Кокільне литво
Кокільним називають литво в постійні металеві форми — кокілі. Литвом в кокіль виготовляють відливання як з кольорових, так і із залізовуглецевих сплавів. Особливо широко застосовується кокільне литво при виробництві відливань з алюмінієвих сплавів. Цим способом виробляються найрізноманітніші відливання, у тому числі і такі складні і
відповідальні як, наприклад, блоки циліндрів автомобільних двигунів і ряд інших. Залежно від обсягу виробництва і інших чинників застосовуються найрізноманітніші по своєму пристрою кокільні установки, починаючи від простих, де всі операції
186
виконуються уручну, і кінчаючи повністю автоматизованими. Основною робочою частиною всіх цих установок є кокіль — металева форма, що складається з матриці, що формує зовнішні контури відливання, і стрижнів, які формують її внутрішні порожнини. Для відливань з легких сплавів в кокілях застосовують, як правило, стрижні металеві, а для чавунних і сталевих відливань — пісчані стрижні. Прості кокілі з вертикальним і горизонтальним роз'ємом і піщаними стрижнями приведені на фіг. 133. Всі операції на цих кокілях виконуються уручну. У кокілях з горизонтальним раз'ємом, нижня половина матриці називаєтся корпусом, а верхня — кришкою. У ряді випадків замість кришки для формування верхньої частини відливань застосовується суцільний піщаний стрижень, в якому розміщується і система ливника. Такі кокілі називають напівкокілями
(фіг. 134). Для виробництва дрібних відливань застосовуються багатомісні кокілі. Досконалішими є установки, на яких процеси зімкнення і роз'єму (зазвичай у вертикальній площині) матриці, а також витягання відливань механізовані. На одних установках ці операції виконуються уручну за допомогою рейкових або гвинтових механізмів, на інших — за допомогою пневматичного приводу. На фіг. 135 приведена схема пневматичного кокільного верстата. Цей верстат складається із станини,
8
на якій розташовано дві вертикальні стійки, зв’язані між собою спрямовуючими. На одній стійці (правій) болтами укріплена одна половинка матриці, а на інший (лівій) пневматичний циліндр. На штоку поршня пневматичного циліндра укріплена болтами друга половинка матриці, яка може переміщатися по спрямовуючих управо або вліво, залежно від напряму руху поршня циліндра. Рухлива половинка матриці тягою пов'язана з плитою штовхальників. При русі вліво відбувається роз'єм матриці і видалення з неї відливання. Установка працює стиснутим повітрям під тиском 5—6 ат(49 • 104 — 59 • 104 н/м2). В даний час вже працюють автоматичні кокільні установки, як, наприклад, установка для відливання з алюмінієвого сплаву автомобільних поршнів і ін. В порівнянні з литвом в піщано-глинисті форми кокільне литво володіє наступними перевагами:
Фіг. 135. Схема пневматичного кокільного верстата: / — станина; 2 — вертикальні стійки; 3 — нерухома половинка матриці; 4 — рухлива половинка матриці; 5 — пневматичний циліндр; 6 - триходовий кран; 7 — спрямовуючі; 3 — тяга; 9 — плита штовхальників.
1. Вища продуктивність праці.
2. Збільшення випуску відливань з I м2 виробничої площі цеху.
3. Вища точність розмірів відливань, а отже, і менший припуск на їх механічну обробку.
4. Менша трудомісткість виготовлення відливань і їх подальшої механічної обробки. 5. Вища щільність і вищі механічні властивості відливань у зв'язку з вищою швидкістю охолодження залитого металу.
6. Менша витрата металу на ливники і прибутки.
7. Відсутність або істотне скорочення вжитку формувальних і стрижньових сумішей, а також всього обладнання, супутнього їм.
8. Зниження браку відливань по засміченню, намиванню, пригару і іншим видам, властивим піщано-глинистим формам.
9. Менша собівартість відливань.
10. Кращі санітарно-гігієнічні умови праці.
