ливарна форма заповнена расплавом без неспаев, газових і неметалевих включень в литві, а при затвердевании в литві не утворилося усадочных дефектів — раковин, пористости, тріщин — і його структура і механічні властивості відповідають заданим. З теорії формування виливки відомо, що це умови досягнення у що свідчить залежить від того, наскільки даний технологічний прооцесс забезпечує виконання однієї з загальних принципів отримання якісної виливки — її спрямоване затвердеание і харчування. Надісланий затвердіння і харчування усадки виливки забезпечується комплексом заходів: раціональної конструкцією виливки, її розташуванням у вигляді, конструкцією ЛПР, технологічними режимами лиття, конструкцією і властивостями матеріалу форми тощо. буд., призначуваних технологом з урахуванням властивостей сплаву і особливості взаємодії форми з расплавом. Нагадаємо, що з лиття в кокіль головна з цих особливостей — висока інтенсивність охолодження розплаву і виливки. Це утрудняє заповнення форми расплавом, прискорює охолодження їх у формі, що не позитивно впливає на якість виливків, особливо чугунных.

Інтенсивність теплового взаємодії між кокилем і расплавом чи виливком можливо регулювати в межах. Зазвичай це досягається створенням певного термічного опору за українсько-словацьким кордоном контакту виливки 1 (розплав) — робоча поверхню порожнини кокиля 2 (рис. 2.13). Для цього поверхні порожнини кокиля завдають шар 3 вогнетривкої обличкування і фарби (табл. 2.3). Завдяки меншою проти металом кокиля теплопровідності ?кр вогнетривкої покриття між виливком і кокилем виникає термічне опір переносу теплоты:

[pic], де [pic]- коефіцієнт теплової провідності вогнетривкої покриття- [pic] — товщина шару вогнетривкої покриття. Вогнетривке покриття зменшує швидкість q відводу теплоти від розплаву і виливки, яка від теплової провідності вогнетривкої покриття і різниці між температурою [pic] поверхні виливки і температури [pic] поверхні кокиля:

[pic]. Величини [pic] і ?кр можливо змінювати у найширших межах, регулюючи коефіцієнт теплової провідності вогнетривкої покриття і швидкість охолодження виливки, отже, її структуру, щільність, механічні свойства.

Таблиця 2.3.

Поїзди вогнетривких покриттів (фарб) кокилем |Призначення |Компоненти |Содерж|Коэффи| | | |ание, |циент | | | |мас.% |теплоп| | | | |роводн| | | | |остюки, | | | | |Вт/ | | | | |(.год | | | | |-До) | |Для виливків |1 Окис цинку |15 |0,41 | |з алюми- | | | | |ниевых сплавок | | | | | |Асбест |5 | | | |прожарений | | | | |(пудра) | | | | | | | | | |Рідке скло |3 | | | |Вода |77 | | | |2. * Асбест |8.7 |0,27 | | |прожарений | | | | |Мел мелений |17,5 | | | |Рідке скло |3,5 | | | |Вода |70,3 | | |Для виливків |3. Тальк |18 |0,39 | |id магние- | | | | |вых сплавок |Борна кислота |2,5 | | | |Рідке скло |2,5 | | | |Вода |77 | | |Для виливків |4. Пилоподібне |10— 15|0,58 | |з чавуну |кварц | | | | |Рідке скло |3 — 5 | | | |Вода |87—80 | | | |5. * Мелений |40 |0,25 | | |шамот | | | | |Рідке скло |6 | | | |Вода |54 | | | |Марганцевокйслый | | | | |ка- | | | | |лий 0,05% (понад| | | | |100%) | | | |Для виливків |6. Вогнетривка |30 —40|0,3 | |зі сталі |складаю- | | | | |щая (циркон, | | | | |карбооунд, | | | | |окис хрому) | | | | |Рідке скло |5 — 9 | | | |Борна кислота |0,7—0,| | | | |8 | | | |Вода |Осталь| | | | |ное | | | | |до | | | | |щільно| | | | |- | | | | |сті | | | | |1,1−1,| | | | |22 | | | | |г/см3 | |.

* Поїзди застосовують покриття поверхні литниковых каналів і выпоров.

Відповідно до необхідної швидкістю відводу теплоти від різних місць виливки товщину [pic] і теплопровідність ?кр вогнетривкої покриття можна зробити різними у різних частинах кокиля, створюючи умови для спрямованого затвердіння виливки, регулюючи швидкість її охолодження в окремих местах.

