Лиття кольорових металів в металеві форми - кокілі

Металургія

Міністерство освіти Російської Федерації

Кубанського державного ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра АПП

"Лиття кольорових металів у металеві форми (кокілі )".

Виконав: студент

Групи 01-КТ-61

Агранович Олег

Перевірив: Лецік В.І.

Краснодар 2003 рік.

ЗМІСТ

ЗМІСТ 2
СУТНІСТЬ ПРОЦЕСУ. ОСНОВНІ ОПЕРАЦІЇ. ОБЛАСТЬ ВИКОРИСТАННЯ 3
Кокілі 6
Загальні відомості 6
Елементи конструкції кокілів 7
Матеріали для кокілів 9
Виготовлення кокілів 10
Стійкість кокілів та шляхи її підвищення 11
ТЕХНОЛОГІЯ лиття в кокіль 13
Технологічні режими лиття 13
Особливості виготовлення виливків з різних сплавів 15
Виливки з алюмінієвих сплавів 16
Відлиття з магнієвих сплавів 19
Виливки з мідних сплавів 20
Фінішні операції та контроль виливків з кольорових сплавів 21
Дефекти виливків з кольорових сплавів і заходи їх попередження 21

СУТНІСТЬ ПРОЦЕСУ. ОСНОВНІ ОПЕРАЦІЇ. ОБЛАСТЬ ВИКОРИСТАННЯ

кокіль (від франц. Coquille) - металева форма, яказаповнюється розплавом під дією гравітаційних сил. На відміну відразової піщаної форми кокіль може бути використаний багаторазово. Такимчином, сутність лиття в кок і чи полягає в застосуванні металевихматеріалів для виготовлення багаторазово використовуваних ливарних форм,металеві частини яких складають їх основу і формують конфігурацію івластивості виливки.

кокіль (рис. 2.1) зазвичай складається з двох напівформ 1, 2 плити, вставок
10. Напівформи взаємно центруються штирями 8, і перед заливанням їх з'єднуютьзамками 9. Розміри робочої порожнини 13 кокіль більше розмірів виливки навеличину усадки сплаву. Порожнини і отвори в відливці можуть бути виконаніметалевими 11 або піщаними 6 стрижнями, видобуваються з виливки післяїї затвердіння й охолодження до заданої температури. Розплав заливають укокіль через літніковую систему 7, яка виконана в його стінках, а живленнямасивнихвузлів виливки здійснюється з прибутків (що живлять випоров) 3. Призаповненні кокіль розплавом повітря і гази видаляються з його робочоїпорожнини через вентиляційні випори 4, пробки 5, 12 канали,утворюють вентиляційну систему кокіль.

Основні елементи кокіль - напівформи, плити, вставки, стрижні т. д. --зазвичай виготовляють з чавуну чи сталі. Вище розглянуто кокіль простийконструкції, але в практиці використовують кокілі різних, дуже складнихконструкцій.

Основні операції технологічного процесу. Перед заливанням розплавуновий кокіль підготовляють до роботи: поверхню робочої порожнини і роз'ємретельно очищають від слідів забруднень, іржі, масла; перевіряютьлегкість переміщення рухомих частин, точність їх центрування,надійність кріплення. Потім на поверхню робочої порожнини і металевихстрижнів наносять шар вогнетривкої покриття (рис. 2.2, а) - облицювання іфарби. Склад облицювань і фарб залежить в основному від заливається сплаву,а їх товщина - від необхідної швидкості охолодження виливки: чим товще шарвогнетривкого покриття, тим повільніше охолоджується виливок. Разом з тим шарвогнетривкого покриття оберігає робочу поверхню форми від різкогопідвищення її температури при заливці, розплавлення і зчеплення з металомвиливки. Таким чином, облицювання і фарби виконують дві функції: захищаютьповерхню кокіль від різкого нагріву і схоплювання з відливанням і дозволяютьрегулювати швидкість охолодження виливки, а отже, і процеси їїзатвердіння, що впливають на властивості металу виливки.

