/
Автор: Святкин Б.К. Егорова М.Б.
Теги: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства машиностроение металлургия обработка металлов чугун термообработка литье
ISBN: 5-06-000328-0
Год: 1989
Текст
Ьч. С t G
Б. К. Святнин
M. Б. Егорова
ПРОИЗВОДСТВО
отливок
в кокили
Допущено
Государственным комитетом СССР
по народному образованию
в качестве учебника
для профессионально технических
училищ
&
Th
дВКО^Д
КамАЗа Ч
Москва
«Высшая школа» 1989
ББК 34.61
С24
УДК 621.74.043
Рецензенты: д-р техн, наук Л.Б.Коган, канд. техн, наук В.П. Мальцев
Святкин Б.К., Егорова М.Б.
С-24 Производство отливок в кокили: Учеб, для ПТУ. — М.: Высш,
шк., 1989. — 223 с.: ил.
ISBN 5-06-00032Й-0
Описаны технологические процессы изготовления отливок с использо-
ванием ручных кокилей, кокильных машин, механизированных и автомати-
ческих линий и комплексов. Даны краткие сведения о специальных способах
литья и производстве отливок в разовых песчаных формах. Приведены
сведения об устройстве и эксплуатации кокилей, а также характеристики
сплавов для производства отливок. Рассмотрены вопросы стандартизации,
контроля качества и безопасности труда на производстве.
Учебник может быть использован при профессиональном обучении рабо-
чих на производстве.
с 2704020000 (4307000000) -404 ББК 34.61
052 (01)-89 ~ 6Т2.13
ISBN 5-06-000328-0 © Издательство ’’Высшая школа”, 1989
ВВЕДЕНИЕ
XXVII съезд КПСС принял научно обоснованную экономическую
стратегию ускорения социально-экономического развития страны на
основе научно-технического прогресса. Стратегическим направлением
повышения эффективности общественного производства и качества
продукции является автоматизация производства на базе современных
достижений науки и техники. В успешном выполнении этой задачи
главенствующая роль принадлежит машиностроению — комплексу от-
раслей, которые определяют прогресс в других отраслях народного
хозяйства.
Возможности и темпы развития всего комплекса машиностроения
во многом определяются состоянием заготовительной базы, ведущее
место в которой занимает литейное производство. Это объясняется тем,
что доля литых деталей в продукции машиностроения составляет SO-
SO %, а в отдельных случаях и больше, например в станкостроении —
до 85 %, в химическом машиностроении — до 95 %.
Развитее литейного производства в нашей стране сопровождается
внедрением в производство комплексной автоматизации и механизации,
разработкой новых сплавов и способов литья, совершенствованием тех-
нологических процессов по всем переделам изготовления отливок. Ка-
чественно новое направление в этом виде производства — широкое при-
менение для изготовления отливок автоматических манипуляторов и
промышленных роботов, а также автоматических литейных комплексов,
которые обеспечивают повышение производительности труда в 2—5 раз
по сравнению с хорошо организованным механизированным производст-
вом. Одновременно за счет стабилизации параметров технологических
процессов достигается повышение качества отливок, уменьшаются
потери от брака и устраняется дефицит в рабочей силе.
Советское литейное производство в своем развитии опирается на
мощную научно-техническую и материальную базу. Большой вклад в тео-
рию и практику литейного производства внесли русские и советские
ученые П.П. Аносов, Г.Ф. Баландин, П.П. Берг, А.А. Байков, А.М. Боч-
вар, Е.В. Грум-Гржимайло, Д.П. Иванов, Л.И. Леви, Н.С. Курнаков,
Л.И. Фанталов, С.С. Штейнберг, Н.Г. Гиршович, Ю.А. Нехендзи и др.
Широко известные достижения советских литейщиков в области
теории и практики литейного производства результат того, что научно-
технический прогресс в нашей стране органически связан с преимущест-
вами государственной плановой системы и социалистического хозяйст-
вования. Этому способствует и то, что созданы и плодотворно работают
крупные НИИ, заводы литейного оборудования и центролиты.
Наряду с повышением технического уровня литейного производства
постоянно возрастают и требования к подготовке молодых рабочих-
литейщиков, в том числе и кокильщиков-сборщиков.
Настоящий учебник предназначен для подготовки в технических учи-
лищах квалифицированных кокильщиков-сборщиков. Он должен
помочь им овладеть необходимыми техническими знаниями, изучить тех-
нологию производства отливок в кокилях, ознакомиться с конструк-
цией и правилами эксплуатации кокилей, кокильных машин и автома-
тов, кокильных линий и комплексов, промышленных манипуляторов и
других механизмов.
Последовательное изучение основ технологии и оборудования для
производства отливок в кокилях в гармоничном сочетании с полученны-
ми знаниями и практическими навыками в учебных мастерских позво-
лят молодому рабочему в кратчайший срок освоить выбранную профес-
сию и повысить свое профессиональное мастерство и квалификацию
в процессе работы на производстве.
1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ОТЛИВОК
В РАЗОВЫХ ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ
1.1. ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ЛИТЕЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Литые детали (отливки) получают заливкой расплавленного матери-
ала (чаще всего металлического сплава) в литейную форму. Литей-
ная форма представляет собой систему элементов, образующих
рабочую полость, в которой из жидкого металла формуется отливка.
Литьем изготовляют отливки массой от нескольких граммов до
250 т, длиной от нескольких миллиметров до 20 м с толщиной стенки от
нескольких десятых миллиметра до 600 мм различными способами
литья.
Основную массу отливок получают в разовых песчаных формах
(см. § 1.4). Около четверти производимых отливок изготовляют специ-
альными способами литья (см. гл. 2), включая и литье в кокили. Такие
отливки, выполненные по малоотходной технологии, часто используются
в технике как готовые литые детали. В ряде случаев их подвергают не-
значительной механической обработке по посадочным поверхностям и
отверстиям.
Технологический процесс изготовления отливки в разовой песчаной
форме в двух опоках показан в виде схемы на рис. 1.1. Она отражает
последовательность разработки технической документации и порядок
выполнения технологических переделов производства различными служ-
бами и отделениями литейного цеха. В зависимости от сплава, сложности
и качественных требований к отливке часть переделов ее производства
* (рис. 1.1 ) может отсутствовать. Например, для изготовления многих
, отливок не используют литейные стержни, значительная часть отливок
не подвергается термической обработке и грунтованию. Отливки без
дефектов не подлежат исправлению заваркой и другими способами.
Для разработки технологии производства отливки используют ее
чертеж. Если в литейный цех поступает чертеж детали, то по нему разра-
батывают чертеж отливки.
В заказе на изготовление отливок по каждому наименованию указы-
* вается требуемое их количество в год с разбивкой по кварталам и меся-
цам. Вместе с договором передают чертежи литых деталей, а также согла-
5
Подготовка
формовочных
материалов
I Разработка конструкции
отливки
I Разработка технологии производ- |
ства отливки |
I ..............1
I Разработка конструкции модельного
комплекта
Н Изготовление
KOI
. □ Приготовление формовочной
I стержневой смесей
• модельного
комплекта
§
Изготовление частей фор-
мы в опоках
I Изготовление стержней
£
£
£
Сборка формы
| Заливка расплава в форму
_ у "
Охлаждение отливки в форму |
1 > *
4 Выбивка отливки из опок I
Удаление стержней из отливки |
у _
Очистка и обрубка отливки |——
....... f
Контроль качества отливки |—
1 1 Г ------------------'
Термическая обработка отливки
Подготовка шихты
и ее плавка
Литники и другие
металлоотходы
Исправление дефектов
отливок
Грунтовка отливки
На склад отливок
Рис. 1.1. Схема изготовления отливки в разовой песчаной форме
суют технические условия на их поставку и приемку с регламентацией
качественных требований к отливкам.
Литейщик-технолог или конструктор по чертежу литой детали (часто
на этом чертеже) разрабатывает конструкцию отливки, а по последней —
чертеж литейной формы. Правила выполнения чертежей элементов литей-
ной формы и отливки регламентируются СТ СЭВ 4406—83, а также дру-
гими действующими стандартами.
При этом очень важно правильно назначить припуски на механичес-
кую обработку, допуски на размеры заготовки и формовочные уклоны,
так как эти показатели в значительной степени определяют материало-
емкость отливки.
Припуск (в машиностроении) — заранее предусмотренный
поверхностный слой металла заготовки, подлежащий удалению при
последующей ее обработке резанием. Припуск снимают для получения
заданной формы, требуемых размеров и шероховатости поверхности
готового изделия. Аналогичным способом выполняют и отверстия.
Припуски на механическую обработку отливок назначают по ГОСТ
26645-85.
Допуск (в машиностроении) — наибольшее допустимое отклоне-
ние размеров деталей, которое устанавливают заранее, исходя из требо-
ваний взаимозаменяемости или условий последующей обработки.
Согласно СТ СЭВ 4406—83, припуски на механическую обработку
обозначают красным цветом. Аналогично обозначают и обрабатываемые
(высверливаемые) отверстия и другие выполняемые механической об-
работкой полости. Значения припуска (в мм) на механическую обработ-
ку указывают цифрой перед знаком шероховатости поверхности или
величиной уклона.
Уклоны на отливках выполняют с целью придания им конструк-
тивно целесообразной обтекаемой формы (конструктивные уклоны)
и чаще в целях облегчения изготовления качественной литейной формы.
В последнем случае их называют формовочными уклонами,
их величина регламентируется ГОСТ 3212—80. Чем выше качество и раз-
мерная точность литейной формы, тем меньше припуски на механичес-
кую обработку и уклоны. Применяют технологию производства отливок
и без формовочных уклонов.
Работа конструктора и технолога по разработке конструкции литых
деталей, отливок, технологической литейной оснастки все чаще автома-
тизируется за счет внедрения в практику системы автоматиза-
ции проектных работ (САПР), в том числе конструкторских и
технологических. В качестве объектов автоматизированного проектиро-
вания могут быть детали, отливки, поковки, технологические процессы,
оснастка, оборудование и т.д. В указанных случаях на ЭВМ с участием
конструктора или технолога в режиме диалога или без участия людей (в
автоматическом режиме) выбирается и обосновывается структура
объекта, рассчитываются и обосновываются оптимальные значения пара-
метров, обеспечивается автоматическое вычерчивание чертежей и оформ-
ление другой проектной и технологической документации, подготавли-
вается программа для оборудования с ЧПУ (числовое программное уп-
равление) по обработке изделий, оснастки и т.д.
Использование САПР для разработки литейной технологии позво-
ляет максимально уменьшить материалоемкость и припуски на меха-
ническую обработку, а также получить отливки с использованием раз-
личных форм заданного качества с минимальными потерями на брак.
1.2. МОДЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКТ И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ
Совокупность приспособлений и инструментов, необходимых для
выполнения технологического процесса получения отливки, называют
технологической оснасткой литейного производства. Ос-
новной ее составляющей является модельный комплект.
Модельный комплект — это комплект формовочных прис-
пособлений, необходимый для образования при формовке рабочей по-
7
пости литейной формы; включает литейную модель, стержневые ящики,
модели элементов литниковой системы, формовочные, контрольные и
сборочные шаблоны для конкретной отливки.
В состав модельного комплекта для изготовления отливки в разо-
вой песчаной форме всегда входит литейная модель отливки. Другие
элементы комплекта могут иметься полностью, частично или отсутство-
вать. Все определяется конструкцией отливки и технологией ее производ-
ства. Например, для производства простых по конструкции отливок мо-
дели стержней (стержневые ящики) и шаблоны не применяют; для изго-
товления открытых форм не используют модели литниковых систем.
При ручной или частично механизированной формовке, а также при
изготовлении крупных разовых песчаных форм в состав модельного
комплекта входят формовочные инструменты, литейные шаблоны,
кондукторы для зачистки знаков стержней. Кроме того, используют мо-
дельные плиты и опоки.
Литейная модель - приспособление для получения в литей-
ной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам
отливки. Литейная модель (рис. 1.2) может быть неразъемной (а),
разъемной (б) и с отъемными частями (в).
/
fil
Рис. 1.2. Литейные модели:
а — неразъемная, б — разъемная, в — с отъемными частями; 1 — шипы, 2 ~ зна-
ки, 3 - отъемные части, 4 - шпильки
Модель литниковой системы — литейная модель для
образования в литейной форме отпечатка системы каналов, подводящих
жидкий металл из ковша в рабочую полость формы по заданному техно-
логическому процессу.
Расплав, заполнивший рабочую полость формы, при охлаждении в
твердом состоянии уменьшается в обьеме, и поэтому конечные раз-
меры отливки будут меньше, чем размеры рабочей полости формы, в
которой она отливалась. Это учитывают при назначении размеров
8
модели, которые должны быть больше размеров отливки на величину
усадки.
Линейная усадка отливки из серого чугуна составляет: 0,5—1,25 %,
белого чугуна - 1,5-1,75, стали — 1,6-2,2, сплавов цветных металлов —
1,4 —2,2%. Различные значения линейной усадки для одного сплава
объясняются тем, что она зависит от размеров и массы отливки, техно-
логии литейного производства, а также от тормозящего воздействия
формы и стержней на процесс усадки и других причин.
Стержневой ящик — приспособление, имеющее рабочую по-
лость для получения в ней стержня нужных размеров и очертаний из
стержневой смеси. Стержневые ящики (рис. 1.3) могут быть неразьем-
ные (а), разъемные (б) и неразъемные с отъемными частями (в).
Рис. 1.3. Основные типы литейных стержневых ящиков:
а - неразъемные, б - разъемные, в - неразъемные с отъемными частями; 1 - кор-
пус, 2 - сегменты ящика, 3 - отъемная стенка-вкладыш, 4 — литейный стержень,
5 — знаковая часть стержня
Литейные модели и стержневые ящики изготовляют из дерева,
металлических сплавов, пластмасс, пенополистирола и редко из гипса и
Цемента. Выбор материала для оснастки определяется размерами и
серийностью производства отливок, требованиями к их точности и ка-
честву поверхности. Многие элементы и части моделей и стержневых
ящиков стандартизированы, что упрощает проектирование и изготовле-
ние этой оснастки.
В литейном производстве применяют шаблоны, которые подраз-
деляют на формовочные, стержневые, контрольные и сборочные.
Модельная плита — плита, оформляющая разъем литейной
формы и несущая на себе различные части модели, включая литниковую
9
систему. С другой стороны модельная плита прикрепляется к столу фор-
мовочной машины или автомата. Конструкция и размеры модельных
плит для отечественного формовочного оборудования стандартизирова-
ны (ГОСТ 20085-74, 20131-80 и др.).
Литейная опока — приспособление для удерживания формо-
вочной смеси при изготовлении литейной формы, транспортировании и
заливки ее жидким металлом.
Сушильная плита — приспособление, предназначенное для
сушки и транспортирования стержней. Плиты выполняют плоскими
и фасонными. Для ускорения сушки стержней в плитах имеются отвер-
стия диаметром 6—10 мм.
Кондуктор — приспособление для установки в него при зачист-
ке изготовленного и высушенного стержня с целью придания ему более
точных размеров.
1.3. ОСНОВНЫЕ и ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ
ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СМЕСИ
Формовочные материалы — это природные и искусствен-
ные материалы, используемые для изготовления неметаллических литей-
ных форм, формовочных красок, разделительных составов и припылов.
Различают исходные формовочные материалы, формовочные и стержне-
вые смеси и вспомогательные формовочные составы.
Формовочные пески. Исходные формовочные матери-
алы разделяют на основные и вспомогательные. К основным относят
формовочные пески, являющиеся огнеупорной основой смесей, и свя-
зующие (глины, смолы и т.д.). Вспомогательные исходные материалы —
это различные добавки (уголь, торф, керосин, увлажнители и т.д.),
улучшающие свойства смесей. Основной, а иногда и единственной состав-
ляющей формовочных и стержневых смесей является формовочный
песок.
Формовочные пески — осадочные горные породы, состоя-
щие в основном из минерала кварца (кремнезема — химическое соедине-
ние SiO2) и различных примесей: глинистых составляющих, полевых
шпатов, оксидов железа, слюды, гидратов оксидов железа и карбидов.
Эти вредные примеси песка, кроме глины, придают ему различную
окраску и ухудшают его свойства, понижая температуру плавления.
Плотность кремнезема 2500—2800 кг/м3, температура плавления 1986 К
(1713°С).
Формовочные пески, содержащие до 2 % глинистой составляющей,
называют кварцевыми, а содержащими от 2 до 50% — глинис-
тыми. По химическому составу и размеру зерен пески подразделяют
соответственно на классы и группы (табл. 1.1 и 1.2).
Размер зерен определяют просевом песка на приборе, имеющем
11 сит с номерами от 2,5 до 0,05, у которых размер стороны ячейки
может быть от 2,5 до 0,05 мм. Основной зерновой фракцией песка
10
1.1. Классификация и состав формовочных песков
Класс Наимено- Содержание Содержание Содержание вредных
вание глинистой кремнезема, примесей 1 (
составляю- мас.%, не —
щей, мае.%, менее оксидов ще- оксидов
не более лочно-земель- железа,
ных и щелоч- мас.%, не
ных метал- более
лов, мас.%,
не более
К в а р ц е в ы е
О61К Обогащен- 0,2 98,5 0,4 0,2
О62К ный кварце- 0,5 98 0,75 0,4
ОбЗК вый 1 97,5 1 0,6
1К Кварцевый 2 97 1,2 0,75
2К 2 96 1,5 1
зк 2 94 1 1,5
4К 2 90
Глинистые
гр Тощий 10 * 1
п Полужир- 20 I
ный
ж Жирный 30
ож Очень жир- 50
ный
1.2. Группы формовочных песков
Группа Наименование Номера смежных сит, на которых остаются зерна основной фракции
063 Грубый 1 063 04
04 Очень крупный 063 04 0315
0315 Крупный 04 0315 02
02 Средний 0315 02 016
016 Мелкий 02 016 01
01 Очень мелкий 016 01 0063
063 Тонкий 01 0063 005
005 Пылевидный 0063 005 Тазик
считается наибольшая сумма остатков на трех смежных ситах. Группу
песка обозначают номером среднего сита (см. табл. 1.2). По величине
11
остатка основной зерновой фракции на крайних ситах пески делят на две
категории — А и Б. К категории А относят пески с большим остат-
ком фракции на крайнем верхнем сите, чем на крайнем нижнем, а к
категории Б — пески с большим остатком на крайнем нижнем сите, чем
на крайнем верхнем. Форма песка может быть округлой, полуокруглой
и остроугольной.