Вогнетривке покриття зменшує швидкість нагріву робочої поверхні кокиля; завдяки термическому опору вогнетривкої покриття температура робочої поверхні буде вже ніколи, ніж без покриття. Це знижує різницю температур за «товщиною кокиля, зменшує температурні напруги в ньому й підвищило б його стійкість. Вогнетривке покриття лежить на поверхні кокиля повинен мати задану теплопровідність, добре наноситися і утримуватися лежить на поверхні форми, протистояти різких коливань температури, не виділяти газів при нагріванні, здатних розчинятися в литві чи створювати їхньому поверхні газові раковини. Покриття готують з вогнетривких матеріалів, сполучних, активизаторов і стабілізаторів (див. табл. 2.3).

Як вогнетривких матеріалів застосовують пилоподібне кварц, шамотный порошок, окисли і карбиды металів, тальк, графіт, азбест. Сполучні для покриттів — рідке скло, вогнетривка глина, сульфитный щелок.

Активизаторы застосовують підвищення схоплювання з поверхнею кокиля. Як активизаторов використовують із шамотных і азбестових покриттів буру (Na2B4O7* lOH2O) і борну кислоту (Н3ВO4); для маршалитовых — кремнефто-ристый натрій (Na2SiF6), для тальковых — буру, борну кислоту чи марганцевокислый калій. Перед приготуванням вогнетривкі матеріали просівають через сито 016—01.

Стабілізатори застосовують у тому, аби знизити седиментацию вогнетривких складових покриття. Найчастіше це поверхнево-активні речовини ОП5, ОП7. При лиття в кокіль чавуну усунення отбела в отливках на вогнетривке покриття завдають кіптява (сажу) ацетиленового пламени.

Товщину шару вогнетривкої покриття контролюють вимірювальними пластинами, зволіканнями, прямим виміром, электроконтактным способом. При прямому вимірі товщину шару обличкування визначають микрометром (рис. 2.14): вимірюють відстань від базової поверхні 1 до поверхонь 2 і трьох, відповідно не покритою і покритою обличкуванням. Різниця дає товщину шару облицовки.

Схема розподілу температурах системі виливок — покриття — форма практично реалізується лише поверхонь виливки, які за усадки утворюють щільний контакти з кокилем, між охватываемыми поверхнями виливки і кокилем утворюється зазор, змінюється принаймні усадки виливки. Цей зазор заповнений повітрям і газами, виділяються з покриття. Освіта зазору призводить до збільшення термічного опору переносу теплоти від виливки в кокіль. Тому з боку внутрішніх стінок виливок охолоджується інтенсивніше, ніж із боку зовнішніх. Через війну зміщується зона освіти осьової пористости виливки до зовнішньої її стінці, що можна враховувати під час розробці системи харчування усадки отливки.

Розглянуте явище використовують із усунення отбела в поверхневих випадках чавунних виливків. І тому після освіти у литві твердої скоринки достатньої міцності кокіль злегка розкривають гак щоб між поверхнями виливки і кокиля утворився повітряний зазор. Тоді теплота затвердіння внутрішніх верств виливки, проходячи через затвердевающую зовнішню скоринку, розігріває її у результаті маємо «самоотжиг» виливки — вона має отбела.

Швидкість відводу теплоти від розплаву і виливки залежить з різниці між температурами поверхонь виливки Т0 і кокиля Тп З підвищенням температури що заливається розплаву зростає температура Те і швидкість відводу теплоти від виливки; на підвищення температури Тn швидкість відводу теплоти від виливки зменшується. Тому на згадуваній практиці широко використовують регулювання швидкості відводу теплоти від розплаву і виливки, змінюючи температури що заливається сплаву чи кокиля перед заливанням. Проте надмірне зниження температури що заливається сплаву призводить до погіршення заповнюваності кокиля. Підвищення температури кокиля збільшує небезпека приварювання виливки до кокилю, особливо в лиття чавуну і вони, знижує стійкість кокиля.

Практично встановлено, що оптимальна температура кокиля перед заливанням залежить від що заливається сплаву, товщини стінки виливки і його конфігурації (табл. 2.4).