Перед нанесенням вогнетривкого покриття кокіль нагрівають газовимипальниками або електричними нагрівачами до температури 423-453 К. Фарбинаносять на кокіль зазвичай у вигляді водної суспензії через пульверизатор. Крапліводної суспензії, потрапляючи на поверхню нагрітого кокіль, випаровуються, авогнетривка складова рівним шаром покриває поверхню.
Після нанесення вогнетривкого покриття кокіль нагрівають до робочоїтемператури, що залежить в основному від складу заливається сплаву, товщинистінки виливки, її розмірів, потрібних властивостей. Зазвичай температура нагрівукокіль перед заливанням 473-623 К. Потім у кокіль встановлюють піщані абокерамічні стрижні (рис. 2.2, б), якщо такі необхідні для отриманнявиливки; половини кокіль з'єднують (мал. 2.2, в) і скріплюють спеціальнимизажимами, а при установці кокіль на кокільна машині за допомогою її механізмузамикання, після чого заливають розплав в кокіль. Часто в процесізатвердіння й охолодження виливка, після того як виливок придбаєдостатню міцність, металеві стрижні «підривають», тобто часткововитягують з виливки (мал. 2.2, г) до її витягу з кокіль. Це роблятьдля того, щоб зменшити обтиснення вмощується відливанням металевогострижня і забезпечити його витяг з виливки. Після охолодження виливка дозаданої температури кокіль розкривають, остаточно витягуютьметалевий стрижень і видаляють виливок з кокіль (мал. 2.2, д). Звиливки вибивають піщаний стрижень, обрізають літники, прибутку, випори,контролюють якість відливання. Потім цикл повторюється.

Перед повторенням циклу оглядають робочу поверхню кокіль,площину роз'єму. Зазвичай вогнетривку фарбу наносять на робочу поверхнюкокіль 1-2 рази на зміну, зрідка відновлюючи її в місцях, де вонавідшарувалося від робочої поверхні. Після цього при необхідності, що частішебуває при лиття тонкостінних виливків або сплавів з низькою жидкотекучестью,кокіль підігрівають до робочої температури, так як за час витягувиливки та забарвлення робочої поверхні він охолоджується. Якщо ж відливаннядостатньо масивна, то, навпаки, кокіль може нагріватися її теплотою дотемператури більшою, ніж необхідна робоча, і перед наступною заливанням йогоохолоджують. Для цього в кокіль передбачають спеціальні системиохолодження,

Як видно, процес лиття в кокіль - малоопераціон-н и й.
Маніпуляторние операції досить прості і Кратковрем-менни, а лімітуючоїза тривалістю операцією є охолодження виливка у формі дозаданої температури. Практично всі операції можуть бути виконанімеханізмами машини або автоматичної установки, що є істотнимперевагою способу, і, звичайно, саме головне - виключається трудомісткий іматеріаломістких процес виготовлення форми: кокіль використовується багаторазово.

Особливості формування і якість виливків. Кокіль - металеваформа, яка має в порівнянні з піщаної значно більшоютеплопровідність, теплоємність, міцністю, практично нульовимигазопроникністю і газотвор-. ністю. Ці властивості матеріалу кокільобумовлюють розглянуті нижче особливості його взаємодії з металомвиливки.

1. Висока ефективність теплової взаємодії між відливанням іформою: розплав і твердне відливання охолоджуються в кокіль швидше, ніжу піщаній формі, тобто при однакових гідростатичним натиску ітемпературі заливається розплаву заповнюваність кокіль зазвичай гірше, ніжпіщаної форми. Це ускладнює отримання в кокілях виливків зі сплавів ззниженою жидкотекучестью і обмежує мінімальну товщину стінок ірозміри виливків. Разом з тим підвищена швидкість охолодження сприяєотримання щільних виливків з дрібнозернистою структурою, що підвищуєміцність і пластичність металу виливків. Однак у відливання з чавуну,одержуваних у кокілях, внаслідок особливостей кристалізації частоутворюються карбіди, феррітографітная евтектика, що негативно впливають навластивості чавуну: знижується ударна в'язкість, зносостійкість, різкозростає твердість у вибіленої поверхневому шарі, що ускладнюєобробку різанням таких виливків і приводить до необхідності піддавати їхтермічній обробці (відпалу) для усунення відбілити.

2. Кокіль практично неподатлів і більш інтенсивно перешкоджаєусадці виливки, що ускладнює вилучення її з форми, може викликатипоява внутрішніх напружень, викривлення і тріщини в відливання.
Проте розміри робочої порожнини кокіль можуть бути виконані значноточніше, ніж піщаної форми. При лиття в кокіль відсутні похибки,викликаються расталківаніем моделі, пружними і залишковими деформаціямипіщаної форми, що знижують точність її робочої порожнини і відповідновиливки. Тому виливки у кокілях виходять більш точними. Точністьвиливків у кокілях зазвичай відповідає 12-15-ам квалітетами по СТ РЕВ
145-75. При цьому точність по 12-му квалітету можлива для розмірів,розташованих в одній частині форми. Точність розмірів, розташованиху двох і більше частинах форми, а також оформлюваних рухомими частинами форми,нижче. Коефіцієнт точності виливків по масі досягає 0,71, щозабезпечує можливість зменшення припусків на обробку різанням.