При маркировке песка на первом месте ставят класс, затем группу
и категорию, например 4К02А. Песок этой марки относится к классу 4К
с основной зерновой фракцией средней крупности, оставшейся на ситах
№ 0315, 02 и 016. Категория А показывает, что остаток на сите № 0315
больше, чем на сите № 016.
Недостатком кварцевого песка является способность его при нагре-
ве и охлаждении претерпевать аллотропические изменения. При темпера-
туре 848 К /3-кварц переходит в а-кварц, что сопровождается увеличени-
ем его объема на 2,4 %. При охлаждении происходит о брат но е^прев раще-
ние и уменьшение объема. Все это при заливке расплава в формы и его
охлаждении сопряжено с термоциклированием зерен песка, возникно-
вением в нем напряжений и растрескиванием. В последнем случае смесь
обогащается пылевидными частицами.
Иногда вместо кварцевых песков применяют другие материалы,
например циркон, хромистый железняк, хромомагнезит. Формовочные
и стержневые смеси из таких материалов обладают повышенной тепло-
аккумулирующей способностью и химической инертностью по отноше-
нию к заливаемым в форму расплавам.
Формовочная глина — наиболее распространенный связующий мате-
риал; после увлажнения обладает высокой пластичностью и используется
для связывания зерен песка в составе формовочных и стержневых сме-
сей. Глина состоит из мельчайших частиц водных алюмосиликатов
с размерами менее 0,022 мм. Помимо основного минерала в состав глин
входят кварц, полевой шпат, слюда, а также вредные примеси: Ре20з,
Na2O + К2О, СаО + MgO. Вредные примеси снижают огнеупорность глин,
их термохимическую устойчивость. В зависимости от минералогического
состава глины (ГОСТ 3226—77) подразделяют на следующие виды:
бентонитовые, каолиновые, а также каолино-гидрослюдистые и поли-
минеральные. Чаще всего в литейном производстве используют каоли-
новые и бентонитовые глины. Бентонитовые (или монтмориллонито-
вые) глины обладают более высокой связующей способностью.
Связующую способность глины оценивают пределом прочности фор-
мовочной или стержневой смеси на сжатие во влажном и сухом состоя-
ниях. По пределу прочности во влажном состоянии формовочные глины
подразделяют на три группы: П — прочносвязующие, С — среднесвязую-
щие и М — малосвязующие (табл. 1.3). По содержанию вредных приме-
сей глины делят на три группы: с высокой Тi, средней Т2 и низкой Т3
термохимической устойчивостью.
В обозначении марки глины первая буква означает вид глины по
минералогическому составу, вторая — группу по пределу прочности во
12
1.3. Классификация формовочных глин по пределу прочности на сжатие
Группа Предел прочности на сжатие, кПа, Подгруппа Предел прочности на
во влажном состоянии сжатие в сухом
состоянии, кПа
бентонитовая остальные виды
глина глин
П 127 108 1 540
С 1/08—127 78,5-108 2 345-540
М 90 49-78,5 3 345
влажном состоянии, первая цифра — подгруппу по пределу прочности в
сухом состоянии, а буква Т с индексом - группу глин по содержанию
вредных примесей. Так, например, марка БП1 Т2 означает, что глина бен-
тонитовая, прочносвязующая во влажном и сухом состояниях, со сред-
ним содержанием вредных примесей.
Связующие материалы. Формовочные и стержневые смеси на основе
глинистых связующих по прочностным свойствам в ряде случаев не
могут обеспечить качественное изготовление отливок, особенно из стали.
Поэтому кроме глины или в добавление к ней часто применяют органи-
ческие и неорганические материалы. Такие связующие подразделяют по
химической природе — на органические и неорганические; по способно-
сти растворяться в воде — на водные и неводные; по характеру затвер-
девания — на затвердевающие необратимо, обратимо и с промежуточным
характером затвердевания.
Необратимо затвердевающие органические и неорганические связую-
щие обеспечивают высокую прочность смеси в сухом состоянии. Из
смесей на основе таких связующих изготовляют преимущественно слож-
ные тонкостенные стержни. К этой группе относят различные раститель-
ные масла, а также масла продуктов перегонки нефти, синтетические
смолы и жидкое стекло.
Из-за дефицитности и высокой стоимости растительные масла приме-
няют редко. Чаще всего используют синтетические смолы, которые в
зависимости от состава обеспечивают твердение смеси в холодном состо-
янии или в нагретой оснастке.
Наиболее широко применяют связующие холодного твердения на
основе фенолофурановых (ФФ-1Ф), карбамидно-фурановых (фуритол,
БС-40), фенолоформальдегидных смол (ОФ-1, СФ-3042), а в качестве
связующих, отверждаемых в нагреваемой оснастке, используют смолы
УКС, КФ-90, СФП-011Л и др.
Широко применяемое неорганическое связующее, жидкое стекло
(Na2 О • m SiO2 • и Н2 О), представляет собой водный раствор силиката
натрия. Смесь на основе его необратимо твердеет при продувке углекис-
лым газом и особенно сильно при тепловой обработке.
Вспомогательные формовочные материалы. К ним относят добавки
к формовочным и стержневым смесям, которые увеличивают их про-
тивопригарные свойства, газопроницаемость, податливость, текучесть
и уменьшают прилипаемость к модельной оснастке.
В большинстве случаев противопригарные материалы наносят на
поверхность формы или стержни тонким слоем. Для этого применяют
каменноугольную и древесноугольную пыль, мазут, графит, пылевид-
ный кварц. Перечисленные и другие вспомогательные материалы нано-
сят на рабочую поверхность формы или стержня в виде красок.
Для уменьшения или полного устранения прилипания смеси к
модели и стержневому ящику их рабочую поверхность припыливают
серебристым графитом, ликоподием, тальком, а иногда и сухим
песком.
В качестве различных добавок применяют обычно органические
наполнители, которые выгорают при воздействии высоких температур
заливаемого расплава и затвердевающей отливки и, следовательно,
улучшают податливость смеси.
Формовочная (или стержневая) смесь — это смесь формовочных
материалов, соответствующих требованиям технологического процесса
литья и изготовления литейной формы (или стержня).
Формовочные смеси принято подразделять по роду заливаемого
сплава - на смеси для получения отливок из сталей, чугуна и цветных
сплавов; по характеру использования - на единые, облицовочные и
наполнительные; по состоянию формы перед заливкой - на смеси для
форм, заливаемых в сухом и влажном состояниях.
Облицовочную смесь приготовляют из высококачествен-
ных формовочных материалов, связующих и других добавок. Из нее
формуют поверхностный облицовочный слой толщиной 10—40 мм.
Остальной объем опоки или стержневого ящика заполняют наполни-
тельной смесью. Последняя имеет низкие прочностные свойства и
фактически является опорным (наполнительным) материалом.
При машинном и автоматизированном процессах изготовления
мелких форм и стержней (отчасти и средних по размеру) технически
трудно использовать совместно облицовочную и наполнительную смеЪи.
По этой причине для указанных случаев применяют единую (формо-
вочную или стержневую) смесь. Последняя по своим свойствам
занимает промежуточное положение между облицовочной и напол-
нительной смесями.
На изготовление одной тонны отливок в разовых песчаных'формах
расходуется от 6 до 10 м3 формовочных и стержневых смесей. Чтобы
приготовить такое количество смесей, используют первичные (свежие)
формовочные материалы и оборотную смесь, т.е. смесь, подго-
товленную для повторного использования в качестве компонента формо-
вочной или стержневой смеси. Оборотную смесь получают из бывшей
в употреблении (отработанной) смеси путем переработки
(регенерации) ее в специальных аппаратах, отделяющих металлические
включения (магнитные сепараторы), крупные включения (грохоты) и
пылевидные частицы.
14
В зависимости от вида формовочной смеси в ней содержится от
О до 97,5 мае* % оборотной смеси. Другими компонентами формо-
очной смеси являются свежие формовочные материалы, связующие,
добавки и вода сверх 100 % в количестве от 2,4 до 5 %.
В стержневых смесях содержится не более 30 % оборотной смеси.
Чаще всего стержневые смеси приготовляют из свежих формовочных
песков с минимальным содержанием глины на основе использования
органических и неорганических связующих в пределах от 1 до 5 % и с
влажностью от 2 до 4 %.
Стержни в форме испытывают большие термодинамические и стати-
ческие нагрузки (см. гл. 5). Исходя из этого их прочность на сжатие и
растяжение в сухом состоянии всегда должна быть больше (в 2—3 раза),
чем прочность уплотненной сухой формовочной смеси.
Перед приготовлением формовочных и стержневых смесей их исход-
ные компоненты проходят подготовку. Она заключается в сушке песка,
а иногда глины, в просеивании песка, помоле угля и глины, в приготов-
лении глинистой суспензии. Для перечисленных технологических опера-
ций применяют механизированное оборудование, а также комплексы
оборудования.
Приготовление смесей. Приготовление формовочных и стержневых
смесей включает следующие операции: дозирование, перемешивание
компонентов, увлажнение, вылеживание и разрыхление. Эти операции
относятся к приготовлению основной массы обычных формовочных и
стержневых смесей. При изготовлении ЖСС, ПСС и других само- или
быстротвердеющих составов вылеживание, разрыхление, а часто и
операцию увлажнения не выполняют.
Во всех случах производят перемешивание составляющих с целью
получения однородного состава смеси. В процессе перемешивания зерна
песка покрываются глинистой суспензией или другим связующим.
Перемешивание смесей производят в различных смесителях; наиболее
распространены смешивающие бегуны с горизонтальной и реже с верти-
кальной осью вращения катков.
В строящихся и реконструируемых литейных цехах предусматри-
вают полную автоматизацию регенерации и приготовления формовочных
и стержневых смесей. С этой целью для приготовления единых, напол-
нительных и облицовочных формовочных смесей применяют различные
по составу и производительности комплексы технологического оборудо-
вания. Такой комплекс обычно имеет ряд емкостей, охладители, сита,
аэраторы, электромагнитные железоотделители, дозаторы, смесители
и другое оборудование, связанное между собой ленточными транспорте-
рами в единую систему. Стандартные смесеприготовительные комплексы
обычно имеют от 14 до 20, а комплексы для гидравлической и сухой
регенерации оборотной смеси от 12 до 13 наименований единиц обору-
дования.
Поступающие в цех формовочные материалы и приготовленную из
них смесь (ГОСТ 23409.0—78 -г ГОСТ 23409.26—78) подвергают контро-
15
лю. На методы испытания формовочных песков, другие формовочные/
материалы, формовочные и стержневые смеси стандартами предусмо#
рено 26 видов контроля. Важнейшими видами контроля является опре-
деление зернового состава и содержание примесей песка; прочность,
влажность и газопроницаемость смесей во влажном или сухом состо-
яниях.
1.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ
Литейный стержень — элемент формы, предназначенный для образо-
вания в отливке отверстия, полости или иного сложного контура. В
крупных и сложных литейных формах стержнями часто выполняют
каналы литниковой системы. Стержни из песчаной смеси, использу-
емые только один раз, называют разовыми. В ряде случаев (преи-
мущественно при литье в кокили) применяют многократно использу-
емые металлические стержни.
В единичном и отчасти мелкосерийном производствах разовые
стержни изготовляют обычно вручную (рис. 1.4). Перед изготовлением
первого стержня проверяют наличие и исправность отъемных частей
стержневого ящика, легкость их извлечения и правильность сборки.
Рабочие поверхности деревянного стержневого ящика 2, окрашенные
ранее нитролаком, смазывают во избежание прилипания к ним смеси
следующим составом (мае. %): 30 - хлористого кальция, 65 — воды и
5 — ДС-РАС. Чаще для этих целей используют керосин. Для упрочнения
выступающих частей стержня в смесь вдавливают стальные крючки 3
или размещают их в стержневом ящике еще до заполнения его. В частич-
но заполненный стержневой смесью ящик вдавливают торцы металли-
ческого каркаса 7, предварительно смазанного глинистой суспензией
(рис. 1.4,а). При этом торцы каркаса должны находиться на расстоянии
10—40 мм от рабочих поверхностей стержня.
Каркас в сочетании с крючками является арматурой, повышающей
прочность стержня. В мелких по размеру стержнях, а также в стержнях,
изготовленных по нагреваемой оснастке (см. гл. 5), каркасы не
применяют.
Для мелких и сложных по форме, а также практически для всех
средних (по размерам) стержней из обычных песчаных смесей, подвер-
гаемых тепловой сушке, используют каркасы, изготовленные из различ-
ной по диаметру отожженной стальной проволоки (см. § 5.3 ).
Для простановки в форму краном или другим грузоподъемным уст-
ройством стержень должен иметь от одной до четырех петель (весок).
Вески выполняют из толстой стальной проволоки и еще до формовки
стержня прикрепляют к каркасу, размещая их в верхней части стержня
на 10—20 мм ниже поверхности стержня.
Газопроницаемость средних и крупных стержней часто увеличивают
заполнением их пористым материалом. Для образования полости под
пористый наполнитель 6 (рис. 1.4, б) в стержневой ящик устанавливают
16
е)
Рис. 1.4. Схема изготовления разового песчаного стержня в неразъемном стержне-
вом ящике с отъемными частями:
а - установка в ящик металлического каркаса, б - установка в полость стержня
модели и заполнение ящика смесью, в - заполнение полости стержня пористым
наполнителем и верхней части смесью, г - наложение на ящик сушильной плиты,
д — поворот ящика вместе с сушильной плитой и стержнем на 180° и снятие короб-
ки, е — отделение стенок от стержня; 1 - металлический каркас, 2 - стержневой
ящик, 3 - стальные крючки, 4 - модель для образования полости в стержне, 5 -
вентиляционные каналы, 6 - пористый наполнитель, 7 - сушильная плита, 8 - ко-
робка стержневого ящика, 9, 10 - боковые отъемные стенки
< н >’ 'Л1О t а ц
РАВНОМ*
модель 4, а пространство между стенками ящика и моделью заполни-/
ют стержневой смесью, которую затем уплотняют. После этой опер^
ции удаляют модель 4 и со стороны образовавшейся полости в направ-
лении к стенкам ящика душником накалывают вентиляционные
каналы 5, которые на 10—20 мм не должны доходить до стенок ящика.
Далее полученную полость заполняют пористым наполнителем 6, а
оставшуюся верхнюю часть ящика заформовывают стержневой смесью
(рис. 1.4,в). Сверху на ящик накладывают сушильную плиту 7 (рис.
1.4,г), поворачивают ящик вместе с сушильной плитой на 180°, сни-
мают коробку 8 ящика (рис. 1.4,д) и после обстукивания стенок 9 и 10
(рис. 1.4, е) их отделяют от стержня. Далее осматривают стержень,
исправляют возможные повреждения, отделывают при необходимости
поверхность стержня и покрывают его водной или самовысыхающей
противопригарной краской, после чего помещают стержень в сушильную
печь.
Температура сушки стержней в значительной мере зависит от типа
связующего и считается оптимальной для патоки 425—440 К, канифо-
ли — 410—430 К, декстрина и сульфитно-спиртовой барды — 430-450 К,
пековой эмульсии — 473—496 К, масляного связующего — 476—526 К,
глинистых связующих — 570—630 К и т.д. Уменьшение рекомендуемых
температур приводит к увеличению продолжительности сушки, а увели-
чение их на 30 и более градусов может привести к выгоранию связую-
щего и разупрочнению (осыпанию), а иногда и разрушению стержня.
Продолжительность сушки определяется главным образом массивностью
стержня и может колебаться от 1 до 24 ч и более. Высушенный стер-
жень охлаждают и при необходимости исправляют дефекты, после чего
зачищают на кондукторах с помощью рифелей. В ряде случаев, чаще
всего при производстве стальных отливок, стержни еще раз покрывают
противопригарной краской.
Приведенный процесс изготовления стержней связан с сушкой, а это
процесс длительный и трудоемкий. Поэтому в современной практике
стержни часто изготовляют на машинах и автоматизированных комплек-
Рис. 1.5. Технология изготовления разовой песчаной литейной формы по неразъем-
ной модели в двух парных опоках:
а ~ установка неразъемной модели, б - заполнение нижней опоки формовочной
смесью, в - уплотнение формовочной смеси в нижней опоке, г - накалывание вен-
тиляционных каналов, д - поворот нижней половинки формы на 180° и установка
ее на плац, е ~ установка по штырям на нижнюю опоку верхней и нанесение на мо-
дель разделительного покрытия, ж - нанесение разделительного покрытия на плос-
кость разъема формы, з — прорезка в верхней половине формы литниковой чаши
и извлечение модели стояка, и - прорезание каналов питателей и шлакоуловителя,
к, л - отделка нижней полости формы, м - сборка формы по штырям и наложение
на нее груза, н - отливка с элементами литниковой системы; 1 - подмодельный
щиток, 2 - неразъемная модель, 3 - опока, 4 - лопата, 5 - формовочная смесь,
6 - трамбовка, 7 - душник, 8 - мешочек с ликоподием, 9 - верхняя опока,
10 - штырь центровочный, 11 - сито, 12 - модель стояка, 13 - полость литнико-
вой чаши, 14 - гладилка, 15 - подъем, 16 - полость нижней половинки формы,
17 — груз, 18 - отливка с элементами литниковой системы
18
сах с использованием как обычных, так и различных само- и быстро-
твердеющих смесей.
