Материаловед

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

Формирование отливки происходит при интенсивном отводе теплоты от расплавленного металла, от затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивному металлическому кокилю, что обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок, полученных в песчаных формах.

Особенность литья в кокиль состоит в многократном использовании металлической формы (кокиля). Высокая прочность материала металлической формы позволяет более точно выполнять рабочие поверхности формы, что обеспечивает высокое качество литой поверхности. Благодаря высокой теплопроводности формы отливка быстро затвердевает.

К числу преимуществ литья в кокиль относится резкое (по сравнению с литьем в песчаные формы) сокращение механической обработки отливок, сокращение расхода формовочных материалов.

К недостаткам технологии относятся: высокая стоимость металличекой формы, плохая заполняемость формы при получении тонкостенных отливок с поднутреями, опасность возникновения трещин на отливках.

Металлическая форма (рис. 7.1) обычно состоит из двух полуформ, которые фиксируются штырями (фиксаторами) 3 и перед заливкой металла закрепляются замками 4. Питание отливки осуществляется прибылями 1, вентиляция формы происходит через выпоры 2 и специальные вентиляционные пробки.

Применяют и неразъемные металлические формы — их называют вытряхной кокиль (рис. 7.2).

Перед заливкой на рабочую поверхность формы наносят слой упорного покрытия, который предохраняет форму от резкого теплового удара при заливке и от опасности схватывания металла с формой.

В состав огнеупорного покрытия при изготовлении стальных и чугунных отливок входят: пылевидный кварц, графит, огнеупорная глина, жидкое стекло.

Затем форму подогревают до температуры не ниже 200 °С. температура подогрева зависит от состава заливаемого сплава и толщины стенок отливки.

Основное требование, предъявляемое к материалу формы, –стойкость к термическому удару, возникающему при заливке металла. Формы изготавливают из серого чугуна (СЧ 15, СЧ 18, СЧ 20, СЧ 25), высокопрочного чугуна (ВЧ 42-12, ВЧ 45-5), конструкционных углеродистых(10, 20, 15Л, 25Л) и легированных сталей (15ХМЛ), медных (латуни) и алюминиевых (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ11, АЛ12) сплавов.

Разъемная металлическая форма (кокиль): 1 — прибыли; 2 — выпоры; 3 — фиксаторы; 4 — закрепляющие замки; 5 — полуформы

Неразъемная металлическая форма (кокиль): 1 — стержень; 2 — корпус

Разновидностью рассматриваемой технологии является литье в облицованный кокиль, которое лишено недостатков оболочкового и кокильного литья, но совмещает в себе их достоинства.

Облицованный кокиль обладает высокой трещиностойкостью; податливостью. Он обеспечивает высокую точность отливки. Расход дорогостоящего формовочного материала минимален по сравнению с оболочковым литьем.

Для изготовления облицованной металлической формы       (рис. 7.3) пространство между рабочей поверхностью кокиля и металической модели отливки пескодувным способом, заливкой или другим способом заполняется песчано-смоляной смесью, содержащей в качестве связующего фенолформадегидную смолу (2 – 2,6 %) с добавкой (8 – 12 % от массы смолы) уротропина; самотвердеющие смеси и керамические составы со связующими – жидким стеклом и этилсиликатом соответственно. От тепла кокиля и модели, нагретых до 200 – 220 °С, происходит затвердевание смеси и образование облицовки обычно толщиной 3 –5 мм. Полости в отливках выполняют при помощи обычных или оболочковых стержней.

В случаях, когда из металлической формы затруднен выход воздуха и газов, применяют вентиляционные пробки, канавки и ручьи (рис. 7.4).

Изготовление облицованных металлических форм: а — надув смеси; б – съем формы с модели; в – форма в сборе; 1 – модельная плита;2 – модель; 3 – половинка формы; 4 – пескодувная головка; 5 – слой облицовки; 6 — электронагреватели

Рис. 7.4. Способы вентилирования форм с помощью канавок (а), ручьев (б), пробок (в, г)

Все операции технологического процесса литья в кокиль механизированы и автоматизированы. Используют однопозиционные и многопозиционные автоматические кокильные машины.

Литье в кокиль применяют в массовом и серийном производствах для изготовления отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов  с толщиной стенки 3…100 мм, массой от нескольких граммов до нескольких сотен килограммов.

Достоинства литья в кокиль:

• возможность многократного использования форм;
• возможность автоматизации труда;
• хорошие механические свойства отливок, обусловленные их мелкозернистой структурой;
• снижение припусков на механическую обработку;
• снижение расходов на возврат литья за счет уменьшение количества металла на литниковую систему или ее отсутствие.
• Недостатки литья в кокиль:
• отсутствие податливости форм;
• трудоемкость изготовления кокилей;
• высокая стоимость кокилей.