3. Фізико-хімічна взаємодія металу відливання і кокільмінімально, що сприяє підвищенню якості поверхні виливки.
Відлиття в кокіль не мають пригару. Шорсткість поверхні виливківвизначається складами облицювань і фарб, що наносяться на поверхнюробочої порожнини форми, і відповідає Rz = 80-10 мкм, але може бути іменше.

4. Кокіль практично газонепроникним, а й газотворность йогомінімальна і визначається в основному складами вогнетривких покриттів,наносяться на поверхню робочої порожнини. Проте газові раковини укокільна відливання - явище не рідкісне. Причини їх появи різні, але вбудь-якому разі розташування виливки у формі, спосіб підведення розплаву івентиляційна система повинні забезпечувати видалення повітря і газів зкокіль при заливці.
Ефективність виробництва і область застосування. Ефективність виробництвавиливків в кокіль, як, втім, і інших способів лиття, залежить від того,наскільки повно і правильно інженер-ливарник використовує переваги цьогопроцесу, враховує його особливості і недоліки в умовах конкретноговиробництва.

Нижче наведені переваги лиття в кокіль на основівиробничого досвіду.

1. Підвищення продуктивності праці в результаті виключеннятрудомістких операцій смесепріготовленія, формування, очищення виливків відпригару. Тому використання лиття в кокілі, за даними різнихпідприємств, дозволяє в 2-3 рази підвищити продуктивність праці вливарному цеху, знизити капітальні витрати при будівництві нових цехів іреконструкції існуючих за рахунок скорочення необхідних виробничихплощ, витрат на обладнання, очисні споруди, збільшити з'їмвиливків з 1 м площі цеху.

2. Підвищення якості виливки, обумовлене використаннямметалевої форми, підвищення стабільності показників якості:механічних властивостей, структури, щільності, шорсткості, точностірозмірів виливків.

3. Усунення або зменшення обсягу-шкідливих для здоров'япрацюючих операцій вибивки форм, очищення виливків від пригару, їх обрубки,загальне оздоровлення і поліпшення умов праці, менше забрудненнянавколишнього середовища.

4. Механізація та автоматизація процесу виготовлення виливки,обумовлена багаторазового використання кокіль. При лиття вкокіль усувається складний для автоматизації процес виготовленняливарні форми. Залишаються лише складальні операції: установка стержнів,з'єднання частин кокіль і їх кріплення перед заливанням, які легкоавтоматизуються. Разом з тим усувається ряд збурюючихфакторів, що впливають па якість виливків при лігье в піщані форми, таких,як вологість, міцність, газопроникність формувальної суміші, що робитьпроцес лиття в кокіль більш керованим. Для отримання виливків заданогоякості легше здійснити автоматичне регулювання технологічнихпараметрів процесу. Автоматизація процесу дозволяє поліпшити якістьвиливків, підвищити ефективність виробництва, змінити характер праціливарника-оператора, який керує роботою таких комплексів.

Лиття в кокілі має і недоліки.

1. Висока вартість кокіль, складність і трудомісткість йоговиготовлення.

2. Обмежена стійкість кокіль, яка вимірюється числом придатних виливків,які можна отримати в, даному кокіль (див. табл. 2.3). Від стійкості кокільзалежить економічна ефективність процесу особливо при лиття чавуну істалі, і тому підвищення стійкості кокіль є однією з найважливішихпроблем технології кокільна лиття цих сплавів.

3. хибність отримання виливків з поднутреніямі, для виконанняяких необхідно ускладнювати конструкцію форми - робитидодаткові роз'єми, використовувати вставки, роз'ємні металеві абопіщані стрижні.

4. Негативний вплив високої інтенсивності охолодження розплаву вкокіль в порівнянні з піщаної формою. Це обмежує можливістьодержання тонкостінних виливків протяжних, а в чавунне відливання приводитьдо відбілити поверхневого шару, що погіршує обробку різанням; викликаєнеобхідність термічної обробки виливків.

5. Непіддатливою кокіль призводить до появи в відливання напруг,а іноді до тріщин.

Переваги і недоліки цього способу визначають р а-нальнихобласть його використання: економічно доцільно внаслідок високоївартості кокілів застосовувати цей спосіб лиття тільки в серійному абомасовому виробництві. Серійність при лиття чавуну повинна складати більше
20 великих, або більше 400 дрібних виливків на рік, а при лиття алюмінієвих --не менше 400-700 виливків на рік.