Изготовление литейных форм. Разовые песчаные формы, т.е. формы,
используемые для заливки их расплавом только один раз, формуют
в основном на машинах или с использованием их, на автоматах, автома- f
тических линиях и комплексах. В отдельных случаях, а также в единич-
ном производстве применяют ручную формовку, которая наиболее
полно отражает процесс изготовления разовой литейной формы (рис.
1.5). Формовку в парных опоках по неразъемной модели выполняют в
такой последовательности:
устанавливают на подмодельный щиток 1 очищенную от смеси и
покрытую разделительным составом неразъемную модель 2 (рис. 1.5, а)
и опоку 3, представляющую собой жесткую металлическую рамку,
предназначенную для уплотнения в ней смеси;
припудривают модель 2 отливки ликоподием или тальком (крупные
модели сухим песком) и насыпают в опоку через сито или без него слой
(20-50 мм) облицовочной формовочной смеси, а затем лопатой 4 слой
(50-80 мм) наполнительной формовочной смеси 5 (рис. 1.5,£), после
чего уплотняют смесь (рис. 1.5, в) трамбовкой 6 вдоль стенок опоки,
переходя в конце уплотнения к ее середине;
оставшийся объем опоки заполняют с избытком наполнительной
формовочной смесью, трамбуют ее и срезают излишек смеси;
душником 7 в нижней полуформе в шахматном порядке накалыва-
ют вентиляционные каналы (рис. 1.5,г) так, чтобы они на 10—20 мм не
доходили до модели;
нижнюю полуформу вместе с моделью отливки поворачивают на
180° и устанавливают ее на формовочный плац (рис. 1.5,д);
на нижнюю опоку по штырям 10 устанавливают верхнюю опоку 9,
модель отливки припудривают тальком из мешочка 8 (рис. 1.5,е), а
плоскость разъема формы через сито 11 (рис. 1.5,ж) — тонким слоем
сухого песка;
устанавливают модель стояка 72, наносят слой облицовочной смеси,
формуют верхнюю полуфррму аналогично нижней;
в верхней полуформе вырезают литниковую чашу 13 (рис. 1.5, з),
извлекают модель стояка, снимают верхнюю полуформу с нижней,
поворачивают ее на 180° и отставляют в сторону;
с плоскости разъема формы щеткой сметают разделительное покры-
тие и гладилкой 14 прорезают питатели литниковой системы (рис.
1.5,ц); вырезают шлакоуловитель в верхней полуформе;
в модель отливки ввинчивают (или вбивают) подъем 15 и после
обстукивания извлекают модель из формы (рис. 1.5, к);
рабочую полость нижней полуформы (рис. 1.5, л) при необходимо-
сти отделывают, накладывают на нее по штырям верхнюю полуформу,
укладывают на собранную форму груз 17 (рис. 1.5,jw) и заливают в
нее расплав. На рис. 1.5,н показана отливка 18 с элементами литнико-
вой системы.
20
Далее от отливки отделяют элементы литниковой системы, очищают
и зачищают ее и после установленного контроля отправляют на склад.
Влажные формы при контакте с расплавом, особенно сталью, бурно
выделяют газы и пары влаги, которые могут прорваться через тонкую
малопрочную корочку сплава и привести к возникновению в отливке
газовых раковин и пор. Кроме того, влажные формы имеют малую проч-
ность, что может стать причиной искажения геометрии отливки, а в ряде
случаев привести к неисправимому браку. Поэтому формы для круп-
ных и средних по массе стальных и частично чугунных отливок подвер-
гают полной или поверхностной сушке. Процесс сушки форм аналоги-
чен процессу сушки стержней и практически всегда длителен и энерго-
емок. В настоящее время разработаны и широко применяются техноло-
гические процессы изготовления форм, например, из ЖСС, ХТС, ПСС,
в которых процесс сушки исключен (см. § 5.3).
1.5. ЗАВЕРШАЮЩИЕ ПЕРЕДЕЛЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК
Приготовление расплава. Расплав требуемого химического состава
(см. § 8.6—8.10) и заданной температуры получают в плавильном агре-
гате, для чего предварительно приготовляют шихту — смесь матери-
алов (металлы, флюс, топливо), составленную в определенной пропор-
ции для переработки в металлургических печах.
Основу металлической шихты для приготовления большинства
литейных сплавов составляют первичные (чушковые) и вторичные (ме-
таллический лом, стружка) материалы, а также отходы собственного
производства (литники, брак, всплесы). Например, для приготовления
расплава чугуна металлическая шихта обычно включает чушковый
литейный и передельный чугун, литники и бракованные отливки, чугун-
ный и стальной лом, а иногда и металлическую стружку.
Плавку чугуна чаще всего производят в вагранках и реже в
электрических печах главным образом в индукционных тигельных
промышленной частоты типа ИЧТ-6 и ИЧТ-10 и др. В современных
литейных цехах вместо старых вагранок применяют ваграночные комп-
лексы моделей 95111—95115 с часовой производительностью расплава
соответственно от 4—6 до 25—50 т. В состав таких комплексов входит
коксогазовая вагранка закрытого типа, которая снабжена системой
подогрева дутья до 673-873 К за счет рекуперации отходящих газов,
а также системой очистки отходящих ваграночных газов. Однако исполь-
зование электроагрегатов более предпочтительно, так как они позволяют
получать расплав точного химического состава с минимальным содер-
жанием серы (вредной примеси). Для плавки в электроагрегатах можно
использовать дешевую металлическую стружку и другие легковесные
металлоотходы, а также металлизованные окатыши, не содержащие
вредных примесей (серу и фосфор).
Расплав для производства отливок из ковкого чугуна готовят в
электрических печах или дуплекс-процессом, т.е. производят
21
плавку последовательно в двух агрегатах, например вагранке и электри-
ческой печи. Расплав для отливок из высокопрочного чугуна или чугуна
с вермикулярным графитом получают в плавильных агрегатах с основ-
ной футеровкой, которая способствует максимальной десульфурации
(обессериванию).
Сталь чаще всего плавят в дуговых электропечах типа ДСП с факти-
ческой вместимостью от 7 до 50 т. Если необходимо получить высоко-
качественный расплав в малом количестве, обычно используют плавиль-
ные агрегаты тигельного типа, работающие на различной частоте индук-
ционного тока. Тигельные печи используют и для плавки сплавов цвет-
ных металлов.
Полученный расплав из плавильного агрегата обычно переливают
в ковш (реже в миксер). Из ковша расплав заливают в формы или в
более мелкие раздаточные ковши, а из последних в формы. В автомати-
зированных цехах расплав из ковшей заливают в дозаторы, а из послед-
них в автоматическом режиме с дозированием по массе в формы. Боль-
шинство расплавов перед выдачей их в ковш или в ковше раскисляют,
иногда дегазируют и модифицируют.
Раскисление металлов и сплавов — это удаление из расплава
(главным образом стали) растворенного кислорода введением хими-
ческих элементов, образующих устойчивые соединения с ним.
Расплав из плавильного агрегата выпускают с перегревом над точкой
плавления. Этот перегрев должен обеспечить заливку формы без недоли-
вов и неспаев, а также компенсировать неизбежное уменьшение темпе-
ратуры расплава при его переливах из плавильного агрегата в ковш и из
последнего в форму или через промежуточный раздаточный ковш или
дозатор.
Заливка форм. Заливка — операция, при которой приготовленный
расплав требуемого химического состава и заданной температуры
заливают в форму непосредственно из ковша и реже из дозатора или
заливочной машины. При заливке необходимо максимально приблизить
носок ковша или заливочной машины к чаше литейной формы. Расплав
в форму должен заливаться непрерывно, плавной струей так, чтобы
литейная чаша была постоянно заполнена не менее чем на две трети
ее объема. Заливку расплава прекращают после появления его в
выпоре.
Для заливки форм используют ручные и крановые ковши. Ручные
ковши вместимостью до 10 кг бывают одноручные, до 60 кг — двуруч-
ные. Их переносят от плавильного агрегата или раздаточного ковша
один или два человека. Ковши вместимостью свыше 60 кг и до 100 т
доставляют к месту заливки краном, а вместимостью до 500 кг иногда
по монорельсу.
Крановые ковши с целью отделения шлака от расплава чугуна и
стали часто снабжают в районе носка перегородкой. Такие ковши назы-
вают чайниковыми. Они имеют вместимость до 850 кг. Применяют
также барабанные ковши вместимостью 400—800 кг. Для производства
22
стальных отливок массой свыше 1 т применяют стопорные ковши.
Они имеют отверстие для выдачи расплава в дне, перекрываемое сто-
пором (см. § 8.6).
Перед заполнением форм расплавом ковш подогревают до 473—
873 К. В ряде случаев осуществляют модифицирование расплава, напри-
мер при литье отливок из чугуна с вермикулярной или шаровидной
формой графита.
С залитого в ковш расплава счищают шлак и производят заливку
формы. При этом чем тоньше и протяженнее стенки изготовляемой
отливки, тем выше должна быть температура перегрева расплава. По-
этому в пределах одного сплава для тонких и массивных по толщине
стенок устанавливается разная температура заливки. Например, для
отливок из серого чугуна — 1490—1670 К, углеродистых и низколегиро-
ванных сталей — 1670—1710 К, оловянных бронз — 1400—1480 К и
алюминиево-кремниевых сплавов — 950—1050 К.
Важной характеристикой процесса заливки является скорость по-
ступления расплава в форму. Чтобы создать условия направленного
затвердевания и исключить (или уменьшить их размеры) усадочные
раковины и поры, желательно обеспечить минимальную скорость за-
полнения формы расплавом. Однако очень медленный подъем уровня
расплава в полости формы может привести к образованию недоливов
и неспаев. Скорость подъема, а следовательно, и заливки расплава в
форму для разных сплавов и отливок устанавливают на основе практи-
ческого опыта.
Охлаждение отливки. Охлаждение — процесс выдержки (затверде-
вающей и затвердевшей) отливки в форме до температуры, при кото-
рой ее можно выбить из формы без нарушения геометрии, коробления
и нежелательного изменения структуры металла.
Во всех случаях лучше, если отливка в форме охладится до ком-
натной температуры. Однако на охлаждение отливок до комнатной
температуры, особенно крупных по массе, затрачивается много времени,
при этом нерационально используются и производственные площади.
Поэтому практически все отливки охлаждают до относительно высокой
температуры: например, чугунные тонкостенные — до температуры не
выше 670 К, средней сложности и со средней толщиной стенки — не
выше 770 К, толстостенные — не выше 870 К; стальные отливки охлаж-
дают до 470—1070 К и т.д.
Выбивка отливок. Выбивка отливок — это процесс удаления затвер-
девших и охлажденных до определенной температуры отливок из разо-
вых литейных форм. Температуру отливки перед выбивкой определяют
косвенно по продолжительности ее охлаждения в форме. Поэтому любая
отливка из формы может быть выбита только после истечения заданного
времени.
Перед выбивкой средних и крупных по массе чугунных отливок от
них отламывают чаши и выпора. Раскрепляют парные опоки или снимают
с них грузы.
23
Для выбивки отливок из форм, а стержней из отливок широко ।
используют различное по действию и грузоподъемности оборудование,
например решетки выбивные инерционные моделей 31211-31219 грузо- 1
подъемностью (по массе отливок) от 10 до 400 кг; решетки выбивные
транспортирующие моделей 31241—31255 грузоподъемностью от 16 до
100 кг; барабаны для выбивки и охлаждения отливок и смеси моделей
31810—31817 грузоподъемностью от 2,5 до 60 кг. Выбивка отливок на
этих машинах осуществляется за счет вибраций и вращений литейной $
формы, в результате которых она разрушается, а формовочная смесь
отделяется от отливки. При этом часто от нее отламываются элементы г
литниковой системы, а в ряде случаев удаляются и стержни. Однако
многие стержни имеют высокую прочность и даже после механического
воздействия на отливку в процессе выбивки остаются в ней. Поэтому
для выполнения такой трудоемкой операции используют различные уста-
новки для электрогидравлического удаления стержней из отливок и
очистки их от остатков отработанной формовочной смеси; например,
установки моделей 36121А — 36216 с наибольшей массой загружаемых
отливок от 2,5 до 40 т и аналогичные по назначению гидравлические
камеры периодического действия моделей 37113—37126 с площадью
рабочей камеры от 4,5X4,5 до 12X6 м. Вода, подаваемая на отливку
струей диаметром 4—8 мм и давлением 10—20 МПа, вымывает из нее
даже стержни, изготовленные на таком связующем, как жидкое стекло.
При этом происходит и частичная очистка отливок от остатков формо-
вочной смеси.
Очистка отливок. Для очистки мелких и частично средних по массе
отливок (до 40 кг) применяют барабаны галтовочные периодического ,
действия модели 41114 и непрерывного действия модели 41212. В них
отливки очищаются за счет трения и соударения друг о друга. Для повы-
шения эффективности очистки в барабаны модели 41114 вместе с отлив-
ками загружают специально отлитые угловатые звездочки из отбелен-
ного чугуна.
Для очистки отливок применяют также камеры и барабаны дробе-
метные периодического и непрерывного действия различных конструк-
ций, в которых поверхности отливок очищаются под действием ударов
стальной или чугунной дроби.
В настоящее время очистку крупных и средних по массе отливок
часто производят электрохимическим способом. Он основан на катод-
ном восстановлении оксидов железа из пригара и окалины в нагретом
до 720—770 К электролите под напряжением постоянного тока 5—15 В.
В этом случае анодом служит стальная ванна, а катодом — очищаемая
одна или несколько отливок. Последние нагревают до 520 К и на штанге
или в корзине из стальной проволоки погружают в электролит. В каче-
стве электролита используют чистый NaOH или его смесь, состоящую из
80 % NaOH и 20 % КОН. Слой пригара и окалины разрыхляется в элект-
ролите за 25—60 мин, после чего отливку извлекают из ванны, промыва-
ют горячей водой и отправляют на последующую обработку. t
24
9 )
I
Обрубка отливок — это отделение от них элементов литниковой
системы, заливов по разъему литейной формы и неровностей поверх-
ности. Эту операцию производят пневматическими зубилами перед
очисткой или после нее. Угол наклона зубила к обрабатываемой поверх-
ности должен выдерживаться в пределах 30—35°.
Зачистка отливок — это механическая обработка их поверхностей
с целью обеспечения требований по качеству. Данное определение из
стандарта (ГОСТ 18169—86) недостаточно полно отражает суть зачистки,
так как многие средние и крупные по массе отливки зачищают кисло-
родно-ацетиленовыми горелками или резаками для поверхностной резки.
Для этой цели используют резаки с многофакельными мундштуками,
работающими при избыточном давлении кислорода — 0,5—0,6 МПа и
ацетилена — 0,02—0,05 МПа. Зачистку большинства отливок производят
абразивными кругами на переносных и стационарных шлифовальных
станках.
Контроль отливок. Отливки контролируют на соответствие их
стандартам и техническим условиям работники ОТК, а в ряде случаев
сотрудники Госприемки (см. § 12.3). Годные отливки отправляют
на термическую обработку, грунтование или склад.
Режимы термической обработки отливок применительно к их ко-
кильному производству по основным сплавам приведены ниже (см. 8.6-
8.8). При этом термическую обработку устанавливают в зависимости
от сплава и конструкции отливки.
Грунтование — процесс покрытия чугунных и стальных отливок
краской, которая предотвращает их коррозию и придает им лучший
товарный вид. Если отливки сразу отправляют на механическую обработ-
ку, то, как правило, грунтование не выполняют.
Часть дефектных отливок исправляют в литейном цехе и далее
их сдают как годные. Способы исправления и дефекты, отливок рас-
смотрены ниже (см. § 12.2).
1.6. РОБОТИЗИРОВАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ЛИТЕЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
В настоящее время в промышленное производство широко внедря-
ются автоматические манипуляторы и промышленные роботы. Мани-
пулятор — это механизм, осуществляющий под управлением опера-
тора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.
ILp омы шлейный робот представляет собой автоматический
программно-управляемый манипулятор, выполняющий рабочие опера-
ции со сложными пространственными перемещениями.
Внедрение автоматических манипуляторов и промышленных робо-
тов особенно актуально для автоматизации процессов литейного про-
изводства, характеризующихся высокой трудоемкостью, монотон-
ностью, значительными затратами физического труда, а в ряде случаев
и неблагоприятными условиями работы.
25
Наибольший экономический и социальный эффект достигается при
использовании роботизированных систем машин и технологических
комплексов. Роботизированный технологический комплекс представ-
ляет собой совокупность технологических, вспомогательных, транспорт-
ных машин и промышленных роботов, обеспечивающих автоматическое
изготовление изделий. В роботизированную систему машин входят не-
сколько роботизированных комплексов, применение которых в литей-
ном производстве обеспечивает повышение производительности труда
в 2-5 раз по сравнению с хорошо организованным механизированным
производством. Кроме того, резко повышается качество отливок и уст-
раняется дефицит в рабочей силе, особенно на таких тяжелых работах,
как обрубка, зачистка и шлифование отливок.
Роботизированные технологические комплексы широко применяют
для комплексной автоматизации различных литейных процессов, на-
пример литья в разовые песчаные формы; изготовления песчаных стерж-
ней, очистки и обрубки отливок; литья в кокили, по выплавляемым
моделям и особенно под давлением; их используют и при рентгенов-
ском, радиоизотопном контроле отливок.
На рис. 1.6 приведен роботизированный технологический комплекс,
предназначенный для автоматического изготовления нижних и верхних
полуформ на серийно выпускаемых формовочных машинах: машина 4
предназначена для изготовления нижних полуформ 10, машина 1 — для
изготовления верхних полуформ 9. Промышленный робот 2 осущест-
вляет попеременную передачу полуформ от машин на литейный конвей-
ер 6 и пустых опок к машинам схватом 7. Формовочная машина 4 снаб-
жена поворотным устройством 5, служащим для кантования полу-
форм, вытяжки модели и выдачи полуформ на приемные ролики 3. Для
контроля целостности отпечатка полуформ предусмотрены специальное
устройство и автоматический маркировщик 8, наносящий метки на бра-
кованные полуформы.
