Способы литья в специальные формы (стр. 3 из 4)

Заполняемость форм расплавом достигается воздействием центробежных (при центробежном литье) и электромагнитных (МГД-насос постоянного тока) сил, давлением нейтрального газа, а также литьем под низким давлением и вакуумным всасыванием. Указанные методы одновременно обеспечивают повышение плотности и прочности металла отливок.

Достаточно широко используемая при литье по выплавляемым моделям (благодаря термостойкости и прочности высокоогнеупорных оболочковых форм) направленная кристаллизация отливок из различных сплавов, в том числе и из жаропрочных, обеспечивает формирование столбчатой и монокристаллической структуры с высоким уровнем физико-механических и других эксплуатационных свойств.

Охлажденные отливки выбивают из форм на вибрационных решетках. Опорный наполнитель просыпается через решетку. Литниковые системы крупных отливок отделяют газопламенной и анодно-механической резкой, а также на металлорежущих станках и прессах. В то же время выбивка удаляет лишь 90% материала керамической оболочки, а 10% сохраняются в отверстиях и карманах (поднутрениях) отливки. Поэтому операция очистки отливок является обязательной.

Механические способы очистки включают в себя очистку дробью, шариками из натриево-известкового стекла, металлическим песком, гидроабразивную и виброочистку (в том числе ультразвуковую).

Химическая (химико-термическая) очистка осуществляется в растворах и расплавах щелочей. Так, например, очистку алюминиевых отливок успешно осуществляют при 400 - 550 °С, поскольку в данных условиях практически не наблюдается взаимодействие алюминия с расплавом.

Наибольший технический и экономический эффект достигается при комбинированной ступенчатой очистке, состоящей из последовательно проводимых операций механической и химической очисток.

Преимуществами данного способа литья являются: возможность получения отливок сложной конфигурации; использование практически любых сплавов; высокое качество поверхности и точность размеров отливок; минимальные припуски на механическую обработку; обеспечение качественной равноосной, столбчатой и монокристаллической структуры с высоким уровнем эксплуатационных свойств.

К недостаткам способа литья можно отнести многооперационность, трудоемкость и длительность процесса, многообразие материалов, используемых для изготовления формы.

Способом литья по выплавляемым моделям изготавливают сложные отливки высокого качества, например, турбинные лопатки из жаропрочных сплавов, постоянные магниты с определенной кристаллографической ориентацией структуры, художественные изделия и др.

3. Литье в кокиль

Кокильным литьем называют процесс получения отливок посредством свободной заливки расплавленного металла в многократно используемые металлические формы - кокили.

Кокили изготавливают из серого (СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ25) и высокопрочного чугуна (ВЧ 42-12, ВЧ 45-5), конструкционных углеродистых (10, 20, 15Л, 25Л) и легированных (15ХМЛ) сталей, медных (латуни) и алюминиевых (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛИ, АЛ 12) сплавов. Для изготовления стержней и вставок многократного действия, работающих в условиях воздействия больших тепловых и механических нагрузок, используют легированные стали (ЗОХГС, 35ХГСА, 4Х5МФС и др.). Выталкиватели выполняют из инструментальных сталей (У8А, У10А), поскольку они должны обладать большой твердостью и износостойкостью. Многократность использования формы обусловлена, главным образом, материалом отливки. С помощью одной формы (или большей части ее элементов) кокильным литьем получают до 500 мелких стальных, 5000 чугунных или десятки тысяч алюминиевых отливок. Отдельные элементы кокиля (в первую очередь - стержни, оформляющие внутренние полости отливки) могут изготавливаться как из металла, так и из стержневой смеси; в последнем случае они предназначаются лишь для разового использования (рис. 3). Металлические стержни сложной формы целесообразно делать разборными.

Классификация кокилей осуществляется по следующим признакам: а) по соотношению трех габаритных размеров: плоские (один размер значительно меньше двух других) и цилиндрические (один размер значительно больше двух других); б) по наличию разъемных частей и расположению в пространстве поверхности раздела: неразъемные (вытряхные) и разъемные (с горизонтальной, вертикальной и комбинированной поверхностью разъема) - см. рис. 3, а, б; в) по числу рабочих гнезд: одноместные и многоместные; г) по конструкции рабочих стенок кокиля: цельные и составные из элементов (унифицированных или неунифицированных) — параллелепипедов, проволоки, иголок и др.; д) по способу охлаждения: с воздушным (естественным или принудительным), жидкостным (вода, эмульсия, масло) и комбинированным (водовоздушным) охлаждением; е) по типу конструкции рабочей стенки и способу подвода к ней охлаждающей среды: однослойные и двухслойные; ж) по долговечности защитного покрытия: с периодически наносимым и постоянным защитным покрытием; з) по составу материала рабочей стенки кокиля: 1гугунные, стальные, из алюминиевых, медных и специальных сплавов, а также композиционных материалов.