Ефективність лиття в кокіль зазвичай визначають у порівнянні з литтям впіщані форми. Економічний ефект досягається завдяки усуненнюформувальної суміші, підвищенню якості виливків, його ефективність, зменшенняприпусків на обробку, зниження трудомісткості очищення і обрубки виливків,механізації й автоматизації основних операцій і, як наслідок, підвищеннюпродуктивності і поліпшенню умов праці.

Таким чином, лиття в кокіль з повною підставою слід віднести дотрудо-і ресурсозберігаючих, малоопераціонним і маловідходнихтехнологічних процесів, поліпшує умови праці в ливарних цехах ізменшує шкідливий вплив на навколишнє середовище.

кокілі

Загальні відомості

У виробництві використовують кокілі різних конструкцій.
Класифікація конструкцій кокілів. В залежності від розташуванняповерхні роз'єму кокілі бувають: нероз'ємним (витрусіть); з вертикальноюплощиною роз'єму; з горизонтальною площиною роз'єму; зі складною
(комбінованою) поверхнею роз'єму.
Нероз'ємним, або витрусіть, кокілі (рис. 2.3) застосовують у тих випадках,коли конструкція виливки дозволяє видалити її разом з ливника зпорожнини кокіль без його роз'єму. Звичайно виливки ці мають досить простуконфігурацію.

кокілі з вертикальною площиною роз'єму (див. рис. 2.1) складаються здвох або більше напівформ. Відливання може розташовуватися цілком в одній зполовин кокіль, у двох половинах кокіль, одночасно в двох половинахкокіль і в нижній плиті.

кокілі з горизонтальним роз'ємом (рис. 2.4) застосовують переважнодля простих по конфігурації, а також великогабаритних виливків, а вокремих випадках для виливків досить складної конфігурації.

кокілі зі складною (комбінованою) поверхнею роз'єму (рис. 2.5)використовують для виготовлення відливок складної конфігурації.
За кількістю робочих порожнин (гнізд), що визначають можливість одночасного,з одного заливки, виготовлення тієї чи іншої кількості виливків, кокіліподіляють на одномісні (див. рис. 2.1) і багатомісні (див. рис. 2.4).

Залежно від способу охолодження розрізняють кокілі з повітряним
(природним і примусовим), з рідинним (водяним, масляним) і зкомбінованим (водо-повітряним і т. д.) охолодженням. Повітряне охолодженнявикористовують для малотеплонагруженних кокілів. Водяне охолодження використовуютьзвичайно для високотеплонагруженних кокілів, а також для підвищення швидкостіохолодження виливки або її окремих частин. На рис. 2.6 представлений кокільз повітряним охолодженням. Ребра на стінках кокіль збільшують поверхнюдотику охолоджувача - повітря - з кокілів і відповіднотепловідвід. На рис. 2.7 представлений водоохолоджуваних кокіль для відливаннябарабана шахтної лебідки з високоміцного чавуну. Вода подається роздільнов обидві половини кокіль, нижню плиту і верхню кришку.

Елементи конструкції кокілів

кокіль, як і будь-яка ливарна форма, - відповідальний і точнийінструмент. Технічні вимоги до кокілях обумовлені стандартом.
Конструктивне виконання основних елементів кокілів - напівформ, плит,металевих стрижнів, вставок - залежить від конфігурації виливки, а такожвід того, чи призначена форма для установки на доокільную машину.
До основних конструктивних елементів кокілів відносять:

формотворчих елементи - половини кокілів, нижні плити (піддони),вставки, стрижні; конструктивні елементи - виштовхувачі, плитивиштовхувачі, замикаючі механізми, системи нагрівання й охолодження кокіль іокремих його частин, вентиляційну систему, центруючі штирі і втулки.

Корпус кокіль або його половини виконують коробчатим, з ребрамижорсткості. Ребра жорсткості на тильній, неробочий стороні кокіль роблятьневисокими, товщиною 0,7-0,8 товщини стінки кокіль, сопрягая їх жолобників зкорпусом. Товщина стінки кокіль залежить від складу заливається сплаву і йоготемператури, розмірів і товщини стінки виливки, матеріалу, з якоговиготовляється кокіль, конструкції кокіль. Товщина стінки кокіль повинна бутидостатньою, щоб забезпечити заданий режим охолодження виливки,достатню жорсткість кокіль і мінімальне його викривлення при нагріваннітеплотою залитого розплаву, стійкість проти розтріскування.

Розміри половин кокіль повинні дозволяти розміщувати його на плитахкокільна машини. Для кріплення на плитах машини кокіль має припливи.