Технологический процесс, заложенный в программу роботизиро-
ванного комплекса, включает следующие операции; подачу пустой
опоки на стол формовочной машины для изготовления нижней полуфор-
мы, обдув и опрыскивание модели разделительным флюоресцирующим
составом, уплотнение смеси встряхиванием с допрессовкой, кантование
полуформы и протяжку (извлечение) модели, захват полуформы и пере-
дачу ее промышленным роботом на литейный конвейер, захват пустой
опоки и передачу ее на формовочную машину для изготовления верхней
полуформы, изготовление верхней полуформы и передачу ее на литей-
ный конвейер, бесконтактный контроль качества и целостности отпе-
чатка полуформы.
Промышленный робот расположен между формовочными машинами
и совершает маятниковые движения между ними в пределах зоны обслу-
живания. Цикл его работы составлен так, что, когда происходит изготов-
ление полуформы на одной машине, он выполняет подачу и манипули-
рование с полуформой и пустой опокой для другой машины.
26
Рис. 1.6. Роботизированный технологический комплекс машинной формовки:
1 - формовочная машина для изготовления верхних полуформ, 2 - промышлен-
ный робот, 3 - приемные ролики, 4 - формовочная машина для изготовления ниж-
них полуформ, 5 - поворотное устройство, 6 - ленточный конвейер, 7 - схват
промышленного робота, 8 - специальное контрольное устройство и автоматичес-
кий маркировщик бракованных полуформ, 9 - готовая верхняя полуформа,
10 - готовая нижняя полуформа, 11 - пустая опока
Возможна также компоновка роботизированного комплекса с дву-
мя конвейерами: одного — для пустых опок, а другого — для готовых
полуформ.
Роботизированные технологические комплексы оснащены микро-
процессорами и ЭВМ; в них автоматизированы процессы контроля и
управления технологическими параметрами (скоростью, давлением,
твердостью, плотностью, температурой, заполняемостью форм), а также
контроль за состоянием и работой оборудования, числом отработанных
циклов и др. В стадии внедрения в производство находятся роботизи-
рованные технологические комплексы с искусственным зрением, что
значительно расширяет их технологические возможности на всех стадиях
производства отливок различными способами.
27
Контрольные вопросы
।
। *
1. Рассмотрите процесс изготовления отливки в разовой песчаной форме в
парных опоках.
2. Что входит в модельный комплект и каково назначение его элементов?
3. Из чего состоят и как приготавливают формовочные и стержневые
смеси?
4. Назовите основные завершающие переделы изготовления отливок.
5. Что такое манипулятор, промышленный робот и где их применяют при I
литье отливок? i
6. В каких случаях для подготовки производства отливок может быть исполь- «
зована система автоматизации проектных работ (САПР) ?
2. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ
2.1. ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ И ВЫЖИГАЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Литье по выплавляемым моделям. Этот специальный способ литья
применяют для производства отливок сложной конфигурации и высокой
размерной точности (лопатки газовых турбин с тонкими каналами для
охлаждения, челноки швейных машин, многие отливки деталей прибо-
ров и электродвигателей, режущий сложный инструмент и др.) из любых
сплавов, в том числе высоколегированных и жаропрочных сталей. Этим
способом производят отливки массой от нескольких граммов до 10 кг,
а иногда и более (художественное литье и др.), с толщиной стенок и от-
верстиями до 0,5 мм. Очень часто для производства отливок используют
сплавы с высокой температурой плавления, а также практически не
поддающиеся механической обработке и ковке из-за высокой твердости.
Производство таких отливок особенно эффективно, когда требуемую
деталь очень трудно или практически невозможно изготовить механи-
ческой или другими способами обработки. Особенностью литья по вы-
плавляемым моделям является использование точных неразъемных
форм, которые получают по разовым выплавляемым моделям.
Технологический процесс изготовления отливки по выплавляемым
моделям показан в виде схемы на рис. 2.1. Как правило, литейный завод
или цех получает от заказчика чертеж литой детали. На основе ее разра-
батывают чертеж отливки, а для получения выплавляемой модели —
чертеж пресс-формы.
Выплавляемые модели изготовляют в стальных или алюминиевых
и относительно редко в пластмассовых и гипсовых пресс-формах. Чаще
всего пресс-форма состоит из двух частей — матриц с вертикальным или
горизонтальным разъемом. Плоскости разъема и их число выбирают из
условий создания быстрого и удобного изготовления моделей.
Рабочие полости пресс-формы должны обеспечивать получение вы-
плавляемых моделей, а по ним отливок с заданной размерной точностью
и требуемой шероховатостью поверхности. Отверстия в моделях полу-
чают с помощью подвижных и неподвижных металлических стержней.
28
** '%’>»»
Пресс-форма может предназначаться для получения в ней одной
выплавляемой модели с питателем (одногнездная пресс-форма) или
звена моделей с литниковой системой (многогнездная пресс-форма).
В пресс-форме предусмотрены литниковая система для ее заполне-
ния модельным составом и вентиляционная система для удаления возду-
ха из рабочей полости. Отдельные пресс-формы имеют систему водяного
охлаждения их матриц. Точная фиксация матриц при сборке обеспечи-
Разработка технологии
производства отливки
'"'"У -----'
Составление чертежа
отливки
.....................
Составление чертежа
модели
_ Z3L . ,.737"
составление чертежа
пресс- формы
£
I
Изготовление
модельного
состава
Изготовление
моделей
стояков
£
Изготовление пресс-формы
изготовление выплавляв -
мых моделей
Сборка выплавляемых мо-
делей о блоки
Нанесение огнеупорного пок-
рытая и его сушка
Выплавление модельного состава
Прокаливание оболочки
блока
Формовка Полочки блока
в наполнителе
заливка в формы
расплава
Охлаждение отливок В фор-
ме и выбивка блока
Ьчистка блока отливок
от керамики
Отделение отливок от
стояка
Исправление
отливок
Выщелачивание остатков
керамики 6^ отливках
I Термообработка отливок |
Составляющие суспензии и огнеупорного покрытия 1
Приготовление суспензии и покрытия
Шихтовые материалы
Приготовление расплава
Литники и ме- таллоотходы
4
Окончательный брак отливок
Контроль качества
отливок
** Склад готовых отливок
В механический цех
Рис. 2.1. Схема изготовления отливок по выплавляемым моделям
29
вается направляющими штырями. Открывание и запирание пресс-формы
может осуществляться ручным, механическим и пневматическим уст-
ройствами. Модель или звено моделей из пресс-формы удаляется систе-
мой толкателей.
Изготовленная пресс-форма перед началом работы должна быть
отлажена и испытана. Для этого используют стенд для отладки пресс-
форм модели 655. На нем проверяют плотность смыкания матриц, гер-
метичность рабочей полости и системы охлаждения пресс-формы, работу
толкателей и точность полученной выплавляемой модели или звена.
Для приготовления моделей и элементов ее литниковой системы
в разное время применялись более двухсот выплавляемых модельных
составов. В период внедрения данной технологии использовались пре-
имущественно парафиностеариновые выплавляемые составы типа ПС
50-50 (50 % парафина и 50% стеарина). Все модельные составы по
различным признакам разделены на семь групп:
1. Воскообразные выплавляемые составы ПС 50-50, ПСЭ 70-25-5;
ПЦБКо 70-12-13-5; ПЦПэв 62-25-13; ПБПсм 60-25-15, ПБТэ 25-35-35-5.
2. Составы на основе натуральных и синтетических смол с добавками
воскообразных и других компонентов КПсЦ 50-30-20; КЦПэБи
80-18-1, 6-0,4.
3. Водорастворимые составы КбБк 98-2; КбНк 90-10 и др.
4. Легкоплавкие металлы и сплавы (применяются редко).
5. Термопласты компактные и вспенивающиеся, удаляемые из
форм выжиганием (полистирол блочный, полистирол суспензионный,
вспенивающийся, например, ПСВ-ЛД) и др.
6. Модельные составы, представляющие собой смеси или сплавы
составов различных групп.
7. Выплавляемые составы с твердым наполнителем РМ (смесь
расплава Р-3 с порошком карбамида) и др.
Основными составляющими модельных составов являются парафин,
церезин, буроугольный воск, торфяной воск, стеарин, канифоль, карба-
мид, полистирол, нитрид натрия и др.
Из-за дефицитности и малой температуры размягчения стеарин в
модельных составах применяют редко и только как малую часть смеси.
Чаще всего используют составы с повышенной температурой размягче-
ния и высокой прочностью при комнатной температуре. Например, для
производства корпусных точных отливок часто применяют модельный
состав МВ (50 % — ПБТТэ 25-35-35-5 (ВИАМ-102) и 50 % — техническая
мочевина). Для приготовления модельных паст применяют установку
модели 652А производительностью 0,5 м3/ч или автомат модели 61701
производительностью 0,2 м3/ч.
Процесс изготовления модели (или модельного звена)
состоит из подготовки к работе пресс-формы, заполнения ее рабочей
полости модельным составом, выдержки в пресс-форме модельного
состава для затвердевания модели, разъема пресс-формы и выталкива-
ния из нее модели.
30
Подготовка пресс-формы к работе заключается в очистке и смазке
поверхностей рабочей полости разделительным составом (раствор кас-
торового масла в спирте; раствор чистого машинного масла в керосине;
эмульсии из трансформаторного масла и т.д.). Смазку пресс-формы
производят тонким слоем через одну или две запрессовки.
Заполнение пресс-формы модельным составом осуществляют сво-
бодной заливкой (применяется редко), заливкой под давлением и за-
прессовкой пастообразного состава (применяется часто).
Способы свободной заливки и под давлением обычно применяют
для изготовления пустотелых и реже сплошных выплавляемых моделей.
При изготовлении пустотелых моделей избыток модельного состава
выливается из модели. Такие модели чаще всего используют для получе-
ния художественных отливок.
Давление на модельный состав передается сжатым воздухом и
поршнем. Для запрессовки применяют рычажные, винтовые, пневмати-
ческие и гидравлические прессы. Затвердевание модельной массы под
давлением уменьшает усадку модели и тем самым способствует получе-
нию более точной отливки. Запрессовка пастообразного состава может
осуществляться ручным (мелкосерийное производство) и автоматичес-
ким шприцами.
В механизированных и автоматизированных цехах запрессовку мо-
дельных паст производят на механизированном или автоматизированном
оборудовании, которое одновременно совмещает операции по запрессов-
ке, охлаждению, раскрытию пресс-формы и выталкиванию из нее модели
(чаще модельного звена, состоящего из нескольких моделей и единой
литниковой системы). Для этих целей используют карусельный деся-
типозиционный автомат модели 653 (производительность 190—360
звеньев/ч в пресс-формах с максимальными наружными размерами до
240X240X240 мм), установку модели 6А54 (производительность до
250 звеньев/ч в пресс-формах размером до 440X250X200 мм), а также
новое оборудование, например полуавтоматическую линию на базе
машины модели 61031 (250 звеньев/ч в пресс-форме размером до
320X320X320 мм), автомат секционный модели 61101 с аналогичными
пресс-формами, автомат модели 61201 (400 звеньев/ч в пресс-формах с
размерами до 250X250X250 мм) и др.
Изготовленную модель выталкивают в холодную воду, где она
охлаждается, упрочняется и передается на сборку блоков. Перед сбор-
кой модели осматривают и при необходимости с них снимают облой. От
начала охлаждения модели до ее сборки в блок должно пройти не менее
2 ч, что достаточно для завершения ее усадки.
Для сборки моделей (или модельных звеньев) в блок при-
меняют отдельно изготовленный из модельного материала стояк с чашей.
Чтобы уменьшить расход модельного материала, используют готовый
выполненный из алюминиевого сплава каркас стояка с литниковой
чашей, на который методом окунания наносят слой (2—5 мм) модельной
массы.
31
На модель стояка нанизывают модельные звенья, а отдельные моде-
ли по разделу питатель—стояк припаивают к последнему. Для этого
применяют подогретые ножи или электропаяльники модели ЭТ-П.
Для изготовления керамической оболочки исполь-
зуют сметанообразную суспензию (основа ее гидрализованный раствор
этилсиликата, реже ацетон или жидкое стекло и др.) и наполнитель (раз-
молотый кварцевый песок, реже электрокорунд, оксид магния и др.).
Основой литейной формы является тонкостенная керамическая обо-
лочка, состоящая из 3—7, а иногда и из 12 слоев. Каждый составляющий
оболочку слой выполняют по следующей технологии. Блок моделей
окунают в суспензию и обсыпают мелкозернистым материалом, а затем
сушат. Для обсыпки первого слоя обычно применяют маршаллит или
мелкозернистый песок (кварцевый песок или электрокорунд). Песок
внедряется в суспензию на блоке моделей и создает скелет первого слоя
оболочки. Сушку слоя производят на воздухе (4—5 ч) или в парах
аммиака (10—20 мин).
В процессе сушки в оболочке происходят следующие процессы:
гидролиз полиэфиров связующего, которые являются продуктами
неполного гидролиза этилсиликата, испарение растворителя и воды,
коагуляция золя кремниевой кислоты сначала в студенистый гель, а
затем в твердое вещество; все это повышает прочность слоя оболочки.
Последующие слои оболочковой формы изготовляют по описанной
технологии. При формировании периферийных слоев оболочки часто
применяют менее качественное связующее и более крупный песок для
обсыпки.
Для выполнения этих операций применяют установку для приготов-
ления огнеупорного покрытия модели 661 (производительность 0,032-
0,09 м3/ч) или автомат модели 662А (производительность 0,125 м3/ч)
и др. Для окунания блоков в суспензию и их обсыпки песком применя-
ют автоматы модели 64506, 64507 и полуавтомат модели 6А63 (произво-
дительность 200 покрытий/ч каждого). Для ускоренной сушки слоев
оболочки применяют установку воздушно-аммиачной сушки блоков
модели 6А82 (производительность 200 блоков/ч).
Выплавление модельного состава из блока может производиться
нагретой до 363—368 К водой и паром (установка модели 672, произво-
дительность 200 блоков/ч) и реже нагретым воздухом или модельным
составом. Выплавленный модельный состав (95—98 % от массы материа-
ла блока) собирают и повторно используют. Модели из составов типа
КПсЦ (церезин 20 %, канифоль 50 %, полистирол 30 %) выплавляют
горячим воздухом при 473-493 К с предварительной сушкой опорного
наполнителя при 353—363 К. Карбамидные модели в оболочках раство-
ряют водой при температуре 363—368 К.
Оболочковые керамические форму после удаления из них модель-
ного материала прокаливают в опорном наполнителе или без него при
температуре 1173—1273 К. Во время прокаливания в оболочковой
форме выгорают остатки модельного состава, испаряется влага, удаля-
32
ются продукты неполного гидролиза и другие газотворные вещества.
Одновременно происходит спекание связующего с зернами наполнителя,
а в стенках оболочки образуются поры и микротрещины, что делает
форму газопроницаемой. Продолжительность прокаливания оболочки
в сухом наполнителе 4—6 ч, а без наполнителя 1—2 ч. Оболочки,
имеющие не менее четырех слоев, прокаливают без наполнителя.
Оболочки, прокаленные отдельно, размещают в опоках и засыпают
их нагретым наполнителем, после чего его уплотняют на вибростоле
модели 673 производительностью 100 блоков/ч. При заполнении опок
наполнителем чаши блоков форм закрывают, а перед заливкой в них'
расплава рабочие полости форм очищают от остатков золы и песка
эжектором.
Оболочки, выдаваемые из прокалочного агрегата в опоках, заливают
расплавом сразу без охлаждения, после чего охлаждают и выбивают
опоки. На вибростолах или специальных установках производят отделе-
ние керамики от блока отливок. Далее от отливки с помощью пресса
или фрезы обычного токарного станка отделяют стояк и передают от-
ливку при необходимости на выщелачивание остатков керамики.
Для выполнения перечисленных операций применяют установку
модели 67<для выбивки опоки, установки моделей 6А92 и 67101 для
отделения керамики, установку модели 67701 для отрезки отливок вул-
канитовым кругом, установку модели 67801 для обломки отливки от
стояка фильерой и др.
Для выщелачивания отливок используют автомат модели 6Б95.
Часто операцию выщелачивания совмещают с операцией термообработки
стальных отливок в нагретом до 1100—1240 К растворе щелочи.
Кроме перечисленных выше установок, машин и автоматов исполь-
зуют различные по уровню механизации и автоматизации линии, а в нас-
тоящее время и роботизированные технологические комплексы литья
по выплавляемым моделям, например автоматическую линию модели
66002 для обжига, формовки, заливки и охлаждения отливок в блоках;
автоматическую линию модели 67001 для отделения керамики формы от
отливок и отливок от стояка и др. Промышленные роботы в составе
роботизированных технологических комплексов используют для
формовки (обмазки, обсыпки, сушки) керамических оболочек блоков.
При этом на комплексе в заданном режиме выполняются автоматически
от 20 до 24 операций. Кроме того, соответствующие комплексы предназ-
начены для контроля работы оборудования, технологических процессов
и качества отливок.
Литье по выжигаемым моделям. Все модельные составы из оболоч-
ковой керамической формы можно выжигать. Такая технология приме-
нялась при литье художественных отливок. Однако в современной
практике практически всегда все модельные выплавляемые составы
выплавляют и реже удаляют способом растворения.
Процесс выжигания (газификации) используют только для моделей
из пенополистирола. В этом случае на изготовленный из пенополистирола
2-1613 33
блок (стояк с моделями) наносят, как и при литье по выплавляемым
моделям, керамический слой. Далее из формы с опорным наполнителем
или без него выжигают (газифицируют) расплавом пенополистирол,
получая отливку по технологии, рассмотренной ниже (см. 2.3).
2.2. ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ
Изготовление оболочковых форм и стержней основывается на свой-
стве термореактивных смол при нагреве до определенной температуры
размягчаться, становиться вязкими, а затем с повышением температуры
необратимо затвердевать и прочно связывать между собой зерна напол-
нителя.
