2. Специальные способы литья

Специальные способы литья отличаются от обычных тем, что после удаления из литейной формы отливка не требует обработки металла резанием. Такие отливки подвергают только доводочным операциям:

• шлифованию,

• полированию.

Основные преимущества специальных способов литья — отсутствие или малый расход формовочной смеси, более высокая точность и чистота поверхности.

2.1. Литье в кокиль (металлические формы)

Кокиль— металлическая форма, многократно используемая для получения отливок путем заливки в нее жидкого металла.

Литье в кокиль осуществляют путем свободной заливки расплавленного металла под действием гравитационных сил.

Кокиль служит для образования наружных очертаний отливки, внутренние полости и отверстия образуются с помощью стержней, устанавливаемых в кокиль перед заливкой его металлом.

Формы изготовляют из чугуна, стали, иногда из алюминиевых сплавов, рабочую поверхность которых для повышения стойкости покрывают тонким слоем тугоплавкого и прочного оксида алюминия, а также наносят теплоизоляционную краску или обмазку.

Стойкость кокилей позволяет получать в каждом из них несколько сотен тысяч отливок из легкоплавких сплавов, до 10 000 чугунных и до 1000 мелких стальных.

Стержневые материалы при отливке чугунных и стальных деталей обычные (песчаные), а при отливке легкоплавких металлов (Al, Mg) металлические. В кокилях изготовляют детали из Al, Mg, чугуна и стали.

Конструктивно формы могут быть выполнены

1. разъемными;

2. неразъемными (вытряхными);

3. с несколькими разъемами в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Металлическая форма-кокиль для поршня на рисунке 19.1.а состоит из нижней плиты 1 и двух полуформ 4 и 5.

В полуформах выполнены полость и каналы для ее заполнения металлом 2.

Полуформы шарнирно соединены между собой и раскрываются по вертикальной плоскости разъема. Плотное соединение полуформ обеспечивает замковая часть 3 и 6.

Внутренние полости и отверстия в отливке получаются с помощью металлических стержней 8, 9 и 10 (рис. 19.1, б), вставляемых в кокиль перед заполнением его металлом. Стержни 10 образуют боковые отверстия в отливке. Внутренняя полость образуется сборным стержнем, состоящим из боковых частей 8 и центральной части 9, а наружная поверхность — плитой 1 и полуформами 4 и 5. Заполнение кокиля металлом происходит через литниковую систему 7. После кристаллизации сплава из отливки удаляют боковые и центральные стержни.

Рис. 19.1. Устройство кокиля и отливки:

а — кокиль в раскрытом положении; б — сечение кокиля со стержнями; 1— нижняя плита; 2— жидкий металл; 3, 6— замковая часть; 4, 5— полуформы; 7— литниковая система; 8, 9, 10— стержни.

Для удаления составного центрального стержня 9 вначале извлекают его клиновидную часть, а боковые части 8 поочередно смещают в образовавшийся зазор и поднимают. После извлечения стержней кокиль раскрывают и удаляют из него отливку.

Преимущество кокильного литья — получение плотных, герметичных отливок без усадочных раковин с более точными размерами, повышенным классом чистоты поверхности, меньшими припусками на механическую обработку, меньшим расходом металла на прибыли и выпоры, высокими механическими свойствами металла вследствие его мелкозернистости.

Недостатки кокильного литья. Вследствие быстрого охлаждения заливаемого металла стенками кокиля ухудшается жидкотекучесть. В связи с этим температуру заливки сплава рекомендуется поддерживать на 30...50 °С выше, чем при заливке в песчаную форму, а сам кокиль перед заливкой подогревать до 100.. .300 °С. Высокая теплопроводность кокилей затрудняет получение сложных тонкостенных отливок больших размеров. Из-за большой жесткости формы в сложных отливках возможно образование трещин. Отсутствие газопроницаемости может вызвать появление газовых раковин.

При заливке жидкого чугуна наружные части отливки быстро остывают (так как форма металлическая) и происходит отбел поверхности. На поверхности отливки образуется цементит Fe3C (на глубину 10...20 мм), что повышает ее твердость до 600 НВ, поэтому такие поверхности обладают высокой износостойкостью. Таким способом изготовляют детали, работающие на износ: валки прокатных станков, вагонные колеса, бандажи.

Можно получить отливки без Fe3C. Для этого заливают чугун с повышенным содержанием Si (2,5...3 %) или подогревают кокиль до температуры 300...400°С и тогда медленное охлаждение предотвращает отбел. Отбел чугунных отливок можно устранить длительным отжигом при 900...950 °С.

Вывод. Формы служат от сотен до десятков тысяч раз. Стоимость металлических форм относительно велика, а изготовление сложно, поэтому их применяют при массовом или серийном производстве. Способ рентабелен при выпуске миллионов отливок в год.