В результаті впровадження на деяких заводах кокільного литва замість литва в піщано-глинисті форми підвищилася продуктивність праці на 40—50%, збільшилося знімання відливань в рік з виробничої площі в 2—3 рази, знизилась трудомісткість виготовлення відливань і їх механічної обробки на 60—70%, зменшився брак на 35—40% і зменшилась собівартість на 20—25%. У кожному окремому випадку при переведенні якої-небудь деталі на литво в кокіль необхідно врахувати економічну доцільність цього .прийнявши в розрахунок перераховані вище преваги кокільного
литва, у тому числі зниження витрати на механічну обробку деталей, а також витрати на виготовлення кокілів. Виготовлення кокілю обходиться значно дорожчим, ніж виготовлення піщано-глинистої форми, а тому при одиничних відливаннях кокільне литво застосовується украй рідко. В разі великої партії, коли вартість кокілю розподіляється на велику кількість відливань, цей спосіб литва виявляється економічно доцільним.
Вартість кокілю за інших рівних умов залежить від матеріалу і способу його виготовлення. Переважне число матриць кокілів для відливань з кольорових і залізовуглецевих сплавів готується із звичайного сірого чавуну або вуглецевої сталі. Для дрібних і середніх відливань застосовуються чавунні матриці, а для великих і товстостінних— сталеві. Хорошим матеріалом для виготовлення
1 89
матриць кокілів є модифікований чавун. Стрижні для кокільного литва з легких сплавів, роблять, в основному, з вуглецевої сталі марок 45, У7, У8, У10 і значно рідше з чавуну. Стрижні складної конфігурації з тонким перетином роблять сталевими, цементними або з легованої жаростійкої сталі. При кокільному литві з чавуну і сталі, як вже вказувалося вище, зазвичай застосовують піщані стрижні і лише в окремих випадках чавунні або сталеві. Останнім часом в кокільному литві замість суцільних піщаних стрижнів застосовують оболонкові стрижні, що забезпечують високу точність розмірів і чистоту внутрішньої поверхні відливок. Суцільні сталеві матриці кокілів готують з поковок, що пов'язано з великим обсягом дорогої механічної обробки, яка, проте, забезпечує високу точність розмірів і чистоту робочої поверхні порожнини. Чавунні матриці готують литвом в більшості випадків з чистовими розмірами по конфігурації майбутніх відливань.
Вартість таких литих матриць приблизно дорівнює вартості звичайних машинобудівних відливань. Механічна обробка порожнини істотно (приблизно у 3—4 рази) збільшує вартість матриці. Литі чавунні матриці не лише дешевші механічно оброблених, але і стійкіші, оскільки лита поверхня краще чинить опір руйнівній дії металу, що заливається. Металеві стрижні, як правило, піддаються механічній обробці.
Вартість таких литих матриць приблизно дорівнює вартості звичайних машинобудівних відливань. Механічна обробка порожнини істотно (приблизно у 3—4 рази) збільшує вартість матриці. Литі чавунні матриці не лише дешевші механічно оброблених, але і стійкіші, оскільки лита поверхня краще чинить опір руйнівній дії металу, що заливається. Металеві стрижні, як правило, піддаються механічній обробці.
Хороший вихід газів забезпечується відповідним розміщенням відливання у формі і правильним вибором способу підведення металу. Видалення газів з «тупикових» порожнин форми забезпечується створенням спеціальних вентиляційних каналів. Вибір способу підведення металу в кокіль і конструкція системи ливника роблять істотний вплив на стійкість кокілю і, звичайно, на якість відливань. Метал в порожнину кокілю повинен поступати спокійно, без великого натиску. Основний удар струменя металу повинен сприйматися літником, а не стінками кокілю. Якість відливань, а також стійкість кокілів залежать від товщини його стінки. Товщина стінок кокілів в залежності
190
від товщини тіла відливань по досвіду заводів приймається рівній 20—50 мм.
Великий вплив на стійкість кокілів надає забарвлення їх робочих поверхонь. Забарвлення оберігає робочі поверхні порожнини і стрижнів від безпосередньої дії на них розплавленого металу і тим самим подовжує термін їх служби. Забарвлення усуває приварювання відливань до робочих поверхонь кокілю і полегшує їх витягання, а також регулює швидкість відведення тепла від залитого металу. При виробництві чавунних відливань забарвлення зменшує або зовсім усуває поверхневе відбілювання останніх
При виробництві алюмінієвих відливань для покриття робочих порожнин найчастіше застосовують фарбу, що складається з 75 г окислу цинку і 40 г рідкого скла (щільністю 1,45) на літр води; для покриття ливників і прибутків — фарбу, що складається з 120 г відмученої крейди, 50 г меленого азбесту і 60 г рідкого скла на літр гарячої води.