Литьем в оболочковые формы изготовляют преимущественно плос-
кие отливки (крышки, фланцы, плиты и т.д.) повышенной размерной
точности и с высоким качеством поверхности из любых сплавов с мас-
сой обычно не более 15 кг, а в отдельных случаях и больше. Целесооб-
разность такого способа производства отливок определяется возмож-
ностью его комплексной механизации и автоматизации, более чем
15-кратным сокращением расхода песка по сравнению с расходом его
на песчаную форму и уменьшением трудоемкости изготовления отли-
вок. К недостаткам такой технологии относят высокую стоимость
и дефицитность термореактивных смол, а также образование газовых
выделений от сгорания смол при формировании отливок.
Последовательность производства отливок в оболочковые формы
показана на рис. 2.2. Разработка чертежа отливки по сравнению со спо-
собом их изготовления в обычной песчаной форме предусматривает ее
получение по 5-му классу точности, с минимальными припусками на
механическую обработку и 2—5-м классами шероховатости.
В модельный комплект всегда входят две модельные плиты, цельная
или разъемная модель (модель может быть одна или несколько), модель
элементов литниковой системы, наполнительная рамка и иногда стержне-
вой ящик. Для изготовления моделей чаще всего используют чугун СЧ20
и сталь 35 Л или аналогичную конструкционную сталь. Все эти материалы
имеют минимальный коэффициент теплового расширения.
В качестве наполнителя формовочной смеси чаще всего
используют пески марок 1К01, 1К02 и 1К0063А; реже цирконовые и
оливиновые пески, электрокорунд и другие огнеупорные материалы,
а в качестве связующего — чаще всего термореактивную фенолофор-
мальдегидную и реже мочевино-формальдегидную смолы. Эти смолы
при нагреве расплавляются, а затем необратимо затвердевают. Для
изготовления смесей на основе связующего ПК-104 применяют смолу
104, а также более дешевую смолу 18 в составе связующего ПС-1.
Смесь состоит из 100 частей мелкого песка, 5—8 частей пульвербакели-
та типа ПК-104 или ПС-1. В состав смеси также вводят увлажнитель-
растворитель: фурфурол, эфироальдегидную фракцию (0,7—2 части)
и др.
34
Рис. 2.2. Схема изготовления отливок в оболочковых формах
Процесс приготовления смеси мало отличается от процесса приготов-
ления песчано-глинистых смесей и осуществляется на том же смесепри-
готовительном оборудовании. Для уменьшения содержания в смеси свя-
зующих до 3—4 % и лучшего сцепления зерен песка при формовании
оболочки чаще всего применяют плакированные смеси. Сущность плаки-
рования заключается в том, что нагретый до 423—433 К песок в горячем
состоянии смешивают со смолой 104 или 18. В этом случае связующее
обволакивает тонкой пленкой зерна наполнителя, что обеспечивает
получение более прочных оболочковых форм. В качестве увлажнителей
могут использоваться парафин (0,2—0,5 % от массы смеси), керосин
(0,25—0,5 %), пирополимеры (0,5 %), озокерит (0,5 %) и др.
Чтобы исключить прилипание оболочковой формы к на-
гретой модельной оснастке, последнюю покрывают разделительным
составом. С этой целью часто используют кремнийорганические жидко-
сти на основе силиконового каучука. Синтетический кремнийорганичес-
кий термостойкий каучук СКТ применяют в виде 2,5—4 %-ного раствора
в уайт-спирите (тяжелый бензин), называемого СКТ-Р. Последний нано-
сят на модельную оснастку через каждые 15—20 съемов оболочек. При-
меняют также и разделительные составы СКТ-2, СКТ-3 и др.
На нагретую электронагревателем до 470—570 К модельную плиту
с моделями наносят разделительный состав, а рабочую площадь плиты
ограничивают наполнительной рамкой, после чего осуществляют нанесе-
ние формовочной (обычно плакированной) термореактивной смеси на
модельную плиту. Эта операция может осуществляться свободной на-
сыпкой смеси (бункерный способ), рамочным способом и реже песко-
дувным способом. Во всех случаях в течение 15—20 с смесь над модель-
ной плитой прогревается на 7—8 мм, образуя оболочку формы. Если
необходимо получить более толстую оболочку, время выдержки смеси
на этой позиции увеличивают. Далее осуществляют операцию удаления
с оболочки формовочной смеси, которая не успела затвердеть. Получен-
ную оболочку вместе с модельной плитой выдерживают в специальной
камере 2—3 мин, где при 550—620 К она окончательно твердеет. Далее
затвердевшую оболочку снимают с модельной плиты с помощью систе-
мы синхронно двигающихся выталкивателей. Затем горячую оболочку
укладывают рабочей поверхностью (по плоскости разъема) на ровную
холодную плиту и накладывают на нее груз. Эту операцию производят,
чтобы предупредить коробление оболочковой формы. По аналогичной
технологии изготовляют вторую половину оболочковой формы.
Оболочковые стержни формуют обычно на пескодувных
машинах. Они могут быть оболочковыми (полыми) или сплошными
(обычно тонкие по сечению стержни). Стержни изготовляют из смеси
повышенной прочности (до 2,5 Н/мм2) в нагретых до 470—530 К метал-
лических стержневых ящиках; на стадии необратимого твердения их
прогревают до 620—670 К.
Сборку форм осуществляют в такой последовательности.
После простановки в нижнюю половину формы оболочкового стержня
36
(если необходимо) плоскость разъема покрывают клеем на основе моче-
виноформальдегидных смол МФ-17, М-60, М-70 и МФС-1 (60—80%). На
нижнюю половину формы по центрирующим выступам накладывают верх-
нюю половину оболочковой формы. Собранную форму для упрочнения
клеевого соединения некоторое время выдерживают под нагрузкой. В ря-
де случаев места склеивания подвергают нагреву токами высокой частоты.
Изготовленную форму передают на заливку или на склад. В ряде
случаев, при длительном хранении, рихтованные половины форм отправ-
ляют на склад без сборки. В этом случае операцию сборки форм произ-
водят по мере передачи их на заливку. В мелкосерийном производстве
половины форм иногда соединяют с помощью скоб.
Собранную оболочковую форму в большинстве случаев помещают
в опоку и заформовывают опорным материалом перед заливкой. В каче-
стве опорного наполнителя используют чугунную дробь или сухой песок
любой марки. В отдельных случаях толстостенные оболочковые формы,
а также формы для изготовления мелких по массе отливок заливают
расплавом без использования опорного материала.
Отливки после охлаждения в форме выбивают. Выбивка и
последующие операции обрубки и очистки отливок характеризуются
малой трудоемкостью.
Для изготовления оболочковых форм применяют стандартные и не-
стандартные отечественные машины, например двухпозиционные ма-
шины модели УКФ-2, машину НИИТАвтопрома АКФ-2, четырехпозици-
онный полуавтомат модели 831, машину АОФ-4 конструкции
ВНИИЛитмаш и др.
2.3. ЛИТЬЕ ПО ГАЗИФИЦИРУЕМЫМ ЛИТЕЙНЫМ МОДЕЛЯМ
Литье по газифицируемым пенополистироло-
вым моделям заключается в том, что выполненный из пенополи-
стирола блок моделей отливки и элементов литниковой системы покры-
вают противопригарной краской, заформовывают в песчаную фор-
му и заливают расплавом. Затвердевшую отливку выбивают из формы,
обрубают, зачищают и отправляют на склад или на механическую обра-
ботку. Особенностью этого способа литья является использование
неразъемных форм, модель из которых чаще всего удаляют путем ее
газификации теплотой заливаемого расплава и реже выжиганием.
Первоначально его применяли для производства единичных отливок
из различных сплавов, главным образом в ремонтных целях, а в настоя-
щее время в массовом производстве этим способом изготовляют такие
ответственные литые детали из стали и чугуна, как различные шестерни,
коленчатые и распределительные валы автомобильных двигателей и др.
Модели отливок и элементов литниковой системы выполняют из
вспененного полистирола — термопластического материала
(состав, масс. %: углерод - 91,5, водород — 8,5), поставляемого в виде
мелких гранул.
37
Модели из готовых блоков пенополистирола (единичное производ-
ство) вырезают механически по частям, после чего осуществляют их
сборку склеиванием. Этот способ применяют ограниченно, хотя эконо-
мический эффект от внедрения по сравнению с использованием обычных
деревянных моделей для единичного производства чугунных и стальных
отливок составляет 60—80 руб. на 1 т годного литья.
Для массового производства моделей применяют пресс-формы и
полистирол плотностью 16—24 кг/м3. Для подвспенивания гранул поли-
стирола перед заполнением пресс-форм применяют два способа. При
первом способе предварительное расширение в вакууме обеспечивает
снижение плотности гранул до 16—20 кг/м3, их применяют для изготов-
ления моделей отливок из стали и чугуна. При втором способе вместо
вакуума используют сжатый воздух, доводя плотность полистирола до
20—21 кг/м3, что приемлемо для изготовления моделей отливок из
чугуна и алюминиевых сплавов.
Гранулы подвспененного полистирола вдувают в пресс-форму, имею-
щую водяное охлаждение. Далее заполненную гранулами пресс-форму
нагревают паром. При этом гранулы размягчаются, сплавляются между
собой и продолжают расширяться, заполняя полость пресс-формы.
При охлаждении пресс-формы гранулы твердеют, а модель приобретает
прочность, достаточную для удаления ее из пресс-формы. Полистироль-
ные модели дают усадку при хранении примерно 0,8 % линейного
размера модели. Усадка модели продолжается до 30 дн, но 75 % общей
усадки происходит в течение первых семи дней после изготовления.
Для изготовления пенополистирольных моделей в пресс-формах
литьем под давлением применяют автомат модели 69213 Тираспольского
завода ’’Литмаш”. Автомат двухпозиционный колонного типа с разъе-
мом пресс-форм в вертикальной плоскости. Материалом для моделей
служит гранулированный вспенивающийся полистирол с добавками
поверхностно-активных веществ и пластификатора.
На автомате выполняются следующие операции: закрытие пресс-
формы; впрыск в нее через самозапирающийся мундштук материала
при температуре 490—530 К; охлаждение модели до 380—400 К; раскры-
тие пресс-формы и выталкивание из нее модели.
Перед формовкой поверхность модели покрывают огне-
упорной краской, чтобы получить гладкую поверхность отливки
и придать дополнительную жесткость модели. В качестве огнеупорной
основы красок используют молотый циркон, мулит, магнезит, графит и
их смеси. Покрытие модели осуществляют окунанием ее в краску с
последующей сушкой в естественных условиях или под воздействием
теплоты.
Окрашенную модель, соединенную с элементами литниковой систе-
мы, помещают в опоку и засыпают сухим песком (реже используют
обычные и жидкоподвижные формовочные смеси). Когда слой песка
достигнет примерно 70 % высоты модели, включают вибростол и уплот-
няют песок в опоке до уровня литниковой чаши под действием вибра-
38
ции. Песок для формовки должен иметь температуру не выше 322 К, а
содержание влаги в нем должно быть минимальным. Для изготовления
форм используют только кварцевый песок. Другие переделы (охлажде-
ние, выбивка, очистка и др.) производства отливок по пенополистиро-
ловым моделям существенно не отличаются от рассмотренных ранее.
2.4. ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Литье под давлением заключается в том, что на расплав,
залитый в камеру прессования, давит поршень (реже сжатый воздух), в
результате чего расплав быстро заполняет полость пресс-формы, где
твердеет, охлаждается и образует отливку.
Особенностью этого процесса литья является запрессовка расплава
под давлением 0,5—350 МПа в полость нагретой до 420—510 К пресс-фор-
мы. Расплав поступает в нее в зависимости от вязкости и давления на
него со скоростью от 0,5 до 60 м/с.
Литьем под давлением изготовляют отливки из цветных сплавов
(цинковых, алюминиевых, магниевых, латуни и др.) для различных
приборов, электромашин, автомобилей, мотоциклов, моторов, строи-
тельных изделий и др. По качеству поверхности и размерной точности
отливаемых отливок это самый лучший способ получения практически
готовых деталей. Их используют в технике после незначительной механи-
ческой обработки, а в ряде случаев и без нее. Диапазон изготовляемых
таким способом отливок находится в пределах от нескольких граммов
до 50 кг, а в ряде случаев и больше. Среди широко используемых спосо-
бов производства отливок литье под давлением имеет наивысший
уровень механизации и автоматизации практически всех основных пере-
делов изготовления отливок. Относительно высокая стоимость пресс-
форм из металлических сплавов обусловливает и то, что этот способ
литья широко применяют в условиях массового и очень редко мелкосе-
рийного производства отливок.
В зависимости от конструкционного исполнения пресс-форм, а
также способов создания давления на расплав различают следующие
разновидности литья под давлением:
1. Литье под небольшим давлением сжатого воздуха (рис. 2.3,а),
так называемое компрессионное литье. В этом случае сжатый воздух от
компрессора под давлением 0,5—0,6 МПа подводится по трубе I в герме-
тизированный тигель и давит на расплав 2, который по патрубку 3 и
через мундштук 4 запрессовывается в пресс-форму 5. Процесс исполь-
зуют для литья отливок из оловянно-свинцовых и цинковых сплавов.
2. Литье компрессионное с гузнеком (рис. 2.3,6). В этом случае
сжатый воздух под давлением 0,5—0,6 МПа подается в гузнек (черпак)
6 через патрубок 3 и выдавливает находящийся в нем расплав через
мундштук 4 в пресс-форму. При прекращении подачи сжатого воздуха
под поршень 7 и в гузнек 6 последний опускается для заливки очередной
порции расплава. При этом мундштук 5 отходит от пресс-формы, а пат-
39
рубок 2 отсоединяется от линии подвода сжатого воздуха. Процесс ис-
пользуют для литья отливок из оловянно-свинцовых и цинковых
сплавов.
Рис. 2.3. Способы литья под давлением:
а — компрессионное, б — компрессионное с гузнеком, в — под поршневым давле-
нием; 1 — труба для подвода сжатого воздуха, 2 — расплав в герметизированном
тигле, 3 - патрубок, 4 - мундштук, 5 - пресс-форма, 6 - гузнек, 7 - поршень,
8 - тигель, 9 - камера, 10 - шток поршня, 11 - отверстие камеры прессования
3. Литье под давлением с горячей камерой прессования (рис. 2.3,в).
В этом случае камера 9, находящаяся постоянно в тигле 8, подогревается
расплавом. После нажатия на шток 10 поршень 7 запрессовывает расплав
по трубе в пресс-форму, а при подъеме поршня расплав через отверстия
11 засасывается в камеру прессования. Процесс используют для изготов-
ления отливок из легкоплавких сплавов.
4. Литье под давлением с вертикальной холодной камерой прессова-
ния. В этом случае полученный вне машины расплав 2 (рис. 2.4, а) зали-
вают дозатором или вручную в камеру прессования 7. После чего опус-
кают верхний 7, а затем нижний 6 пуансон, при этом расплав подается
через литник 5 в полость разъемной пресс-формы, где быстро остывает
(рис. 2.4, £). Отливка 9 (рис. 2.4, в) при раскрытии пресс-формы уда-
ляется толкателями, а пресс-остаток 8, который затвердевает после
40
окончания запрессовки, выталкивается нижним пуансоном 6, приводи-
мым в движение сжатой пружиной 10.
Рис. 2.4. Литье под давлением с вертикальной холодной камерой прессования:
а - заливка расплава в камеру прессования, б - запрессовка расплава в пресс-
форму, в — раскрытие пресс-формы и извлечение из нее отливки; 1 — верхний
пуансон, 2 - расплав, 3, 4 - левая и правая половинки пресс-формы, 5 - литни-
ковый ход, 6 - нижний пуансон, 7 - камера прессования расплава, 8 - пресс-
остаток сплава, 9 - отливка, 10 - пружина
5. Литье под давлением с холодной горизонтальной камерой прессо-
вания (рис. 2.5). В этом случае расплав в камеру прессования 5 залива-
ется через отверстие 2 (для заливки может быть использован роботизи-
рованный дозатор) и прессующим поршнем вдавливается в пресс-фор-
му 1.
Рис. 2.5. Литье под давлением
с горизонтальной холодной ка-
мерой прессования:
1 - пресс-форма, 2 - отверстие
для заливки расплава, 3 - рас-
плав, залитый в камеру прессо-
вания, 4 - прессующий поршень,
5 - камера прессования
Большинство машин литья под давлением и роботизированных
комплексов созданы на базе использования горизонтальной камеры
прессования.
При создании давления поршнем расплав поступает в пресс-форму
с большой скоростью и под высоким давлением. В процессе впрыскива-
41
ния расплава происходит его окисление и механическое замешивание в
него воздуха. Замешанный в расплаве воздух, а также выделившиеся из
расплава и сгоревшей смазки газы могут стать причиной образования
газовых раковин и пор в отливках.
Для предотвращения пористости получаемых отливок и увеличе-
ния их плотности проводят комплекс технологических мер:
уменьшают газосодержание расплава перед его запрессовкой в пресс-
форму (рациональное ведение плавки с минимальным насыщением рас-
плава газами, раскисление и дегазация расплава, вакуумирование и т.д.);
уменьшают скорость заполнения пресс-формы расплавом с одновре-
менным увеличением давления на него после заполнения пресс-формы;
применяют в пресс-форме литник увеличенного поперечного сече-
ния, что обеспечивает уменьшение скорости впрыскивания расплава и
более продолжительное воздействие давления на него в процессе крис-
таллизации;
размещают в пресс-форме тонкие вентиляционные каналы (тол-
щиной 0,05—0,15 мм) или пористые металлокерамические или стан-
дартные игольчатые фильтры (венты);
выполняют в пресс-формах специальные полости-промывники, в
которые из полости формирования отливки вытесняются первые (с по-
вышенным содержанием газов) порции расплава;
производят подпрессовку отливки в пресс-форме в момент ее
затвердевания;
выполняют запрессовку в пресс-форму расплава в кашеобразном
состоянии, т.е. с минимальным газосодержанием;
вакуумируют расплав в процессе его плавки и запрессовки в пресс-
форму;
уменьшают газотворную способность смазки рабочих поверхностей
пресс-формы;
заполняют камеру прессования и рабочую полость пресс-формы
перед запрессовкой алюминиевого расплава кислородом, что позволяет
перевести образующиеся газы в оксиды (технология эффективна при
литье термообрабатываемых отливок из алюминиевых сплавов типа
АЛ4);
перед запрессовкой расплава пресс-формы подогревают до следую-
щих температур (К): при литье цинковых сплавов — до 390—430, алю-
миниевых — 470—570, магниевых — 470—510, медных — 550—590,
стали — 470—550. Высший предел подогрева используют при литье
сложных и тонкостенных отливок больших размеров.