Температура заливання розплаву в кокіль залежить з його хімічного складу, товщини стінки виливки, способу її харчування при затвердевании. Оптимальні температури заливання в кокіль різних сплавів наведено ниже.

Особенности виготовлення виливків із різних сплавов Технологические режими виготовлення виливків із різних сплавів обумовлені їх ливарними властивостями, конструкцією виливків та вимогами, що висуваються до качеству.

Таблиця 2.4.

Температура нагріву кокилей перед заливанням |Сплави |Виливки |Толщина|Темпера| | | |стінки |туру | | | |отливок|нагрева| | | |, мм |кокиля,| | | | |До | |Алюмінієві |Тонкостінні, |1,6—2,1|673—693| | |ребристі | | | | |Ребристі, |5—10 |623—673| | |корпусні | | | | |Прості, без |8 |523—623| | |ребер | |473—523| |Магнієві |Тонкостінні, | |623—670| | |складні | | | |Мідні |Товстостінні |5—10 |523—620| | |Середньої складності| |393—473|.

Виливки з алюмінієвих сплавов.

Ливарні властивості. Відповідно до Держстандарту ливарні алюмінієві сплави розділені п’ять груп. Найкращими ливарними властивостями мають сплави I групи — силумины. Вона має хорошу жидкотекучесть, невелику (0,9—1%) лінійну усадку, стійки до утворення тріщин, досить герметичні. Це сплави марок АЛ2, АЛ4, АЛ9, їх широко використав виробництві. Але вони схильні до утворення грубої грубозернистої эвтектики у структурі виливки й розчинення газов.

При лиття силуминов в кокіль структура виливків внаслідок високої швидкості кристалізації виходить мелкозернистой. Основна хиба сплавів I групи при лиття в кокіль — схильність до утворення розсіяною газової пористости в отливках. Сплави II групи (медистые силумины) також нерідко виливають в кокіль. Ці сплави мають досить хорошими ливарними властивостями і високої міцністю, ніж силумины, менш схильні до утворення газової пористости в отливках.

Сплави III — V груп мають гірші ливарні властивості — знижену жидкотекучесть, підвищену усадку (до 1,3%), схильні до утворення тріщин, рыхлот і пористости в отливках. Одержання виливків з цих сплавів вимагає суворого дотримання технологічних режимів, забезпечення хорошого заповнення форми, харчування виливків при затвердевании.

Усі ливарні алюмінієві сплави в рідкому стані інтенсивно розчиняють гази і окислюються. При затвердевании сплаву гази виділяються з розчину й утворять газову і газоусадочную пористість, яка знижує механічні властивості і герметичність виливків. Що Настає лежить на поверхні розплаву плівка окислів під час заповнення форми може руйнуватися і потраплятимуть у тіло виливки, знижуючи її механічні властивості і герметичність. При високих швидкості розплаву в литниковой системі плівка окислів, змішуючись з повітрям, утворює піну, потрапляння якої у порожнину форми призводить до дефектів у тілі отливок.

Вплив кокиля на властивості виливків. Інтенсивне охолодження розплаву і виливки в кокиле збільшує швидкість її затвердіння, що сприятливо впливає структуру — подрібнюється зерно твердого розчину, эвтектики і вторинних фаз. Структура силуминов, відлитих в кокіль, близька до структури модифікованих сплавів; знижується небезпеку появи газової і газоусадочной пористости, зменшується шкідливий вплив заліза та інших домішок. Це дозволяє допускати більше вміст заліза в алюмінієвих отливках, одержуваних у кокилях, проти отливками в піщані форми. Усе це сприяє підвищенню механічних властивостей виливків, їх герметичности.

Кокили для лиття алюмінієвих сплавів застосовують масивні, товстостінні. Такі кокили мають високу стійкість ще більшу теплову інерцію: після нагріву до робочої температури вони розладнуються повільно. Це дозволяє собі з більшої точністю підтримувати температурного режиму лиття і отримувати тонкостінні виливки. Для виливків складної конфігурації використовують кокили, мають системи нагріву чи охолодження окремих частин. Це дає можливість забезпечити спрямоване затвердіння і харчування виливків. Для отримання точних виливків робочу порожнину кокиля зазвичай виконують обробкою резанием.

Становище виливки у вигляді має сприяти її поданого затвердеванию: багнисті частини виливки мають внизу, а масивні вгорі, встановлюючи ними прибутків і котрі живлять выпоры.

