17.6. Специальные способы литья

1. Получение отливок литьем в кокиль.

Кокилем называют металлическую литейную форму (из чугуна, стали и пр.), полость которой заполняется расплавом под действием его силы тяжести. Форма кокиля может быть сплошной и сборной. Перед заливкой стенки покрывают из пульверизатора огнеупорной краской для небольших отливок или для больших отливок набивают слоем примерно 5мм высокотемпературной керамикой (для стальных отливок – на основе цинка, магния, двуокиси алюминия и т.д., для чугунных – набивка состоит из графита, глины и мыла). Вставляют газоотводы на глубину 0,5мм. Кокили изготавливают из серых чугунов марок СЧ28, СЧ33, а также жаропрочных сталей, например, 45Х20Н9Т10. Толщина стенок кокиля определяется по формуле:

,

где –толщина стенок изделия.

К достоинствам кокильного литья относят:

-возможность многократного использования кокилей (до нескольких десятков тысяч раз при литье алюминиевых сплавов и нескольких сотен заливок при литье чугуна и стали);

-повышенная точность размеров, следствием чего является снижение объема обработки резанием и повышение коэффициента использования металла по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы;

-улучшение механических свойств отливок из-за мелкокристаллической структуры, особенно в поверхностном слое;

-высокая производительность труда и снижение стоимости изготовления отливок;

-сокращение потребности в производственных площадях и улучшение условий труда (уменьшение пыле- и газовыделений);

-сокращение трудоемких и энергоемких операций очистки отливок, подготовки формовочных материалов и приготовления смесей, их транспортирования и пр.;

-широкие возможности комплексной механизации и полной автоматизации процесса литья.

К недостаткам кокильного литья обычно относят:

-трудоемкость и сравнительно высокую стоимость изготовления кокилей;

-быстрое (и не всегда желательное) охлаждение расплава при заполнении им металлической формы;

-резкое снижение стойкости кокилей по мере увеличения массы отливок.

2. Литье в оболочковые формы.

Технология литья в оболочковые формы включает ряд операций, выполнение которых при литье данным способом имеет ярко выраженные особенности. К ним относятся: приготовление специальной песчано-смоляной смеси; формирование на модельной оснастке тонкостенных оболочковых форм и стержней; сборка форм и их подготовка к заливке. Для приготовления оболочковых форм выпускают специальное связующее, представляющее собой смеси фенолформальдегидной смолы с катализатором отверждения смолы, вводимым в количестве 7-8%.

Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые разовые формы заключаются в следующем:

-уменьшение параметров шероховатости поверхности и существенное улучшение внешнего товарного вида отливок;

-возможность получения отливок с тонким и сложным рельефом, а также толстостенных отливок с литыми каналами малых сечений;

-уменьшение трудоемкости ряда операций технологического процесса (приготовление смеси, изготовление формы, очистка отливок и пр.);

-сокращение в 8-10 раз и более объема переработки и транспортирования формовочных материалов;

-уменьшение металлоемкости формовочного оборудования.

Кроме того, для литья в оболочковые формы характерна меньшая жесткость оболочки, что следует рассматривать как достоинство метода в сравнении с методами литья в кокиль.

Основные недостатки метода литья в оболочковые формы:

-относительно высокая стоимость смоляного связующего;

-сложность модельной и стержневой оснастки;

-повышенное выделение вредных химических веществ в ходе термического разложения смоляного связующего;

-недостаточная прочность оболочек при получении тяжелых отливок;

-склонность к появлению некоторых специфических видов дефектов, сопровождающих низкую газопроницаемость литейной формы.

3. Литье под давлением.

При литье под давлением металлическая форма, называемая пресс-формой, заполняется расплавом под давлением до 300 МПа. Это один из самых продуктивных способов изготовления небольших и точных по размерам отливок (с отверстиями до 2мм и толщиной стенок до 0,5мм), в основном, из сплавов цветных металлов.

К преимуществам этого метода литья можно отнести все позиции, перечисленные в параграфе "литье в кокиль", а также улучшение условий заполнения литейной формы металлом и снижение усадочной пористости отливок.

К недостаткам метода помимо ограничений в выборе литейных сплавов, сложности изготовления и высокой стоимости пресс-форм, а также машин, обычно относят:

-возможность замешивания воздуха в расплав из-за высоких скоростей его движения и затрудненностью отвода воздуха из формы;

-неравномерность затвердевания различных зон отливки, вследствие их разного удаления от источника воздействия;

-ограниченность в выборе конфигурации отливок в связи с применением извлекаемых металлических стержней.

4. Центробежное литье.

Центробежным литьем называют способ изготовления отливок, при котором залитый в форму расплав подвергается воздействию центробежных сил при вращении литейной формы с определенной (регламентированной) скоростью.

Преимущества процесса центробежного литья:

-улучшение заполняемости и питания литейных форм расплавом;

-устраняется брак отливок по усадочной пористости и газовым раковинам;

-возможность получения тонкостенных отливок с четкой проработкой геометрических контуров;

-измельчение кристаллической структуры металла под действием принудительных конвективных потоков, вызванных центробежной силой и вращением формы;

-интенсивное очищение расплава от металлических включений, происходящее за счет развития эффекта центрифугирования;

-возможность получения изделий, имеющих форму тел вращения (трубы, втулки и т.п.) без использования литниковых систем и стержней;

-повышение точности и стабилизация размеров отливок (а, следовательно, увеличение коэффициента использования металла);

-высокая производительность и степень автоматизации.

Однако центробежное литье имеет и определенные недостатки:

-необходимы специальные машины для литья;

-формы должны быть повышенной прочности, герметичности и закрыты ограждениями;

-необходимо точное дозирование металла для получения нужного размера внутреннего отверстия отливки.

При вращении формы вокруг горизонтальной оси получают трубы большой длины до 5м и диаметром 200-300мм (40-50 труб в час), а вокруг вертикальной – трубы большого диаметра и малой длины. Скорость вращения формы рассчитывают по формуле :

, где γ -плотность расплава; r - внутренний радиус отливки.