Практически все детали пресс-форм изготовляют из стандартных
и нормализованных стальных изделий. Соприкасающиеся с расплавом
детали пресс-формы (матрица, пуансон, стержни, рассекатели, выталки-
ватели и др.) выполняют из легированных, термически обработанных
сталей марок 5ХНМ, ЗХ2В8, ЗХВ8, Х12М и др.
Пресс-формы для литья под давлением обычно состоят из двух ос-
новных частей (в сложных конструкциях их значительно больше): не-
42
\ подвижной (матрицы) и подвижной (пуансона), которые крепятся к
плитам машины. В пресс-форме всегда предусмотрены направляющие,
выталкиватели, вентиляционные каналы, часто система охлаждения и
другие устройства.
В литейных цехах литья под давлением используют машины, автома-
ты и роботизированные комплексы. На последних в автоматическом
режиме выполняются операции раскрытия и закрытия пресс-форм, дози-
рования и заливки расплава, а также передача отливок на охлаждение и
обрубку, смазка и обдув пресс-форм.
В роботизированный комплекс модели 71109 с горизонтальной
холодной камерой прессования (рис. 2.6) входят машина 2, механичес-
кий ковшовый манипулятор-до затор 7, промышленный робот 3 для
извлечения отливок из пресс-формы и последующего его транспортиро-
вания, установка 4 охлаждения отливок, горизонтальный обрубной
пресс, раздаточная печь с расплавом 8, пульт 7 управления машиной,
пульт 9 управления обрубным прессом и шкафы 6 управления.
Рис. 2.6. Роботизированный комплекс литья под давлением модели 71109
с горизонтальной холодной камерой прессования
Технологический цикл литья отливок включает следующие опера-
ции: очистку и смазку пресс-формы; смазку пресс-поршня, смыкание
пресс-формы, дозирование и заливку (запрессовку) расплава, раскрытие
пресс-формы после кристаллизации в ней расплава, захват и извлечение
43
I
отливок, транспортирование и охлаждение их, подачу отливок в обруб-
ной пресс 5, обрубку их от облоя и литников, выдачу отливок и литни-
ков на транспортные средства. Основные данные комплекса: усилие
запирания пресс-формы 3920 кН, скорость прессования 0,4—0,5 м/с,
наибольшая масса заливаемой дозы алюминия 6 кг, наибольшее усилие
прессования — 4410 кН, точность дозирования расплава 2—5 %, время
переноса дозы расплава 3—4 с, грузоподъемность промышленного робо-
та — 6 кг, угол поворота схвата робота — 180°, ход схвата робота —
900 мм, усилие зажима отливок схватом — 490 Н, усилие обрубки прес-
са — 294 кН, ход плиты пресса — 600 мм, расстояние между колоннами
750 мм, время холостого хода — 36 с, среднее время рабочего цикла
50-55 с.
Такой комплекс работает в двух режимах: автоматическом и полу-
автоматическом с отключением дозатора, промышленного робота и прес-
са. Роботизированный комплекс при литье отливок из алюминиевых
сплавов обеспечивает по сравнению с обычными автоматами уменьше-
ние'трудоемкости на 73 %, снижает брак отливок на 70% и повышает
стойкость пресс-форм в 4—5 раз.
В настоящее время серийно выпускаются машины литья под давле-
нием модели 711А06 с усилием запирания 1000 кН, моделей 711Б07С
и 711Б08С с усилием запирания соответственно 1600 и 2500 кН и др.;
линии комплексно-механизированные модели АЛ711Б07. В состав линии
входят машина литья под давлением модели 711Б07, робот промышлен-
ный модели РМЗА, пресс обрубной модели П16А, манипулятор для
заливки расплава модели ЛМ5Ц.82.04, устройство контроля полноты
извлечения отливок, манипулятор для смазки пресс-формы и устройство
для смазки пресс-плунжера и электрооборудование.
Созданы и другие линии моделей АЛ711Б07С, АЛ711Б08, АЛ711Б09,
ДУ711В08, которые отличаются от линии модели АЛ711Б07 некоторыми
параметрами и средствами околомашинной механизации и автоматиза-
ции на базе робототехники.
2.5. ЛИТЬЕ ПОД НИЗКИМ ДАВЛЕНИЕМ
Сущность процесса литья под низким давлением за-
ключается в том, что литейная форма заполняется расплавом за счет
перепада газового давления. В этом случае расплав из герметизированно-
го тигля через металлопровод вытесняется сжатым воздухом в литейную
форму, которая может быть выполнена из металла, гипса и песчано-гли-
нистой смеси. Для этих целей используют сжатый воздух от цеховой
сети давлением 0,5—0,6 МПа. В ряде случаев заливку расплава в формы
ведут и при меньшем давлении, а вместо воздуха используют инерт-
ный газ.
Схема технологического процесса литья под низким давлением
приведена на рис. 2.7. Тигель с расплавом 1 раздаточной или плавил^
ной печи закрывают герметически крышкой 8, в которой устанавливают
44
металлопровод 2 из жаростойкого ма-
териала. Металлопровод погружают в
расплав так, чтобы нижний конец его
не доставал до дна тигля на 30—50 мм.
Металлоформу 6 закрепляют на
крышке и соединяют с верхней частью
металлопровода литниковой втулкой
7. При этом полость в отливке, как и
в кокиле, может быть выполнена стер-
жнем 5 из любого материала.
Далее инертный газ под давлением
подается по трубопроводу 10 в по-
лость тигля и давит на расплав, кото-
рый под избыточным давлением снизу
через металлопровод 2, литник 3 и
коллектор 4 плавно вытесняется в ли-
тейную форму и там затвердевает.
После затвердевания отливки откры-
вают клапан 9, при этом давление над
расплавом в тигле уравновешивается
с атмосферным, а не затвердевший
расплав из металлопровода опуска-
ется до его верхнего уровня в тигле.
После этого литейная форма раскры-
Рис. 2.7. Схема литья под низким
давлением
вается, отливка из нее извлекается и цикл литья повторяется.
По сравнению с известными способами производства отливок литье
под низким давлением обладает рядом следующих преимуществ:
1. Автоматизируется весь цикл изготовления отливок и, что очень
важно, такая сложная и ответственная операция, как заливка литейной
формы.
2. Для литья этим способом можно использовать литейные формы
различной конструкции.
3. Способ рекомендуется для изготовления отливок из цветных
сплавов, но может применяться и для литья железоуглеродистых сплавов.
4. За счет плавного и относительно медленного заполнения формы
расплавом происходит полное вытеснение из нее газов, что исключает
брак отливок по газовым раковинам и порам.
5. В процессе затвердевания расплав находится под давлением, что
уменьшает вероятность образования в отливках усадочных раковин и
пор и повышает плотность литого сплава.
6. Достигается минимальный расход сплава на элементы литниковой
системы, что увеличивает выход годного литья до 90 %, а в ряде случаев
и больше.
К недостатку способа следует отнести ограниченное использование
его для производства отливок из железоуглеродистых сплавов, что
обусловлено невысокой стойкостью металлопровода.
45
В ряде случаев низкое давление на зеркало расплава, а следователь- |
но, и на затвердевающую отливку (0,1—0,6 МПа) оказывается недоста-
точным для получения сплава повышенной плотности. Поэтому в совре-
менной практике этот способ литья все чаще применяют с противо-
давлением.
В этом случае (рис. 2.8, а) расплав в тигле 7, а также объем воздуха
(или другого инертного газа) в тигле над расплавом, в форме 3 и ком- »
пенсационной камере 4 находятся под давлением Л ресивера R. После к
перекрытия вентиля а и частичного открытия вентиля с давление воздуха
в форме и компенсационной камере снижается до Р2 (рис. 2.8,#). Под
действием разности давлений (ДР = Рг - Р2) в тигле и форме расплав
по металлопроводу 2 с регулируемой скоростью заполняет форму 3
и, находясь под избыточным давлением, кристаллизуется в ней (рис.
2.8,в). Такое давление, которое значительно больше, чем 0,6 МПа (мак-
симальное давление сжатого воздуха в сети с обычным компрессором),
резко улучшает питание отливки в момент ее затвердевания, а также
повышает ее плотность, герметичность и другие физико-механические
свойства сплава.
Рис. 2.8. Схема литья под низким давлением с противодавлением:
а - исходное положение, б - заполнение формы, в - кристаллизация
расплава под давлением; 1 - тигель с расплавом, 2 - металлопровод,
3 - металлоформа (кокиль), 4 ~ компенсационная камера, a, b, с, d -
вентили
Главное достоинство способа — возможность точно выдерживать
давление, необходимое для подачи расплава и формирования поверх-
ности отливки, что позволяет избежать как образования излишних »
межфазовых поверхностей, так и недоливов и неспаев.
Промышленностью выпускаются пять моделей установок литья под *
низким давлением с вертикальной и горизонтальной плоскостью разъ-
ема формы, техническая характеристика которых приведена в табл.
10.3. ;
46 * !
2.6. ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
Способ центробежного литья заключается в том, что за-
данная порция расплава заливается во вращающуюся изложницу, где
под действием центробежных сил он растекается по ее поверхности,
прижимается к ней и затвердевает, образуя отливку. В ряде случаев
расплав заливают в неподвижную изложницу, после чего вращают ее с
заданной скоростью. В обоих случаях затвердевание расплава происходит
под действием центробежных сил. При этом наиболее чистый и плотный
расплав кристаллизуется в наружных слоях, а засоренный неметалличес-
кими включениями — во внутренних слоях отливки, т.е. там, где дейст-
вие центробежных сил минимально. Кроме того, расплав в период за-
ливки некоторое время продолжает перетекать навстречу движущейся
стенке изложницы, что приводит к измельчению структуры металла.
Различают литье в изложницы с горизонтальной, вертикальной (рис. 2.9)
и реже с наклонной осью вращения.
Рис. 2.9. Схема центробежного литья:
а - в Изложнице с горизонтальной осью вращения, б - в изложнице с верти-
кальной осью вращения; 1 - разливочный ковш, 2 ~ заливочная воронка,
3 - изложница, 4 - расплав в изложнице, 5 - отливка
Этим способом изготовляют трубы, втулки, диски, барабаны и дру-
гие тела вращения из различных сплавов. Более 90% изготовляемых
отливок составляют водонапорные чугунные трубы с внутренним диа-
метром 100—300 мм и длиной 4000—5500 мм. Для этих целей чаще
всего применяют центробежные машины с горизонтальной осью враще-
ния изложницы.
Особенностью изготовления таких отливок является формирование
внутренних полостей без использования стержней. В отдельных случаях
для выполнения фасонных частей применяют различные стержни, в том
числе и песчаные. Для повышения термостойкости рабочие поверхности
изложниц иногда покрывают теплоизоляционным покрытием, а при
изготовлении сложных фасонных отливок даже футеруют.
47
Перед заливкой расплава изложницу подогревают до 470—570 Кив
дальнейшем поддерживают такую температуру перед каждым циклом.
При этом для поддержания необходимого температурного режима и /
увеличения производительности наружную поверхность изложницы пери-/
одически охлаждают. Расплав заливают при температуре, превышающей
линию ликвидус не более чем на 50—60 градусов. 1
Литье втулок, колец и других коротких по длине отливок в излож-
ницу с горизонтальной осью вращения производят через неподвижный
желоб или из ковша, а труб и других длинномерных отливок рассредото-
ченно по длине изложницы обычно через желоб, перемещаемый во время
заливки в направлении геометрической оси вращения. В ряде случаев
используют изложницу, которая при заливке накатывается на непод-
вижный желоб.
Способом центробежного литья также изготовляют биметаллические
трубы, втулки, вкладыши и другие детали. В этом случае во вращаю-
щуюся изложницу последовательно с заданным перерывом заливают сна-
чала один, а затем другой, а возможно и третий сплав. По такой техноло-
гии чаще всего получают биметаллические трубы и втулки из сплавов:
сталь — бронза, чугун — бронза, сталь — чугун и т.д.
Для центробежного литья водонапорных чугунных труб выпускают
машины моделей ЛН102А и ЛН104Б, на которых отливают заготовки
соответственно с внутренним диаметром 100—150 и 200—300 мм и наи-
большей длиной 4000-5500 мм, а также другие машины.
Выход годного литья при центробежном способе составляет не ме-
нее 90 %, при этом обеспечивается высокое качество отливок, особенно
тех слоев, которые формировались в контакте с изложницей или на
малом удалении от ее рабочей поверхности.
2.7. ЛИТЬЕ С КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Литье с кристаллизацией под давлением осуще-
ствляют на прессах и литейных машинах, позволяющих выдерживать
расплав под давлением до окончания его затвердевания. Расплав зали-
вают в пресс-форму, смонтированную на столе пресса или машины,
а затем прессуют пуансоном, закрепленным на ползуне. Последующее
прессование осуществляют в момент появления в расплаве некоторого
количества твердой фазы, т.е. когда кристаллизация его в объеме пресс-
формы уже началась. В ряде случаев расплав заливают в так называемом
кашеобразном состоянии (основная часть расплава имеет твердую фазу).
Далее запрессованный в пресс-форму расплав выдерживают до оконча-
тельного затвердевания под давлением. Отсюда и название способа —
литье с кристаллизацией под давлением.
В зависимости от конфигурации отливки, пресс-формы и условий
формообразования, а также формы прессующей части пуансона (порш-
ня) различают следующие схемы этого способа литья:
расплав прессуется в замкнутом объеме пресс-формы пуансоном, имею-
48
щим плоскую ровную рабочую поверхность; расплав прессуется пуансо-
ном, имеющим выступающие части на рабочей поверхности; расплав
прессуется пуансоном, в рабочей поверхности которого имеются углуб-
ения. В ряде случаев, как и при литье под давлением с вертикальной
амерой прессования, расплав из пресс-формы выдавливается пуансоном
и в другие ее части.
При рассмотренном способе литья не происходит замешивания в
расплав воздуха; расплав прессуется в момент быстрого увеличения
твердой фазы и, следовательно, дегазации; за счет пластических дефор-
маций, обусловленных высоким давлением, предупреждается образова-
ние усадочных раковин и пор, происходит сжатие газовых пор, а также
практически полностью предотвращается выделение газов из расплава
в процессе его кристаллизации. Отсутствие зазора между отливкой и
рабочими стенками пресс-формы и пуансона ускоряет теплоотвод и,
следовательно, увеличивает скорость кристаллизации и охлаждения от-
ливки, что способствует получению мелкозернистой структуры и подав-
лению ликвационных процессов.
В момент заливки температура матрицы и пуансона должна нахо-
диться в пределах 450—520 К, а температура перегрева расплава превы-
шать линию ликвидус на 50—100 градусов. Скорость опускания пуансона
в расплав принимают обычно равной 0,1-0,5 м/с, а иногда и меньшей.
Время выдержки расплава под давлением выбирают из расчета 1 с на
1 мм толщины стенки отливаемой отливки. Детали пресс-формы и пуан-
сона, соприкасающиеся с расплавом, рекомендуется изготовлять из
жаропрочных сталей, например ЗХ2В8,4ХВ8, XI2М и др.
Способы литья с кристаллизацией под давлением наиболее целесо-
образны для производства компактных отливок повышенной плотности
из цветных сплавов, но могут ограниченно применяться и для изготовле-
ния простых по конструкции отливок из чугуна и стали.
2.8. НЕПРЕРЫВНОЕ И ПОЛУНЕПРЕРЫВНОЕ ЛИТЬЕ
Сущность непрерывного литья заключается в том, что рас-
плав непрерывно и равномерно заливается в охлаждаемую водой форму
(кристаллизатор), из которой затвердевшая отливка в виде квадрата,
прутка, трубы или другого профиля вытягивается специальным устрой-
ством, и после дополнительного вторичного охлаждения разделяется на
мерные заготовки. Литье с перерывами для возврата механизма в исход-
ное положение и без разделения полученной заготовки на мерные части
называют полунепрерывным литьем, которое применяется
ограниченно.
Известно более двадцати разновидностей способов непрерывного
и полунепрерывного литья заготовок. Однако на практике для произ-
водства заготовок из стали в основном применяют вертикальный
способ размещения водоохлаждаемого кристаллизатора с периоди-
ческим разделением отливаемого профиля. При этом заготовка после
49
прохождения кристаллизатора тянется вертикально вниз (рис. 2.10) или
переводится в горизонтальное положение радиально расположенными
тянущими роликами, а затем разделяется на мерные части. Кристалли-
затор (рис. 2.10) представляет собой замкнутую металлическую короб1
ку, у которой соприкасающиеся с расплавом и заготовкой рабочие стен-
ки для лучшего теплоотвода выполнены из меди толщиной от 4 до
10 мм. Через кристаллизатор пропускается вода, которая отводит тепло-
ту расплава и кристаллизующейся заготовки. С целью лучшего отделения
заготовки от стенок кристаллизатора последнему во время работы пере-
дают возвратно-поступательное движение в направлении протяжки
слитка.