Литниковая система мають забезпечувати спокійне, плавне надходження розплаву в порожнину форми, надійне уловлювання окисных полон, шлакових включень й не допустити освіту в каналах литниковой системи та порожнини кокиля, сприяти поданого затвердеванию і харчуванню масивних вузлів виливки. Використовують литниковые системи з підведенням розплаву згори, знизу, збоку, комбіновані і ярусные (рис. 2.15, а).

Литниковые системи з верхнім підведенням використовують із невисоких виливків типу втулок і каблучок (I, 1—3). Такі литниковые системи прості, дозволяють досягти високого коефіцієнта виходу придатного. Заливання з кантовкой кокилей з такою литниковой системою забезпечує плавне заповнення форми і сприяє поданого затвердеванию отливок.

Литниковые системи з підведенням розплаву знизу використовують із виливків корпусів, високих втулок, кришок (II, 1—3). Для зменшення швидкості входу розплаву до форми стояк роблять зиґзаґоподібним (II, 1), похилим (II, 2). Для затримання шлаку встановлюють шлакозадерживающие бобышки Б (II, 1); видалення перших охолоджених порцій розплаву, містять шлакові включення, використовують промывники П (II 3).

Литниковые системи з підведенням розплав, а збоку через щілинній ворота (III, 1—3), запропоновані акад. А. А. Бочваром і проф. А. Р. Спаським, зберігають основні переваги сифонной заливання і сприяють поданого затвердеванию Виливки. Насправді використовують кілька варіантів таких систем. Стояки виконують похилими чи складної форми, звані гусячі шийки. Ці стояки знижують швидкість, виключають захоплення повітря, освіту йшла ков і піни в литниковой системі, забезпечують плавне заповнення форми расплавом. При заливці великих виливків обов’язковим елементом литниковой системи є вертикальний канал, є колектором. |I |[pic]1 |[pic]2 |[pic] | |II|[pic]1 |[pic]2 |[pic]3 | |II|[pic]1 |[pic]2 |[pic]3 | |I | | | | |IV|[pic]1 |[pic]2 |[pic]3 | |V |[pic]1 |[pic]2 |[pic]3 |.

Розплав (рис. 2.15,6) з чаші / вступає у зиґзаґоподібний стояк 2, та якщо з нього — в підіймання 3 — криницю — і вертикальний щілинній живильник 4, Співвідношення площ поперечних перетинів елементів литниковой системи підбирають те щоб рівень розплаву у вигляді під час її заповнення був поранений нижче рівня каналі 3; верхні порції розплаву повинні зливатись у форму і заміщатися більш гарячим расплавом. Розміри каналу 3 і питателя 4 призначають відповідно до завтовшки стінки виливки 5; щоб уникнути усадочных недоліків у литві, розплав в каналі 3 і питателе 4 повинен укріпляти пізніше виливки. Недолік литниковой системи — великий витрата металу на литники і складність відділення їхнього капіталу від отливки.

Литниковые системи з комбінованим підведенням використовують із складних виливків (див. рис. 2.15,а IV, 1—3). Нижній живильник сприяє спокійного заповнення форми, а верхній подає назапекліший розплав під прибуток, поліпшуючи її що живить действие.

Ярусные литниковые системи використовують із поліпшення заповнення форми тонкостінних складних або малих виливків (V, 1—3).

Розміри елементів литниковых систем для виливків з алюмінієвих і магнієвих сплавів визначають, виходячи з таких положень: значення критерію Re щодо різноманітних елементів литниковой системи (стояка, колектора, живильників) нічого не винні перевершувати які гарантують мінімальне потрапляння окислів і неметалевих включень до форми внаслідок порушенні сплошности; швидкість руху розплаву у вигляді має забезпечити її заповнення без освіти у литві неслитин і спаев.

Нижче наведені максимальні допустимі значення критерію Re = ud/v щодо різноманітних елементів литниковых систем, за даними М. М. Галдина та О. Б. Ноткина [8]: |Стояк |43 500—48 300 | |Колектор |28 000—33 800 | |Живильники |7800—5300 | |Форма: | | |проста. |2600—1350 | |складна |780 |.