Стрижні в кокілях можуть бути піщаними і металевими.

Піщані стрижні для кокільна виливків повинні мати зниженоюгазотворностью і підвищеною поверхневою міцністю. Перша вимогаобумовлено труднощами видалення газів з кокіль; другий - взаємодієюзнакових частин стрижнів з кокіль, в результаті чого окремі піщинкиможуть потрапити в порожнину кокіль і утворити засмічення в відливання. Стрижневісуміші та технологічні процеси виготовлення піщаних стержнів можуть бутирізними - за гарячими скриньок (суцільні і оболонкові стрижні), зхолоднотвердеющіх сумішей і т. д.

У будь-якому випадку використання піщаних стержнів у кокілях викликаєнеобхідність організації додаткової технологічної лінії длявиготовлення стрижнів в кокільна цеху. Однак у кінцевому рахункувикористання кокілів в комбінації з піщаними стрижнями в більшостівипадків виправдовує себе економічно.

Металеві стержні застосовують, коли це дозволяють конструкціявиливки та технологічні властивості сплаву. Використання металевихстрижнів дає можливість підвищити швидкість затвердіння виливки,скоротити тривалість циклу її виготовлення, в окремих випадкахпідвищити механічні властивості і щільність (герметичність). Однак привикористанні металевих стрижнів зростають напруги в відливання,збільшується небезпека появи в них тріщин внаслідок складності усадки.

Металеві стержні, що виконують зовнішні поверхні виливки,називають вкладишами (мал. 2.8, а). Вкладиші ускладнюють механізацію таавтоматизацію процесу, тому що їх уста-

встановлюються і видаляють вручну. Металеві тержні, що виконують отворі іпорожнини простих обрисів (мал. 2.8, б, див. рис. 2.1.) до моменту повноговитягання відливання «підривають» для зменшення зусилля витягання стрижня.
Порожнини більш складних контурів виконуються роз'ємними (мал. 2.8, в) абоповоротними (мал. 2.8, г) металевими стержнями.

Для надійного вилучення стрижнів з виливки вони повинні мати ухили
1-5 °, хороші направляючі щоб уникнути перекосів, а також надійнуфіксацію у формі.
У багатьох випадках металеві стрижні роблять водоохлаж-даємо зсередини.
Водяне охолодження стрижня зазвичай включають після утворення в відливціміцної скоринки. При охолодженні розміри стрижня скорочуються так, що міжним і відливанням утворюється зазор, який зменшує зусилля витяганнястрижня з виливки.

Для вилучення стрижнів у кокілях передбачають гвинтові,стрічкові, рейкові, гідравлічні й пневматичні механізми.
Конструкції цих пристроїв виконують відповідно до діючих державних стандартів.

Вентиляційна система повинна забезпечувати спрямоване витісненняповітря з кокіль розплавом. Для виходу повітря використовують відкриті випори,прибутку, зазори по площині роз'ємуі між рухомими частинами (вставками, стрижнями) кокіль і спеціальнівентиляційні канали: по площині роз'єму роблять газовідвідні канали/
(див. Б - Б на рис. 2.9), спрямовані по можливості вгору. У місцевихпоглибленнях форми при заповненні їх розплавом можуть утворюватисяповітряні мішки (див. "А - А). У цих місцях в стінці кокіль встановлюютьвентиляційні пробки 2. При виборі місця установки вентиляційних пробокнеобхідно враховувати послідовність заповнення форми розплавом.

центруючі елементи - контрольні штирі і втулки-призначені дляточної фіксації половин кокіль при його складанні. Зазвичай їх кількість неперевищує двох. Їх розташовують у діагонально розташованих кутах кокіль.

замикаючі механізми призначені для запобігання розкриттякокіль і виключення прориву розплаву за його гнізда при заповненні, а такождля забезпечення точності виливків. У ручних кокілях застосовуютьстрічкові, клинові, гвинтові замки та інші пристрої,забезпечують щільне з'єднання частин кокіль.
Закриття і замикання кокілів, що встановлюються на машинах, здійснюєтьсяпневматичним або гідравлічним приводом рухомої плити машини.

Системи нагрівання й охолодження призначені для підтримки заданоготемпературного режиму кокіль. Застосовують електричний та газовий обігрів.
Перший використовується для загального нагріву кокіль, другий більш зручний длязагального та місцевого нагріву. Конструкції охолоджуваних кокілів розглянутівище.