При виробництві відливань з мідних сплавів як фарбу для робочих порожнин рекомендується застосовувати машинне масло з графітом. Робочу поверхню кокілів для чавунних відливань покривають облицюванням, а потім фарбою. Як облицювання застосовують, наприклад, пасту сажі, що складається з однієї об'ємної частини оліфи і двох частин лампової сажі. Один раз в зміну пасту наносять на робочу поверхню кокілю, попередньо підігрітого до 100—120° С. Перед кожною заливкою проводиться
закопчення поверхні ацетиленовим полум’ям або за допомогою пульверизатора поверхню покривають фарбою, що складається з 50 г лампової сажі, 100 г рідкого скла, 50 г вогнетривкої глини і 0,5 г марганцевокислого калію на літр води. Робочу поверхню кокілів для великих сталевих відливань покривають, наприклад, фарбою, що складається з 74% маршаліту, 20,5% сульфітного лугу (щільністю 1,45), 3% патоки, 2% вогнетривкої глини і 0,5% рідкого мила. Наносять цю фарбу на поверхню кокілю пензлем.
Кокілі перед заливкою підігрівають для видалення з їх робочої поверхні адсорбованої вологи і кращої заповнюваності їх металом. В процесі роботи кокілі нагріваються за рахунок тепла металу що заливається.. Зайвий перегрів кокілів шкідливий, оскільки приводить до скорочення терміну їх служби, приварювання відливань і зниженню якості останніх. Температуру кокілів рекомендується підтримувати в межах:
Температура відливань з кокілю в Со
алюмінієвого сплаву . . . 250—350
мідного сплаву ...... 250—450
чавуну і сталі ...... 300—450 191
Для того, щоб не допускати зайвого перегріву кокілів, рекомендується відливання видаляти з них зараз же після їх затвердіння. Цей захід підвищує термін служби кокілів, усуває дефекти у відливаннях, обумовлені утрудненою усадкою (матеріал кокілю не податливий!), а в чавунних відливаннях і відбілюванням їх поверхневого шару. Температура кокілів регулюється також темпом роботи і спеціальним їх охолоджуванням. За умови правильної експлуатації стійкість суцільних чавунних кокілів в залежності від маси відливань складає:
Кількість від-
Відливання із сплавів ливань в шт
оловянносвинцевих . . . 200000
цинкових ....... 150000
алюмінієвих...... 50000
мідних........ 3000—10000
з чавуну....... 100—5000
Для виробництва фасонних відливань із залізовуглецевих і кольорових сплавів великий інтерес представляє застосування тонкостінних сталевих водоохолоджуваних кокілів. Вони володіють значно більшою стійкістю і обертовістю, що оцінюється кількістю відливань в зміну, чим суцільні чавунні кокілі. У цехах кольорового литва машинобудівних заводів поряд з фасонними відливаннями в кокілі відливають і злитки, зазвичай циліндрові. Злитки відливають, як правило, в чавунних, суцільних, вертикальних роз'ємних кокілі-виливницях, по своїй конструкції подібні до кокілю, приведеного на фіг. 133. Злитки з мідних сплавів відливають в стаціонарні виливниці. Заливку металу в ці виливниці проводять зверху через чавунну або піщану воронку ливника, частіше всього з одним центральним отвором. Діаметр отвору в залежності від діаметру відливаного зливка вагається в межах від 10 до 20 мм. Діаметр отвору визначається з розрахунку, що площа його поперечного перетину повинна дорівнювати
1—3% площі поперечного перетину злитка. Внутрішня поверхня виливниць перед заповненням їх металом покривається тонким шаром мастила, що збільшує тривалість їх служби і забезпечує належну чистоту поверхні злитків. При литві злитків з алюмінієвих і інших сплавів що легко окислюються застосовуються виливниці , що нахиляються в процесі литва .