Из наведених даних слід, що з отримання якісних виливків швидкість руху розплаву повинна убувати від перерізу стояка до питателю. Тож виливків з алюми ниевых сплавів застосовують розширювані литниковые системи з соотношением.

fc:fк:fп=l:2:3 чи 1:2:4, (2.1) де fc, fк, fn — площі поперечного перерізу стояка, колектора, питателя соответственно.

Для великих (50—70 кг) і високих (750 мм) виливків fc: fк:fп=1:3:4 чи 1:3:5.

Для визначення середнього значення мінімально припустимою швидкості підйому розплаву у вигляді іф використовують різні теоретичні і експериментальні залежності, враховують хімічний склад сплаву, конфігурацію виливки, температуру форми і сплаву тощо. буд. Найпростіший, але досить точної, є залежність, встановлена А. А. Лебедєвим [8], uф =(3,0ч4,2)/lo, (2.2) де uф — початкова швидкість підйому розплаву у вигляді, см/с; lо — характерна товщина стінки виливки, див; при відношенні Hо/lо50 — великі його значення; Н0 — висота виливки без прибутків і выпоров.

При лиття малих і середніх виливків в кокіль площа поперечного перерізу стояка визначають по формуле.

[pic](3,0ч4,2)[pic], (2.3) де G — маса виливки, р; [pic] — щільність сплаву, [pic] - швидкість руху розплаву у вузькому сечении стояка, см/с.

Швидкість [pic] визначають за такою формулою [pic], де розрахунковий натиск, визначають по відомим формулам [4]; [pic] — коефіцієнт витрати, приймають [4]: [pic] = 0,65ч0,76 для нижнього підвода; [pic] ==0,7ч0,8 для ярусной системи; [pic] = 0,56ч0,67 для комбінованого способу підвода. Менші значення [pic] приймають для знижених температур заливки.

Визначивши за такою формулою (2.3) [pic], за співвідношенням (2.1) знаходять площі поперечного перерізу інших елементів литниковой системи. У кокиле виконують канали литниковой системи відповідно до мінімальними розрахунковими розмірами, які за доведенні технології виливки у разі необхідності збільшують. При лиття великих, складних виливків аби визначити розміри литниковой системи користуються спеціальними методами [8].

Технологічні режими лиття призначають залежно від властивостей сплаву, конфігурації виливки і що висуваються до ній вимог. Склад і товщину шару фарби лежить на поверхні робочої порожнини кокиля призначають відповідно до рекомендаціями табл. 2.3. Для регулювання швидкості відводу теплоти від різних частин виливки товщину й властивості вогнетривких покриттів у різних частинах кокиля часто роблять різними. Для1 забарвлення у разі використовують трафарети. Поверхні каналів литниковой системи покривають більш як товстим шаром фарб зі зниженою теплопроводностью, а поверхні прибуткових частин іноді оклеивают тонколистовым азбестом (клеєм служить рідке стекло).

Температуру нагріву кокиля перед заливанням прини-мают, керуючись даними табл. 2.4. Температурузаливки розплаву в кокіль призначають залежно від хімічного складу сплаву, товщини стінки виливки і його розмірів. Для силуминов типу АЛ2, АЛ4, АЛ9 її приймають рівної 973—4023 До, для широкоинтервальных сплавів типу АЛ 19, які мають зниженою жидкотекучестью, — рівної 993—1043 К.

Тривалість витримки виливки в кокиле призначають з урахуванням її ж розмірів та маси. Зазвичай виливки охолоджують у вигляді до температури 650 До. Тривалість охолодження виливки до температури выбивки визначають розрахунком по відомим формулам [2, 14] й остаточно коректують при доведенні технологічного процесса.

Отливки з магнієвих сплавов.

Ливарні властивості. Магнієві ливарні сплави проти алюмінієвими мають гіршими ливарними властивостями: зниженою жидкотекучестью, великий (1,2—1,5%) усадкой, схильністю до утворення гарячих тріщин, зниженою герметичностью, високої схильністю до окислювання в рідкому і твердому стані, здатністю вогонь в рідкому стані. Магнієві сплави мають великий інтервал кристалізації, схильні до розчинення газів і у отливках часто утворюються микрорыхлоты. Виливки нз магнієвих сплавів схильні до короблению при затвердевании і термічної обработке.

Найбільше застосування лиття на кокіль знайшли сплави МЛ5 (системи Mg — А1 — Zn), МЛ6 (системи Mg — Al — Zn), МЛ12 (системи Mg — Zn — Zr) МЛ10 (Mg — Nd — Zr).