Видалення виливки з кокіль здійснюється спеціальними механізмами.
При розкритті кокіль відливання повинна залишатися в одній з його половин,бажано в рухомий, щоб використовувати її рух для виштовхуваннявиливки. Тому виконують на одному боці виливки менші, а на іншийвеликі схили, спеціальні технологічні припливи і передбачаютьнесиметричне розташування літніковой системи в кокіль (цілком в однійполовині кокіль). При виготовленні великих виливків повинно бути забезпеченовидалення виливки з обох половин кокіль. Відлиття з кокіль видаляютьсявиштовхувачі, які мають у своєму розпорядженні на невідповідальних поверхняхвідливання або ливника рівномірно по периметру виливки, щоб не булоперекосу і заклинювання її в кокіль. Виштовхувачі повертаються у вихіднийстан пружинами (невеликі кокілі) або контртолкателямі.

Матеріали для кокілів

У процесі експлуатації в кокіль виникають значні термічнінапруги внаслідок чергуються різких нагрівів при заливці ізатвердінні відливання і охолоджень при розкритті кокіль й витягувиливки, нанесенні на робочу поверхню вогнетривкої покриття. Крімзнакозмінних термічних напружень під дією змінних температурв матеріалі кокіль можуть протікати складні структурні зміни,хімічні процеси. Тому матеріали для кокіль, особливо для його частин,безпосередньо стикаються з розплавом, повинні добре протистоятитермічної втоми, мати високі механічні властивості та мінімальніструктурні перетворення при температурах експлуатації, мати підвищенуокремих елементів при циклічному впливі температур, добреоброблятися, бути недефіцитних і недорогими. Виробничий досвідпоказує, що для робітників стінок кокілів досить повно зазначенимвимогам відповідають наступні розділи.
| СЧ20, СЧ25 | кокілі для дрібних і середніх виливків |
| | З алюмінієвих, магнієвих, мідних |
| | Сплавів, чавуну; кокілі з повітряним |
| | І водоповітряної охолодженням |
| ВЧ42-12, ВЧ45-5 | кокілі для дрібних, середніх і великих |
| | Виливків з чавунів: сірого, |
| | Високоміцного, ковкого; кокілі с |
| | Повітряним і водоповітряного |
| | Охолодженням |
| Стали 10, 20, СТЗ, стали 15Л-П, | кокілі для дрібних, середніх, великих |
| 15ХМЛ | і особливо великих відливок з чавуну, |
| | Сталі, алюмінієвих, магнієвих, |
| | Мідних сплавів |
| Мідь та її сплави, леговані сталі | Вставки для інтенсивного охолодження |
| та сплави з особливими властивостями | окремих частин виливків; |
| | Тонкостінні водоохолоджувальні кокілі; |
| | Масивні металеві стрижні для |
| | Виливків з різних сплавів |
| АЛ9, АЛ11 | водоохолоджувальні кокілі с |
| | Анодованої поверхнею для |
| | Дрібних виливків з алюмінієвих, |
| | Мідних сплавів, чавуну |

Найбільш широко для виготовлення кокілів застосовують сірий івисокоміцний чавуни марок СЧ20, СЧ25, ВЧ42-12, так як ці матеріали вдостатній мірі задовольняють основним вимогам і порівняно дешеві.
Ці чавуни повинні мати феритної-перлітною структуру. Графіт в сірихчавунах повинен мати форму дрібних ізольованих включень. У цих чавунахне допускається присутність вільного цементиту, тому що при нагріваннікокіль відбувається розпад цементиту зі зміною обсягу матеріалу, врезультаті в кокіль виникає внутрішня напруга, що сприяютьвикривлення, утворення сітки розпалу, зниження його стійкості. До складутаких чавунів для підвищення їх стійкості вводять до 1% нікелю, міді, хрому,а вміст шкідливих домішок сірки і фосфору повинно бути мінімальним.
Наприклад, для виготовлення кокілів з високою тепло-нагружснностьюрекомендується [14] сірий чавун наступного хімічного складу, травні. %:
3,0-3,2 С; 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 S; до 0,1 Р.

Для виготовлення кокілів використовують низьковуглецевих стали 10, 20, атакож сталі, леговані хромом і молібденом, наприклад 15ХМЛ. Ціматеріали мають високу пластичністю, тому добре чинять опіррозтріскування при експлуатації. Кокілі для дрібних виливків з чавуну іалюмінієвих сплавів іноді виготовляють з алюмінієвих сплавів АЛ9 і АЛ11.
Такі кокілі анодіруют, в результаті чого на їх робочої поверхніутворюється тугоплавке (температура плавлення близько 2273 К) зносостійкаплівка оксидів алюмінію товщиною до 0,4 мм. Висока теплопровідністьалюмінієвих стінок кокіль сприяє швидкому відводу теплоти від відливання.