Рис. 2.10. Схема непрерывной
разливки расплава:
1 - ковш с расплавом, 2 - во-
доохлаждаемый кристаллиза-
тор, 3 - тянущие валки,
4 — затравка, 5 - вытягива-
емая заготовка
В литейных цехах для производства заготовок из меди и ее сплавов,
а также для получения чугунных отливок применяют способ непре-
рывного горизонтального литья (рис. 2.11). Перед началом
работы автоматизированной линии производят подогрев металлоприем-
ника 1. В графитовый вкладыш 2, вставленный в водоохлаждаемый сталь-
ной или медный кожух 3, вводят с помощью штанги затравку 4, которая
одновременно предотвращает вытекание расплава чугуна из металло-
приемника. Далее включают систему водяного охлаждения и заливают
расплав чугуна, поданный от плавильного агрегата крановым ковшом, в
рабочую емкость металлоприемника 1. При этом расплав затекает в
кристаллизатор, заполняет его и соприкасается с затравкой. После
кристаллизации расплава вокруг затравки включают клеть 6, которая
вытягивает ее вместе с заготовкой 7 из полости графитового вкладыша.
Затем на заготовке механизмом 8 производят надрез и разламывают ее
по месту надреза механизмом 9, который производит также установку
затравки с заготовкой, а затем и последующих мерных заготовок на
стеллаж.
Первые линии непрерывного литья чугуна (ЛНЛЧ-2 и ЛНЛЧ-3) были
созданы и успешно работают на заводах-центролитах Минстанкопрома.
50
1 2 3
5
6
7
9
Рис. 2.11. Схема автоматической линии непрерывного горизонтального литья модели ЛНЧЛ-2:
1 - металлоприемник, 2 - графитовый вкладыш, 3 - водоохлаждаемый кожух, 4 - затравка, 5 - рольганг, 6 - тяну-
щая клеть» 7 — чугунная заготовка, 8 — механизм надреза заготовок, 9 — механизм отламывания мерных заготовок
и укладки их в штабель
В настоящее время созданы более совершенные автоматические линии
моделей А99 и 88315 для непрерывного горизонтального литья профиль-
ных чугунных заготовок с поперечным сечением до 600X250 мм. При
этом на линии модели 88315 можно получать сложные заготовки, в том
числе пустотелые типа труб и коробок.
2.9. ПОНЯТИЕ О ДРУГИХ СПЕЦИАЛЬНЫХ СПОСОБАХ ЛИТЬЯ
Литье методом вакуумного всасывания. Сущность процесса заклю-
чается в том, что расплав в результате разрежения, создаваемого в по-
лости формы, заполняет ее через металлопровод. После заполнения
формы расплавом и затвердевания отливки разрежение снимается, оста-
ток незатвердевшего расплава из металлопровода сливается в тигель,
а отливка извлекается из формы. Далее цикл изготовления отливки
повторяется.
Литье выжиманием. Сущность способа заключается в постепенном
вытеснении расплава из металлоприемника в тонкостенную полость
формы, образованную сближением до определенного предела стенок
двух матриц. Способ предназначен для получения из легкоплавких
сплавов крупногабаритных тонкостенных деталей типа панелей с тол-
щиной стенки 1,5—6 мм и площадью до 6000X2000 мм.
Литье непрерывным намораживанием. Сущность способа заклю-
чается в использовании сил поверхностного натяжения расплава. Для
осуществления литья берут поплавок-формообразователь, который сде-
лан из материала, не реагирующего с расплавом. В поплавке выполняют
отверстие, форма которого соответствует поперечному сечению получае-
мой отливки. В отверстие поплавка опускают затравку, воспроизводя-
щую поперечное сечение отливаемого профиля. Далее поплавок с затрав-
кой на несколько миллиметров погружают в расплав. После этого за-
травку начинают медленно и непрерывно тянуть вверх. При этом из
отверстия в поплавке-формообразователе вытягивается отливаемый
профиль.
Литье с выплеском. Сущность способа заключается в том, что в разъ-
емную форму (кокиль) наливают расплав и почти сразу выплески-
вают, а затем форму разнимают и из нее извлекают тонкостенную
отливку. Толщину стенки таких отливок регулируют изменением
продолжительности намораживания расплава на стенки формы.
Литье окунанием. Сущность способа заключается в том, что очищен-
ная от оксидов, например, стальная деталь помещается в расплав (на-
пример, бронзы), который приваривается к ее стенкам и в зависимости
от продолжительности выдержки намораживается заданным слоем.
Способ применяют для изготовления биметаллических отливок, исполь-
зуемых при ремонте различного оборудования.
Литье армированных деталей. Армирование — это соединение спо-
собом литья в одно изделие двух или более сплавов, обладающих
разными свойствами и неодинаковой температурой плавления. По этой
52
технологии соединяют металлические сплавы и неметаллические матери-
алы (пластмассу, керамику, металлокерамику и др.).
Армирование обеспечивает местное упрочнение, а также повышение
износостойкости и других свойств наиболее изнашиваемых частей литых
деталей. Изготовление одной детали из разных материалов и сплавов по-
мимо дифференцирования ее служебных свойств позволяет уменьшить
ее материалоемкость.
Контрольные вопросы
1. Рассмотрите последовательность литья по выплавляемым моделям. Чем
этот способ отличается от литья в оболочковые формы?
2. Как изготовляют отливки литьем под давлением? Чем этот способ отлича-
ется от литься под низким давлением?
3. Какова последовательность производства заготовок способом непрерывно-
го горизонтального литья?
4. Каким способом и как отливают трубы?
5. Как изготовляют отливки способом жидкой штамповки?
3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ОТЛИВОК В КОКИЛИ
3.1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
И РАЗВИТИЯ ЛИТЬЯ В КОКИЛИ
Место и дата первого изготовления отливок в кокили не установле-
ны. Считается, что этот способ использовали еще до нашей эры, когда
возникала необходимость в получении нескольких отливок с одинако-
вой формой и массой.
Почти за пять веков до нашей эры литье в кокили использовалось в
Скифии. Пришедшие с Востока в Причерноморье в VII в. до нашей эры
скифы отливали в кокили в массовом количестве пустотелые наконеч-
ники стрел для лука. В тот период литьем в кокили изготовляли также
многочисленные предметы украшений, быта и труда.
Постепенно опыт скифского литья в кокили был утрачен и возрож-
ден в России в XVI в., когда возникла острая необходимость в производ-
стве пушек, чугунных круглых пушечных ядер, свинцовых пуль и дру-
гих металлических изделий. Лишь в конце XIX в. способ литья в ко-
кили стали использовать для массового производства преимущественно
стальных отливок. В конце прошлого века в г. Риге на вагоностроитель-
ном заводе в массовом количестве осуществлялось производство в
кокилях стальных отливок массой до 300 кг. »
Первоначально для производства различных отливок применялись
простые неразъемные кокили (см. § 4.2), позднее стали создавать
кокильные станки и машины (см. § 10.2), а затем поточно-механизиро-
ванные и автоматические линии (см. § 11.2—11.3). В настоящее время
53
производятся автоматические и роботизированные комплексы кокиль-
ного литья.
Еще до 1969 г. различными институтами и заводами было создано
более ста моделей кокильных машин и несколько десятков механизи-
рованных линий, многие из которых в годы Великой Отечественной вой-
ны успешно использовались для массового производства литых изделий
для оборонной промышленности и боевой техники. Основную часть со-
временных кокильных машин, автоматических линий, автоматических
и роботизированных комплексов изготовляет Тираспольский завод
литейных машин им. С.М. Кирова.
Большой вклад в теорию и практику развития производства от-
ливок в кокили внес основоположник советской научной школы специ-
альных способов литья проф. Н.Н. Рубцов. Много сделали для развития
теории и практики этого способа А.И. Вейник, Н.П. Дубинин, А.М. Петри-
ченко и другие отечественные ученые, а также коллективы Физико-тех-
нического института АН БССР, НИИСЛ, МВТУ им. Баумана и др.
3.2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОКИЛЬНЫХ ОТЛИВОК
Способом литья в кокили изготовляют различные по назначению
отливки из стали, чугуна и цветных сплавов. Наиболее технологичны
алюминиевые, магниевые и медные сплавы, менее — железоуглеродистые
сплавы и особенно сталь. Это объясняется тем, что с повышением темпе-
ратуры плавления используемого для литья сплава уменьшается стой-
кость кокиля. Кроме того, большие скорости охлаждения расплава и
затвердевшей отливки приводят к возникновению в ней повышенных
напряжений, а в чугунной отливке возможен поверхностный или сквоз-
ной отбел по сечению стенки.
В ручных и механизированных кокилях чаще всего изготовляют
стальные отливки простой конфигурации со стенками толщиной более
6 мм и массой от нескольких килограммов до 14 т; чугунные отливки
простой конфигурации с отбеленной поверхностью, плотной структурой
и повышенной герметичностью, а также отливки, к которым не предъяв-
ляют каких-либо требований по структуре; отливки из чугуна с верми-
кулярной или шаровидной формой графита со стенками не менее 8 мм;
отливки средней сложности до 100 кг массой из алюминиевых сплавов
с толщиной стенок не менее 4 мм; простые и средней сложности отливки
из магниевых сплавов массой не более 50 кг и толщиной стенки не
менее 5 мм; отливки из латуней со стенками не меньше 4 мм и размера-
ми в плане до 600X700 мм. Перечисленные отливки можно изготовлять
и на автоматизированных линиях.
При использовании в цехах автоматических кокильных машин,
линий и комплексов, а также технологии литья в облицованные кокили
и кокили с расплавляемой облицовкой (см. § 11.3) ограничения для
производства чугунных и стальных отливок по сложности их конфигура-
ции снимаются. Это объясняется тем, что использование упомянутых
54
видов облицовки уменьшает интенсивность теплоотвода от формирую-
щейся и охлаждающейся отливки в материал кокиля и резко повышает
его стойкость. Одновременно снижение скорости теплоотвода позволяет
повысить жидкотекучесть заливаемого расплава, понизить температуру
заливки и расширить диапазон получаемых отливок по сложности кон-
фигурации.
Номенклатура производимых отливок в значительной степени опре-
деляется технологическими возможностями и экономической целесо-
образностью применения этого способа литья. Эти ограничения в ряде
случаев обусловливаются имеющимся оборудованием. Например,
большинство кокильных машин отечественного производства могут
быть использованы для производства отливок из чугуна и стали массой
примерно до 300 кг и из цветных сплавов до 30 кг. Меньшие по массе
отливки изготовляют на механизированных и автоматизированных
линиях и комплексах. Отливки массой в несколько тонн изготовляют
в кокилях, перемещение и заливку которых осуществляют с помощью
кранового оборудования.
Технологическая возможность изготовления отливки в кокиле
зависит от конструкции литой детали и литейных свойств используемого
сплава. Так с уменьшением толщины стенки и размеров отливки возрас-
тают трудности ее производства и ухудшается технологичность литья.
Полученные в кокиле отливки с тонкими стенками могут иметь недоли-
вы, стальные и чугунные — трещины, а чугунные — поверхностный или
сквозной отбел. Технологичность литья ухудшается и с увеличением
числа отливаемых в отливке отверстий и повышением температуры
плавления используемого сплава. Чем выше температура заливаемого
в кокиль расплава, тем меньше его стойкость (см. табл. 4.1).
3.3. ДОСТОИНСТВА И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК В кокили
Изготовление отливок в кокили по сравнению с литьем их в песча-
ные разовые формы имеет несомненные достоинства и экономические
преимущества:
существенно повышается размерная точность и уменьшается шеро-
ховатость поверхностей отливки, что снижает припуски на ее механи-
ческую обработку. Последняя иногда полностью исключается, что
повышает прочность отливки, так как литая поверхность всегда лучше
сопротивляется изнашиванию и коррозии;
практически все отливки имеют плотную и мелкозернистую струк-
туру, что повышает их механические свойства и гидроплотность;
кокильную литейную форму используют многократно;
за счет уменьшения расхода металла на литниковую систему или
ее отсутствия повышается выход годного литья;
улучшаются условия труда и повышается производительность;
уменьшается брак отливок;
55
создаются благоприятные предпосылки для комплексной механиза-
ции и автоматизации производства отливок, а также уменьшения их себе-
стоимости.
Для выбора способа литья конкретной отливки решающим факто-
ром является технико-экономический расчет эффективности использо-
вания его в условиях данного литейного цеха. При этом учитывают
себестоимость механической обработки отливки и эксплуатационные
показатели готовой литой детали. Комплексная качественная оценка
эффективности некоторых способов, в том числе и литья в кокили, при-
ведена в табл. 3.1. В ней цифрами показан оценочный показатель от 5
до 1 (чем выше эффективность, тем меньше показатель).
3.1. Качественная оценка эффективности
основных способов производства отливок
Качественный техничес- кий или экономический Способ производства отливок
показатель произвол- в песчаные в оболочко- под давле- в кокили
ства отливок формы вые формы нием
Применение различ-
ных сплавов 1 2
Влияние сложности
отливки 2 3
Наибольший размер
отливки 1 3
Стоимость оснастки 1 3
Наименьшая эконо-
мичная партия 1 3
Возрастание эконо-
мичности с увеличением
партии 4 3
Производительность
(темп) 4 3
Шероховатость повер-
хности отливки 5 3
Тонкостенность от-
ливки 4 3
Величина припусков
и допусков на механи-
ческую обработку от-
ливки 5 3
Простота механизации
и автоматизации процес-
са 5 4
Выход годного литья 4 3
5
5
5
5
5
1
1
1
1
1
1
1
4
4
2
4
4
2
2
4
5
3
1
3
56
Чаще всего литье в кокили используют в условиях крупносерийного
и массового производства. При изготовлении простых отливок из алю-
миниевых сплавов их партия должна быть не менее 1500 шт., а слож-
ных — 12 000—15 000 шт. Если отливка может быть получена только
литьем в кокиль, то серийность ее партии не ограничивает целесообраз-
ность использования этого вида обработки.
После принятия решения о целесообразности изготовления отливок
Рис. 3.1. ^хема технологического процесса изготовления отливки в кокиле
на регенерацию
57
в кокиле разрабатывают технологию их производства по переделам,
которые показаны в виде схемы на рис. 3.1.
Следует отметить, что в зависимости от сложности отливки, конст-
рукции кокиля, наличия песчаных или металлических стержней, вида
сплава отливки и качества ее изготовления ряд операций, показанных
на рис. 3.1, может не выполняться, например изготовление разового
стержня, простановка стержня в кокиль, удаление стержня из кокиля,
исправление дефектов отливки, термическая обработка отливки и ее
грунтование.
Контрольные вопросы
1. Назовите периоды развития и становления технологии производства отли-
вок в кокили.
2. Чем объяснить, что изготовленные в кокиле отливки имеют повышенные
плотность и прочность?
3. Какие по сложности отливки и из каких сплавов можно изготовлять в
кокиле?
4. Почему усложняется технология производства отливок в кокили с увели-
чением температуры плавления металлического сплава?
5. Перечислите технико-экономические достоинства и недостатки производ-
ства отливок в кокили по сравнению с их изготовлением в песчаные разовые
формы.
6. Рассмотрите технологический процесс литья в кокиль по схеме, изображен-
ной на рис. 3.1.
4. КОКИЛИ
4.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ
И МАТЕРИАЛУ КОКИЛЕЙ
Кокиль — металлическая форма с естественным или принудитель-
ным охлаждением, заливаемая расплавом металла под действием грави-
тационных сил.
Кокили могут иметь песчаные и металлические литейные стержни
и вставки. Однако большую часть рабочей поверхности кокиля выпол-
няют металлическими сплавами, в качестве которых используют серый
(СЧ15, СЧ20 и СЧ25) и высокопрочный чугуны, конструкционные
низкоуглеродистые (15Л—25Л) и углеродистые (10, 20, СтЗ и др.) ста-
ли. Применяют также медные и алюминиевые (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ 11 и
др.) сплавы. Последние часто со стороны рабочей поверхности кокиля
анодируют.
Многократно используемые стержни и вставки кокилей, испыты-
вающие в работе большие тепловые нагрузки, выполняют из легирован-
ных (ЗОХГС, 35ХГСА, 4Х5МФС и др.), а выталкиватели — из инстру-
58
ментальных (У8А, У10А) сталей, которые обладают большой твердостью
и хорошо при частых теплосменах противостоят изнашиванию.
Многие заготовки кокилей, их наиболее сложные вставки обычно
изготовляют литьем, а рабочие и посадочные поверхности и отверстия до-
водят до необходимой точности и заданной шероховатости механической
обработкой. Поэтому к материалу литых кокилей предъявляют высокие
требования по литейным свойствам (повышенная жидкотекучесть, мини-
мальная усадка, повышенная трещиноустойчивость) и обрабатываемости
резанием. Именно этим объясняется необходимость использования для
получения заготовок кокилей сплавов с перлитной структурой.
Внутреннюю рабочую полость кокиля выполняют по размерам
отливки с плюсовой поправкой на линейную усадку и минусовой поправ-
кой, учитывающей расширение материала кокиля при его нагреве и тол-
щину слоя покрытия. Аналогичным образом определяют и назначают
размеры формообразующих частей вставок, вкладышей и стержней.
По конструктивному исполнению любой кокиль должен быть техно-
логичным; иметь минимально необходимое число разъемов и использу-
емых стержней; состоять полностью или в основном из стандартных
и унифицированных сборочных единиц и деталей. Конструкция кокиля
должна обеспечивать:
получение в нем одной или нескольких отливок с заданными раз-
мерами и высоким качеством поверхности;
быстрое и полное удаление из рабочей полости кокиля газов через
венты, подвижные соединения, разъемы, а также выпор или прибыль;
удобную замену вышедших из строя частей или деталей;
высокую стойкость, которая в зависимости от числа заливок, вида
сплава, массы отливок и температуры заливаемого расплава должна
находиться в заданных пределах (табл. 4.1.) или превышать их;
4.1. Ориентировочные пределы стойкости кокилей
Отливка Материал кокиля Стойкость кокиля (чис- ло заливок до разруше- ния или выхода из строя кокиля)
Сплав Развес по массе
Алюминиевый Магниевый Цинковый Мелкие Средние Крупные Чугун СЧ18 или СЧ20 Сотни тысяч Десятки тысяч Несколько тысяч
Медный Мелкие Средние Чугун СЧ20, СЧ25 Сталь 15Л 1000-10000 1000-8000
Мелкие Средние Сталь 15Л, 20Л 500-1500 500-1000
59
Продолжение табл. 4.1
Отливка Материл кокиля Стойкость кокиля (чис- ло заливок до разруше- ния или выхода из строя кокиля)
Сплав Развес по массе
Мелкие Чугун СЧ20 1000-8000
Серый чугун Средние 500-3000
Крупные 200-1000
Мелкие Латунь 3000-10000
Средние 1000-8000
Крупные Сталь 15Л, 20Л 400-1000
Сталь Мелкие Чугун СЧ20 400-600
Средние 100-300
Крупные 50-100
Очень крупные 10-50
удобное и легкое удаление из кокиля металлических стержней,
вставок и отливок с элементами литниковой системы.