Вплив кокиля на властивості виливків. Кокіль мало входить у хімічне взаємодію Космосу з магнієвим расплавом, що зменшує окисляемость сплаву, покращує якість виливків. Знижена жидкотекучесть сплавів зумовлює необхідність заливати в кокили за підвищеної температурі, особливо в виготовленні тонкостінних виливків. Це спричиняє підвищенню окисляемости сплаву, ймовірності влучення окислів в відливку, збільшення розмірів збіжжя у структурі, погіршення механічних властивостей отливки.

Щоб запобігти гарячих тріщин в отливках, обумовлених підвищеної усадкой сплавів, потрібен «підрив» непіддатливих металевих стрижнів або використати бодай піщані стрижні; модифікування сплавів церієм і вісмутом підвищує трещиноустойчивость сплавов.

Становище виливки з магнієвого сплаву в кокиле має особливо важливе значення для спрямованого її затвердіння і продукти харчування. Для харчування виливки обов’язково використовують прямі чи відвідні прибутку; для кращої його роботи прибутку виконують у стрижневих, азбестових чи керамічних вставках.

Литниковые системи для магнієвих сплавів розширювані: fc: fк:fп= 1:2:3. Для великих і складних виливків fc: fк:fп = 1:4:6.

Розміри елементів литниковых систем визначають, користуючись формулами. (2.1), (2.3) і залежностями коефіцієнтів витрати, наведеними вище. Обсяг прямій чи відвідної прибутку визначають з співвідношення Vпр=(2−2,5) Vп. о, де Vп. о — обсяг питаемого вузла виливки. Способи підвода розплаву в кокіль і конструкції литниковых систем таку ж як й у алюмінієвих сплавів (див. рис. 2.15). Особливу увагу варто привертати до розосереджений підвід розплаву в робочу порожнину. Це викликано зниженою жидкотекучестью магнієвих сплавів та його малої теплопроводностью. Останнє властивість при зосередженому підводі призводить до сповільненому охолодження отлпвки на місці підвода питателя й освіті в эгом місці усадочных дефектів — пористости, рыхлот, трещин.

Технологічні режими лиття магнеевых сплавів в кокіль призначають з урахуванням їхньої ливарних властивостей, конфігурації виливки і предьявляемых до неї требований.

Склад і товщину фарби робочої порожнини кокиля приймають але рекомендаціям табл. 2.3. Для усунення окислення і загоряння сплаву при заливці рекомендується покривати по-верхность кокиля і крайки заливальній чаші сірчаним кольором, кото-рый згораючи, створює захисну середу навколо отливки.

Температуру нагріву кокиля перед залинкой назна-чают не більше вказаних у табл. 2.4.

Температура заливання магнієвих сплавів залежить від хімічного складу, але на 100- 150 До вище лінії ликвидна, що викликано їх зниженою жидкотекучестью. Зазвичай температура заливання становить 1000— 1020 До для тонкостінних виливків і 950−980 До для масивних, толстостенных Отливки з мідних сплавов.

Ливарні властивості. Литтям в кокіль виготовляють виливки з латуней, бронз, і навіть чистої міді. Латуии мають зазвичай невеличкий інтервал кристалізації, хорошу жндкотекучесть, але велику усадку; 1,5—2,5% в зави-симости від хімічного складу. Латуні мало схильні до утворення усадочной пористости, але, як і все мідних сплавів, інтенсивно, розчиняють водень, особливо крем’янисті латуні, виливки у тому числі часто уражаються газової пористість. Бронзи олов’яні мають високу жидкотекучесть, підвищену усадку (1.4—1,6%), великий інтервал кристалізації, тож і підвищену схильність до утворення усадочной пористости в отливках. Алюмінієві бронзи мають невеличкий інтервал кристалізації, велику усадку (1,7—2,5%); виливки нз них виходять щільними, але де вони схильні до утворення окисных полон через підвищення окисляемости що міститься у яких алюмінію. Полони, які у відливку, знижують її механічні властивості і герметичність. Крем’янисті бронзи, аналогічно кременистим латупям, схильні до утворення газової пористости. Свинцеві бронзи схильні до ликвации, погіршує властивості отливок.