Таблиця 2.1

Матеріали для виготовлення деталей кокілів

* піддають цементації.
Ці кокілі зазвичай роблять водоохолоджуваних. Мідь також часто використовують длявиготовлення робочих стінок водоохолоджуваних кокілів. З міді роблятьокремі вставки, вкладиші в місцях, де необхідно прискорювати тепловідвід відвиливки і тим самим керувати процесом її затвердіння.

Стрижні простої конфігурації виготовляють з конструкційнихвуглецевих сталей, а складної конфігурації - з легованих сталей, дляінших деталей - осей, валів, болтів і т. д. - використовують конструкційністалі (табл. 2.1).

Виготовлення кокілів

кокілі невеликих розмірів для дрібних виливків з алюмінієвих,магнієвих, цинкових, олов'яних сплавів виготовляють литими з чавуну, атакож часто з поковок обробкою різанням з електрофізичної іелектрохімічної обробкою робочих порожнин. Більші кокілі --виконують литими. При відливці робочих стінок кокілів особливу увагузвертають на те, щоб заготовки не мали внутрішньої напруги, щозабезпечується технологією литва, а також. зниженням рівня залишковихнапруги відповідної термічною обробкою.

Бажано виконувати литу заготівлю кокіль такий, щоб неПотрібно обробки різанням робочих порожнин, в крайньому випадкувідбувалася б їх зачистка. Це забезпечує зниження вартості кокіль іпідвищення стійкості робочої поверхні до появи сітки тріщин разгарнихпри експлуатації.

Проте вирішити це завдання важко, особливо якщо конфігурація робочоїпорожнини складна. Тому литі необроблені кокілі застосовують для виливківнескладної конфігурації. Робочу порожнину кокіль виконують стрижнями, якідля отримання чистої поверхні кокіль, без пригару, обов'язковофарбують або натирають протипригарних пастами. Без фарбування використовуютьлише стрижні, одержувані за нагрівається оснащенні з сумішей зі сполучною ПК-
104, а також стрижні з пісків зернистості не вище 016, стрижні зцирконових пісків.
Для отримання литих кокілів зі сталі використовують СО2 - процес, а такожкерамічні форми, що виготовляються за постійними моделями [11]. Останнійспосіб дозволяє отримувати робочі порожнини кокілів складної конфігурації безобробки різанням. Точність розмірів робочих порожнин в цьому випадкудосягає 12 - 14-го квалітету за СТ СЕВ 145-75, а шорсткістьповерхні
Rz = 40ч10 мкм по ГОСТ 2789-73. Використання керамічних форм длявиготовлення робочих стінок кокілів дозволяє знизити обсяг обробкирізанням на 50-60%.

Литі заготовки сталевих кокілів після відливання піддають термічнійобробці - нормалізації. Термічну обробку сталевих водоохолоджуванихкокілів проводять після приварювання до них кожухів і коробок для подачірідини, тому що при зварюванні в конструкції неминуче виникнуть внутрішнінапруги, які можуть призвести до викривлення кокіль при експлуатації.

Для стабілізації розмірів і форми сталеві кокілі перед остаточноюобробкою різанням піддають старінню по режиму: нагрівання до 773-873 К,витримка 2 год на кожні 25 мм товщини стінки, охолодження з вночі до 473 - 573
К і далі на повітрі. Використовують також «тренування» - циклічнутермічну обробку: у піч, нагріту до 1173 К, поміщають кокіль інагрівають до 573 К, потім охолоджують обдування повітря. Цей цикл повторюють
3-4 рази. Стареиіе і циклічну термічну обробку за зазначеними режимамивикористовують також і для чавунних заготовок кокілів.

Стійкість кокілів та шляхи її підвищення

Стійкість кокілів вимірюється числом виливків необхідного, якості,отриманих в даному кокіль до виходу його з ладу. Приблизнастійкість кокілів наведено в табл. 2.2.
Збільшення стійкості кокіль при лиття чавуну, сталі, мідних сплавівдозволяє підвищити ефективність виробництва виливків завдяки зниженнювитрат на виготовлення кокіль, розширити область застосування цьогоперспективного технологічного процесу.