Рис. 3. Разновидности кокилей: а - разъемный (с вертикальной плоскостью разъема); б - неразъемный (вытряхной) кокиль, 1 - литниковый ход; 2 - штырь; 3 - внутренняя полость кокиля; 4 - воронка для заливки расплава; 5 - выпор; б - две половины разъемного кокиля; 7 - отверстия для крепления одной половины разъемного кокиля к плите машины, 8 - пальцы для улучшения охлаждения кокиля, 9 - питатель, 10 песчаные стержни (Ст1 - СтЗ), 11 - клин для крепления стержня; 12 - выталкиватель; 13 - корпус неразъемного кокиля; 14 - цапфы, обеспечивающие поворот кокиля относительно горизонтальной оси.

Требования к конструкции кокиля

При конструировании кокилей необходимо обеспечить их технологичность, в которую включаются следующие требования:

а) наличие минимально необходимою числа разъемов и стержней;

б) использование стандартных и унифицированных деталей;

в) конструктивное обеспечение быстрого удаления из рабочей полости кокиля газов посредством различных вентиляционных каналов (вент - выдувных сетчатого типа отверстий, подвижных соединений, разъемов, выпора);

г) легкое удаление из кокиля отливок и металлических стержней, а также сменных элементов кокиля (вставок и др.);

д) наличие элементов для естественного и искусственного (водяного, воздушного или смешанного) охлаждения (рис. 14.3, а);

е) включение в конструкцию кокиля (или стержня) элементов литниковой системы для обеспечения заливки расплава;

ж) обеспечение за счет центрирующих штырей, отверстий, фиксирующих шпонок) четкой сборки (без перекоса) при смыкании подвижных частей кокиля (рис. 3, а);

з) конструктивное обеспечение регулируемого теплоотвода за счет использования многослойных кокилей (в частности, получаемых методами порошковой металлургии), стенки которых состоят из двух (или более) слоев с разными составом, структурой и теплопроводностью.

Особенности конструкции составных кокилей

Рабочая стенка формы в продольном или поперечном сечении выполняется из нескольких достаточно крупных элементов. Например, двухслойный кокиль с продольным членением рабочей стенки конструктивно реализуется как водоохлаждаемый корпус, в который вставляется сменный вкладыш, одновременно являющийся рабочей стенкой кокиля. Такие двухслойные кокили удобно применять при жидкостном охлаждении. Преимущества двухслойных кокилей заключаются в их большей безопасности, обусловленной изоляцией рабочей полости от каналов перемещения охлаждающей жидкости, а также в экономичности и технологичности ремонта кокиля посредством замены вкладыша. В составных кокилях в наиболее нагруженных участках рабочей полости размещаются сменные вставки, легко поддающиеся замене.

Основы технологии литья в кокиль

Технологический процесс кокильного литья требует специальной подготовки кокиля к заливке и включает следующие операции: а) очистку рабочей поверхности кокиля от остатков отработанного покрытия, загрязнений и ржавчины; б) нанесение (пульверизатором или кистью) на предварительно подогретые до 100 - 150 °С рабочие поверхности кокиля специальных теплоизоляционных слоев и противопригарных красок, одновременно повышающих качество поверхности отливок; в) нагрев кокиля до оптимальной (для каждого сплава своей) температуры в пределах 115 - 475 °С в целях повышения заполняемости формы расплавом и тем самым улучшения качества отливок; г) сборку формы, состоящую из простановки стержней и соединения металлических полуформ; д) заливку расплава в форму; е) охлаждение отливок до установленой температуры; ж) разборку кокиля с извлечением отливки.

Начиная с заливки расплава в форму все последующие технологические операции кокильного литья аналогичны таковым при литье в разовые (например, песчаные) формы. Металлический стержень извлекается из отливки до ее удаления из кокиля. Для удаления воздуха и газов из рабочих полостей кокилей широко используют естественные зазоры между элементами формы - разъемные и неразъемные стыки деталей кокиля. По этим стыкам устраивают газоотводные (вентиляционные) каналы глубиной 0,2 - 0,5 мм, выполняя их в виде рисок-насечек или тонких щелей. Глубокие полости вентилируются через специально устанавливаемые в стенках кокиля вентиляционные пробки и игольчатые вставки (пакеты иголок, запрессованные в сквозные отверстия формы), имеющие газоотводные зазоры.

Режимы и способы подогрева кокиля

Начальная температура кокиля во многом определяет качество получаемой отливки, а также стойкость стенок кокиля и его элементов (стержней, вкладышей). Необходимость предварительного подогрева кокиля обусловливается скоплением в нем (на холодных стенках, щелях по разъему, в вентах) водного конденсата, взаимодействие которого с расплавом при заливке может привести (в результате диссоциации воды) к взрыву и разрушению кокиля. В то же время холодный кокиль при заливке расплава подвергается максимальному по силе термическому удару, что также способствует разрушению литейной формы и ее элементов. Минимальная температура подогрева кокиля составляет 85 - 95°С, а максимальная колеблется в пределах 115 - 475 °С, что предотвращает недоливы и отбел чугуна. При перегреве кокиля в нем активизируются процессы коррозии, обезуглероживания, насыщения серой и «роста» чугуна; при этом в отливках наблюдаются усадочные раковины, поры и повышенная ликвация.