Чиста мідь має низьку жидкотекучесть, високу усадку (1,8—2%), інтенсивно розчиняє гази, які за затвердівши утім ані і виливки утворюють газову пористість і раковини у ній. При плавленні мілину інтенсивно окислюється. Окисли міді погіршують її ливарні властивості, і навіть механічні властивості і електропровідність виливків. Вплив кокиля на якість виливків. Висока швидкість охолодження і затвердіння при лиття в кокіль позитивно впливає на якість виливків: підвищуються їх механічні властивості, герметичність, щільність, поліпшується структура. Підвищення швидкості охолодження сприяє наближенню характеру затвердіння широкоинтервальных сплавів до послідовному. Тому, наприклад, виливки з олов’яних бронз в кокіль мають велику щільність, ніж при лиття в піщані форми. Отлнвки з кременистих латуне. й і бронз менше вражені газової пористість, оскільки висока швидкість охолодження розплаву перешкоджає виділенню газів з розчину. Підвищена швидкість затвердіння виливків з свинцевих бронз зменшує ликвацию, сприяє подрібненню включень свинцю, що підвищує антифрикционный властивості отливок.

Виливки з мідних сплавів при лиття в кокіль часто вражені тріщинами, так к. а-к кокіль непіддатливий. Це утруднює отримання в кокилях складних тонкостінних виливків. Головна мірапопередження цих дефектів — хороше розкислення і рафінування олії сплавів — звільнення їхню відмінність від окислів, сильно які впливають трещйноустойчивость сплавів, і навіть створення умов для спрямованого затвердіння і продукти харчування отливки.

Становище виливки в кокиле має забезпечувати спрямоване затвердіння .і харчування її за усадки. Тому мають масивні її частини вгорі і встановлюють прибыли.

Литниковая система (рис. 2.16,) для мідних сплавів повинна забезпечувати плавне заповнення форми і живити відливку у її затвердіння. Тому литники роблять великого перерізу, одночасно які виконують функції прибутків. Між стояком і питателем встановлюють котрі живлять бобышки Б,, в кр-торых відбувається також часткове шлакозадержание. Для виливків з алюмінієвих, марганцевих і кременистих бронз використовують нижній підвід розплаву через зигзагоподібні і похилі стояки (рис. 2.16, б, в), шлакоуловители і плоскі щелевидные живильники. Тонкостінні дрібні виливки заливають згори (рис. 2.16, а), звичайно з підведенням розплаву в питающую бобышку Б. Для виливків з мідних сплавів застосовують як розширювані, і суживающиеся литниковые системи. Для сплавів, схильних до утворення полон (алюмінієвих, марганцевих бронз), використовують розширювані литниковые системи (fп:fл.х:fс=3:2: 1), а латуні — суживающиеся (fп:fл.х:fс=1:2,5: 3,5).

Розміри елементів литниковой системи визначають, користуючись відомим гідравлічною методом розрахунку [8].

Технологічні режими призначають залежно від ливарних властивостей сплаву, конфігурації виливки й виконання вимог до ней.

До складу фарб робочих поверхонь кокилей вводять речовини, здатні при взаємодії з расплавом випаровуватися і газифікуватися з освітою відновлювальної середовища, предотвращающей окислювання розплаву (див. табл. 2.3). Зазвичай це олії, графіт, і навіть органічні лаки, термореактивные смоли. Такі покриття завдають на поверхню кокиля перед кожної заливанням чи за два-три заливки.

Температуру нагріву кокиля перед заливанням призначають поданим табл. 2.4. Для отримання виливків високої якості з свинцевих бронз необхідно забезпечити високу швидкість затвердіння. Це досягається охолодженням кокилей водою, використанням для кокилей высокотеплопроводных матеріалів. Температура заливання мідних сплавів залежить від хімічного складу і конфігурації виливки. Олов’яні бронзи заливають за температур 1420—1470 До; алюмінієві бронзи — при 1370—1430 До. Крем’янисті латуні заливають при температурах 1250—1310 До, свинцеві латуні — при 1300—1380 До. Масивні виливки заливають при високих температурах, близьких до нижньої межі рекомендованих, тонкостінні — до верхнему.

Температуру выбивки виливків з кокилей призначають залежно від хімічного складу сплаву, товщини стінки виливки і його конфигурации.

Финишные операції, і контроль виливків з кольорових сплавов.