Таблиця 2.2

Основною причиною руйнування кокіль є складні термохімічніпроцеси, що викликаються нерівномірним циклічним нагріванням і охолодженнямробочої стінки кокіль у всіх трьох її вимірах (по товщині, довжині,ширині). Це призводить до появи неоднорідного, що змінюється зі зміноютемператури поля напружень в стінці кокіль, що викликає її пружні іпластичні деформації. Останні призводять до залишковим деформацій інапруженням. Теоретично показано, що в поверхневому шарі кокільнереалізована термічна деформація звичайно в 2 рази перевершуєдеформацію, що відповідає межі плинності матеріалів при певнійтемпературі. Тому в кожному циклі навантаження (заливка - вибивка)деформація стискання змінюється деформацією розтягування, що призводить дотермічної втоми матеріалу кокіль. Термічні напруги виникаютьтакож внаслідок структурних перетворень і зростання зерна матеріалу кокіль,протікають тим інтенсивніше, чим вище температура його нагрівання.

Здатність кокіль витримувати термічні напруги залежить відмеханічних властивостей його матеріалу при температурах роботи кокіль. Цівластивості різко знижуються при нагріванні. Напри-: мер, межа плинності стали
15 при нагріванні до 900 До зменшується в 3 рази.

Рівень що виникають у кокіль напружень залежить також від конструкціїкокіль - товщини його стінки, конструкції ребер жорсткості і т. д. Наприклад,тонкі ребра жорсткості великої висоти призводять до появи тріщин наробочої поверхні кокіль, а низькі ребра можуть не забезпечити жорсткістькокіль і призвести до викривлення.

Стійкість кокілів забезпечується конструктивними, технологічними таексплуатаційними методамі.
Конструктивні методи засновані на правильному виборі матеріалів для кокілівв залежності від переважного виду руйнування, розробки раціональноїконструкції кокіль.

Термічні напруги, що призводять до зниження стійкості кокіль,є наслідком нереалізованої термічної деформації: менш нагрітічастини кокіль (шари робочої стінки, що прилягають до зовнішньої неробочийповерхні, ребра жорсткості) перешкоджають розширенню нагріваєтьсяметалом виливки частини кокіль. Зменшити напруги можливе, якщотермічна деформація нагрітої частини відбувається безперешкодно. Цьогоможна досягти, якщо розчленувати робочу стінку кокіль на окремі елементи
(вставки) в поздовжньому (рис. 2.10, 6) або поперечному (рис. 2.10, а)напрямках. Тоді внаслідок зазорів між елементами кокіль кожен зних при нагріванні розширюється вільно.

Для підвищення стійкості кокілів використовують змінні вставки 1,оформляють робочу порожнину кокіль (рис. 2.10, в). Завдяки зазору міжкорпусом 2 і вставкою 1 термічна деформація вставки протікає вільно,що виникають в ній напруги знижуються, стійкість кокіль зростає.
Найбільш ефективно використання змінних вставок в багатомісних кокілях.

Технологічні методи спрямовані на підвищення стійкостіповерхневого шару робочої порожнини, що має найбільшу температуру прироботі кокіль. Для цього використовують армування, поверхневе легування,алітірованіе, сіліцірованіе, термічну обробку різних видів,наплавлення, напилення на робочу поверхню матеріалів, що підвищують стійкістькокіль. Кожен з цих способів призначений для підвищення стійкості кокільдо руйнувань певного виду.

Експлуатаційні методи підвищення стійкості кокілів засновані насуворої регламентації температурного режиму кокіль, що залежить відтемператури кокіль перед заливанням, температури заливається металу,складу, властивостей та стану вогнетривкого покриття на його робочоїповерхні, темпу (частоти заливок) роботи кокіль. Перед заливанням кокільнагрівають або охолоджують (якщо він був нагрітий) до оптимальної для даногосплаву і виливки температури TФ (див. табл. 2.4). Початкова температура Тфкокіль залежить від темпу роботи кокіль (рис. 2.11). При підвищенні темпуроботи скорочується тривалість tц циклу, в основному внаслідокзменшення часу t3an від вибивки виливки з кокіль до наступної заливки.
Це призводить до того, що в момент заливки кокіль має температурутрохи вище необхідної (рис. 2.11, а), Зі збільшенням Ц кокіль зменшуєтьсярізниця температур АГФ - Тюл - Тф і відповідно зменшуються залишковінапруги в кокілях з пружно-пластичних матеріалів. Разом з тимпідвищення ГФ сприяє інтенсифікації корозії, структурних перетвореньта інших процесів у матеріалі кокіль, що знижує його стійкість.

При зменшенні темпу роботи (рис. 2.11,6) тривалість циклузростає також через збільшення часу t3an. Це призведе до того, щоперед черговою заливанням температура Т'ф буде нижче заданої,соот