Виливки з алюмінієвих, магнієвих, мідних сплавів контролюють двічі: до відтинки литников і прибутків (попередній контроль) і після. Литники та одержання прибутку відрізають ленточными і дисковими пилками, а масовому виробництві — на специальних верстатах. Від дрібних виливків з латуней литники часто обрубують за штампи на пресах. При відрізку литников від виливків з магнієвих сплавів повинні прийняти особливі заходи видалення стружки, здатної до самозаймання. Режими термічної обробки призначають, керуючись хімічний склад, конфігурацією виливки та вимогами технічних умов. Після цього проводять повторний контроль виливків, перевіряючи відповідність вимогам технічних условий.

Дефекты виливків з кольорових сплавів й відчуття міри їх предупреждения.

Загальні характерні дефекти виливків при лиття в кокіль такі: 1) недоливи і неслитины при низької температури розплаву і кокиля перед заливанням, недостатньою швидкості заливання, великий газотворности стрижнів і фарб та поганий вентиляції кокиля; 2) усадочные дефекти (раковини, утяжины, пористість) через порушення спрямованого затвердіння і недостатного харчування масивних вузлів виливки, надмірно високої температури розплаву і кокиля; місцевого перегріву кокиля, нераціональної конструкції литниковой системи; тріщини з’являються через несвоєчасне підриву металевого стрижня чи вставки, високої температури заливання, нетехнологичной конструкції виливки; 3) шлакові включення утворюються при використанні забруднених шихтовых матеріалів, недостатньому рафинировании перед заливанням, неправильної роботі литниковой системи; 4) газова пористість утворюється під час порушенні ходу плавки (використання забруднених вологою і олією шихт, надмірно високого перегріву, недостатнього рафінування чи розкиснення сплава).

Специфічні дефекти виливків з магнієвих сплавів — це дефекти усадочного походження — пористість, тріщини, рыхлоты, — зумовлені широким температурним інтервалом затвердіння цих сплавів. Для усунення цих дефектів потрібно доведення і точне дотримання технологічних режимів — температури розплаву і кокиля, фарби та інших. Часто виливки з магнієвих сплавів внаслідок поганої роботи литниковой системи вражені шлаковыми включеннями. Це неприпустимо, оскільки призводить до корозії виливки у її експлуатації та збереженні. Такі дефекти усувають ретельної доводкой литниковой системи та ведення процесу плавки.

Специфічні дефекти виливків з мідних сплавів такі: газова пористість при поганому рафинировании і очищенні сплаву від шлакових частинок; вторинні окисные полони при лиття алюмінієвих бронз внаслідок поділу потоку розплаву на струменя і окислення їх у формі; тріщини через поганого розкиснення сплавів при плавленні. ———————————- Рис. 2.1. Кокиль.

Рис. 2.2. Послідовність виготовлення виливки в кокиле Рис. 2.4. Кокіль з горизонтальним. разъемом Рис. 2.3. Кокіль вытряхной: 1 — стрижень; 2 — кокиль А-А Рис. 2.5. Кокіль зі складною розніманням Рис. 2.6. Кокіль з повітряним охлаждением.

Рис. 2.7. Водоохлаждаемый кокіль (чи виливок (б): / — верхня плита; 2 — стрижень; 3 — живильник; 4 — піддон; 5 — труба охолодження; 6 «— кожух; 7 — половина кокиля Рис. 2.8. Металеві стрижні: 1 — вкладка; 2— виступи на литві; 3—стержень; 4 — плита; 5 — 7— частини стрижня; 8, II — полуформы; 9— поворотний стрижень; 10 — отливка Рис. 2.9. Вентиляційна система кокиля Б-Б Рис. 2.10. Кокіль з розчленуванням стінки: а — поперечним; б — подовжнім; в — вставка в кокіль; 1 — вставки; 2 — корпус Рис. 2.11. Залежність температури кокиля від темпу работы Рис. 2.12. Залежність стійкості k кокиля від темпу ра. боты m.

Рис. 2.13. Схема розподілу температурах системі отливка—кокиль Рис. 2.14. Вимірювання товщини фарби чи обличкування на кокиле.

Рис. 2.15. Литниковые системи для алюмінієвих і магнієвих сплавів (а), робота щілинній литниковой системи (б), перерізу елементів литниковой системи (в) Рис. 2.16. Литниковые системи для мідних сплавов.