Если для производства отливки используют один или несколько
стержней, то в полости кокиля должны быть выполнены полости под
знаки стержней.
Кокили должны иметь элементы искусственного, водяного, воздуш-
ного или смешанного охлаждения. Для удаления из полости кокиля
газов в его стенках должны быть выполнены различные вентиляционные
каналы (венты, тонкие сквозные каналы по плоскости разъема и в дру-
гих местах).
Для смыкания и размыкания частей кокиля без перекоса в нем
имеются центрирующие штыри и отверстия, а также фиксирующие
шпонки и обычно цилиндрические, реже квадратные, направляющие.
Конструкция кокиля должна иметь по разъему или в стержне каналы
элементов литниковой системы для заливки расплава.
Чтобы исключить возможное размыкание частей кокиля в момент
заливки в него расплава и при последующем охлаждении отливки в его
полости, в конструкции кокиля предусмотрены различные запорные
устройства. Для подъема и установки кокиля на машину предназначены
специальные приспособления. Ручные кокили для этих целей снабжают
ручками, рым-болтами, цапфами и др.
Отливки с элементами литниковой системы и стержнями удаляются
из кокиля одним или несколькими выталкивателями, которые должны
выполняться из прочных сплавов, например низкоуглеродистых инстру-
ментальных сталей (У8А, У10А) и высокопрочного чугуна.
60
Кокили для производства мелких и средних по массе отливок с
искусственным воздушным или водовоздушным охлаждением, а также
двухслойные кокили рекомендуется изготовлять из серого чугуна ма-
рок СЧ18, СЧ20 и СЧ25; кокили для производства средних и крупных
отливок с водовоздушным и воздушным охлаждением, а также кокили
в двухслойном исполнении - из высокопрочного чугуна марок ВЧ 42-12
или ВЧ 45-5; кокили с жидкостным охлаждением, а также вкладыши
двухслойных кокилей - из стали марок 15Л, 15ХМЛ и СтЗ.
Водоохлаждаемые кокили с анодируемой поверхностью, а также
кокили с анодируемой поверхностью и естественным охлаждением
целесообразно изготовлять из алюминиевых сплавов (АЛ9, АЛ12 и
АЛ 11), а вставки и стержни, подверженные интенсивному термогидроди-
намическому изнашиванию, — из меди и ее сплавов, а также легирован-
ных сталей.
4.2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОКИЛЕЙ
В табл. 4.2 приведены основные разновидности (рис. 4.1) кокилей
с тонкослойным покрытием, а в табл. 4.3 — подразделение разъемных
кокилей по конструктивному исполнению.
4.2. Классификация кокилей с тонкослойным покрытием
Признак
Разновидность
Отношение глубины рабочего гнез-
да к среднему габаритному размеру
и поверхности разъема
1. Плоские
2. Цилиндрические
Расположение в пространстве по-
верхности разъема
1. Неразъемные (вытряхные)
2. С горизонтальной плоскостью
разъема
3. С вертикальной плоскостью разъ-
ема
4. С комбинированной поверхнос-
тью разъема
Число рабочих гнезд
1. Одноместные
2. Многоместные
Конструктивное исполнение рабо-
чих стенок
1. Цельные
2. Составные из элементов: унифи-
цированных и неуфинициро ванных
Способ охлаждения
1. С воздушным охлаждением (ес-
тественным и принудительным)
61
Рис. 4.1. Некоторые разновидности кокилей:
а - неразъемный вытряхной, б - с вертикальной плоскостью разъема, в -
с горизонтальной плоскостью разъема, г - с комбинированной плоскостью
разъема, д - стопочный; 1 - стержень, 2 - кокиль, 3 - поворотные цапфы,
4 - половины кокиля, 5 - ушки для крепления части кокиля к плите маши-
ны, 6 - охлаждающие кокиль пальцы, 7 - питатель, 8 - литниковый ход,
9 - штыри, 10 - полость кокиля, 11 - воронка, 12 - выпор, 13 - поддон,
14 - песчаная засыпка
Продолжение табл. 4.2.
Признак Разновидность
2. С жидкостным охлаждением
3. С комбинированным охлаждени-
ем (водовоздушным, чередующимся
водяным, воздушным)
Способ подвода охлаждающей сре- 1. Однослойные
ды к рабочей стенке 2. Двухслойные
Материал рабочей стенки 1. Чугунные
2. Стальные
3. Из алюминиевых сплавов
4. Из меди и ее сплавов
5. Из специальных сплавов и ком-
позиционных материалов
Долговечность защитного покрытия 1. С периодически наносимым за-
щитным покрытием
2. С постоянным защитным покры-
тием (чугунные и стальные с плазмен-
ным напылением, алюминиевые с ано-
дированной поверхностью)
4.3. Классификация разъемных кокилей
по конструктивному исполнению
Тип и конструкция кокиля Область применения и
конструктивные
особенности кокиля
С одним горизонтальным разъемом
и^^^Стержень кВ 4— РК Для производства отливок небольшой высоты из любых сплавов. Литниковая система от- сутствует или выполняется в пес- чаном стержне
63
Продолжение табл. 4.3
Тип и конструкция кокиля
Область применения и
конструктивные
особенности кокиля
С тремя горизонтальными разъемами
Для производства сложных
высоких отливок. Литниковая
система выполняется в песчаном
стержне.
С одним вертикальным разъемом
Для производства отливок
из любых сплавов на маши-
нах и ручных кокильных стан-
ках. Литниковая система вы-
полняется в стенках кокиля
по разъему или в песчаном
стержне
С криволинейным разъемом
Расплаб
Для производства сложных
отливок из любых сплавов. Лит-
никовая система выполняется
по разъему в стенках кокиля
64
Продолжение табл. 4.3
Тип и конструкция кокиля
Область применения и конструк-
тивные особенности кокиля
Со створчатым разъемом
Для производства из цветных
сплавов мелких по массе отли-
вок, имеющих большие уклоны
на поверхностях или имеющих
форму тел вращения. Литнико-
вая система выполнена по разъ-
ему в стенках кокиля
Комбинированный
Матрицы
Для производства из цветных
сплавов сложных отливок. Соби-
рают кокиль из нескольких час-
тей. Литниковая система выпол-
няется по разъему в стенках
кокиля
4.3. ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА КОКИЛЯ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Для заливки расплава в песчаные и металлические (для специальных
способов литья) формы чаще всего используют литниковую систему.
Исключение составляет открытая заливка расплава в кокиль без литни-
ковой системы, когда точность получаемой верхней части отливки не
регламентирована или в этой части предусмотрена механическая обра-
ботка для снятия большого припуска.
Литниковая система (ГОСТ 18169-86) - это система ка-
налов и устройств для подвода жидкого металла к полости литейной
формы, отделения неметаллических включений и обеспечения питания
отливки при затвердевании. Кокильная литниковая система может быть
горизонтальной и вертикальной.
В горизонтальной литниковой системе питатели
расположены в горизонтальной плоскости разъема литейной формы. Ее
чаще всего применяют для литья отливок из различных сплавов в неразъ-
емных кокилях.
3—1613 65
Вертикальная литниковая система имеет питатели,
расположенные в вертикальной плоскости разъема литниковой формы
по положению при заливке. Ее наиболее часто используют в кокилях
с вертикальным разъемом для получения отливок из различных сплавов.
Вертикальную литниковую систему, предназначенную для подачи распла-
ва в полость кокиля сверху, называют верхней. Ее часто применяют
в кокилях, если необходимо обеспечить направленное затвердевание
отливки снизу вверх. Вертикальную верхнюю литниковую систему, по
которой подвод расплава производится несколькими рассредоточенны-
ми питателями, называют дождевой. Применяют такую литниковую
систему в кокилях для направленного затвердевания отливок снизу
вверх при использовании расплавов, которые слабо окисляются при кон-
такте с воздухом, а также для уменьшения термодинамического воздей-
ствия струи заливаемого расплава на стержни и дно, расположенные
внутри полости кокиля. Снижение термодинамического воздействия
струи достигается разделением ее на несколько более мелких.
Вертикальную или горизонтальную литниковую систему, по которой
производят подачу расплава в полость кокиля снизу, называют си-
I
1
<»
г
!
I
1
г
Рис. 4.2. Основные схемы литниковых систем ко-
киля:
а - сифонная в стенах кокиля, б - сифонная в цент-
ральном песчаном стержне, в — дождевая в стержне,
г — с верхним подводом расплава, д — с подводом
расплава по разъему кокиля, е — сифонная с изогну-
тым стояком; 1 — питатель, 2 — стояк, 3 — литнико-
вый ход, 4 — воронка, 5 — выпор, 6 - прибыль
66
ф о н н о й. Ее используют, если необходимо обеспечить плавное и
спокойное заполнение расплавом полости кокиля снизу, а также при
литье крупных по размерам и массе отливок.
Вертикальную литниковую систему, по которой расплав подают в
полость кокиля на нескольких уровнях, называют ярусной. Ее при-
меняют для производства в кокилях высоких отливок.
Литниковая система состоит в основном из следующих элементов:
чаши, стояка, шлакоуловителя, выпора, прибыли, литникового хода
и редко литникового дросселя.
Литниковая чаша предназначена для приема струи жидкого
металла и направления его в литниковый стояк или непосредственно в
рабочую полость литейной формы. Для кокилей чаще применяют ворон-
ку (рис. 4.2).
Литниковый стояк представляет собой вертикальный (реже
наклонный) прямой или изогнутый канал для подачи расплава из чаши
(или воронок) к другим элементам литниковой системы.
Шлакоуловитель задерживает шлак и неметаллические
включения, содержащиеся в потоке заливаемого металла.
Литниковый ход примыкает к нижней части стояка и выпол-
няется в виде горизонтально расположенного канала либо системы кана-
лов, служащих для распределения металла в плоскости разъема формы.
Питатель — прямой канал, предназначенный для непосредствен-
ного подвода металла к рабочей полости литейной формы.
Литниковый дроссель — местное сужение литниковой
системы в виде щелевидных каналов, предназначенных для регулирова-
ния скорости движения расплава и для заполнения им полости литейной
формы.
д) е)
Рис. 4.3. Основные виды закрытых прибылей:
а - верхняя простая, б - верхняя с газовым патроном, 1, в - верхняя с гори-
зонтальным песчаным стержнем 2, г — верхняя с пережимной диафрагмой 3,
д - верхняя с экзотермической вставкой 4, е - боковая простая, ж - боко-
вая с газовым патроном, 1, з — боковая с газопроницаемым песчаным стерж-
нем 2, и - боковая с пережимной диафрагмой 3
67
Выпор предназначен для вывода газов из полости литейной фор-
мы и для контроля заполнения ее жидким металлом.
Прибыль — открытая или закрытая (рис. 4.3) — полость в литей-
ной форме, примыкающая к наиболее массивным частям отливки и слу-
жащая для питания ее жидким металлом в период затвердевания и усадки.
4.4. СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ КОКИЛЯ
В процессе заливки расплава в кокиль воздух, находящийся в его
полости, быстро нагревается и многократно увеличивается в объеме.
Одновременно из защитного покрытия, песчаного стержня и расплава
выделяются газы, которые вместе с находящимся в кокиле воздухом
создают небольшое избыточное давление — противодавление заливке,
что замедляет скорость заполнения расплавом полости кокиля, а в ряде
случаев может стать причиной брака отливок по недоливу, а также
газовой пористости и раковинам.
В отличие от песчаных разовых форм кокиль не имеет естественных
пор, т.е. является газонепроницаемым. Газ из его полости удаляется
через вентиляционные каналы, соединяющие полость кокиля с атмосфе-
рой. Вентиляционные каналы выполняют по разъему, в знаковых частях,
между подвижными соединениями и в стенках кокиля. Эти каналы,
как правило, размещают в верхней его полости, а также в изолирован-
ных местах, откуда расплавом должен быть вытеснен газ.
Вентиляционные каналы по плоскости разъема кокиля, а также в
подвижных соединениях (выталкиватели) и знаковых частях выполняют
Рис. 4.4. Система вентиляции кокиля:
а — на разъеме кокиля, б — в стенках кокиля; 1 — риски-насечки, 2 — щель,
3 — упорная пробка, 4 — сквозная пробка, 5,6 — отверстия под пробки
68
в виде рисок-насечек 1 (рис. 4.4, а) или тонких щелей 2, различных по
протяженности и поперечному сечению. Каналами для отвода газов через
стенки кокиля служат отверстия 5 и 6, в которые запрессовывают сталь-
ные упорные 3 (рис. 4.4, £) или сквозные 4 вентиляционные пробки -
в е н т ы. На пробках выполнены различные по конфигурации и разме-
рам вентиляционные каналы. При этом сечение вентиляционных каналов
выбирают так, чтобы в них не образовывались большие заливы. Исклю-
чение составляют случаи, когда вентиляционные каналы размещают в
местах над поверхностным слоем отливки, который подлежит механи-
ческой обработке.
Следует отметить, что наиболее полно с минимальным противодав-
лением удаляются газы через каналы открытых прибылей и выпоров.
Правила размещения вентиляционных каналов приведены ниже (см.
§ 7.8).
4.5. РЕЖИМ И СПОСОБЫ ПОДОГРЕВА КОКИЛЯ
Режим подогрева. От начальной температуры кокиля перед заливкой
зависит качество получаемой отливки, безопасность рабочих, стойкость
стенок, вкладышей и стержней.
На холодных стенках кокиля, особенно на защитных покрытиях
из краски и облицовки, щелях по разъему, вентах и других местах
конденсируется влага. При заливке такого кокиля может произойти
выброс расплава и даже разрушение кокиля в результате диссоциации
воды и взрыва гремучего газа. Поэтому кокиль, в котором есть кон-
денсат влаги, должен быть подогрет до температуры не менее 360—370 К.
Такой подогрев достаточен для испарения влаги, но не обеспечивает
получение качественных отливок.
Холодный кокиль с тонкослойным теплоизоляционным покрытием
быстро отводит теплоту заливаемого расплава, в результате чего рабо-
чая полость кокиля может не полностью заполниться расплавом. Этим
объясняется также появление, в особенности на стальных отливках,
неспаев, трещин, усадочных раковин и пор, а в чугунных отливках по-
верхностного или сквозного отбела. Кроме того, холодный кокиль испы-
тывает максимальный по силе термический удар, который ускоряет раз-
рушение литейной формы и ее элементов.
Для предотвращения недоливов, неспаев и отбела чугуна рекомен-
дуется производить максимальный подогрев кокиля (см. табл. 8.4)
до температур 390—760 К. Этот интервал рекомендуемых температур
обобщен на основе учета вида заливаемого сплава, массивности и
сложности отливки, а также толщины ее стенки, материала кокиля и
толщины теплоизоляционного покрытия. Например, для тонкостенных
отливок принимают верхний предел нагрева кокиля, а для толстостен-
ных — нижний. Во всех случаях оптимальный температурный режим
подогрева кокиля в определенном темпе работы устанавливают на
основе опыта.
69
Необходимо отметить, что предварительный нагрев кокиля свыше
820 К может вызвать в отливках усадочные раковины, поры и повы-
шенную ликвацию, особенно в толстостенных и массивных отливках.
Раковины в железоуглеродистых сплавах могут образовываться и в
результате разложения гидроксида железа. По данным А.М. Петри-
ченко, этот дефект чаще всего возникает при литье в кокиль, у кото-
рого на рабочей поверхности имеются сетки и трещины разгара. Образо-
вание раковин при литье в кокиль, нагретый примерно до 1040 К,
объясняется также выгоранием углерода в чугуне кокиля.
Следует отметить, что в подогретом кокиле величина термических
напряжений, обусловленная заливкой в него расплава, всегда меньше,
чем в холодном, а поэтому его стойкость всегда выше. При этом чем
лучше теплоизоляционные свойства и соответственно больше толщина
слоя покрытия, тем выше стойкость кокиля (см. § 8.3).
Способы подогрева. Подогрев кокиля — ответственная технологи-
ческая операция, которая может выполняться различными способами.
При этом всегда необходимо выбирать тот способ, который позволяет
выполнять эту операцию в минимально короткий срок и с наименьшими
затратами.
Ниже приведены основные способы подогрева кокиля перед его
заливкой:
1. Теплотой остывающих отливок производят подогрев малых по
массе ручных кокилей для удаления из них сконденсированной влаги
и высушивания краски покрытия. С этой целью в полость кокиля поме-
щают только что выбитые из других форм отливки или нагретые любым
способом металлические предметы. Недостатком способа является
неравномерный подогрев стенок кокиля, возможные повреждения его
поверхности и покрытия.
2. Теплотой сливаемого расплава подогревают мелкие и средние по
размеру кокили. Для этих целей используют остатки расплава от залив-
ки других форм. В условиях массового производства часто производят
две-три промывочные заливки. При этом после получения первой отлив-
ки без недоливов и неспаев кокиль используют в заданном режиме его
работы. Необходимую температуру кокиля поддерживают подобранным
темпом повторных заливок, увеличением или сокращением продолжи-
тельности охлаждения отливки в кокиле, а также уменьшением или уве-
личением продолжительности остывания его на воздухе или в условиях
регулируемого искусственного охлаждения.
3. Задержкой выбивки отливок подогревают кокиль до заданной
температуры после перерыва в работе, а также при необходимости созда-
ния более высокого подогрева. Последнее часто практикуют, например,
при литье тонкостенных стальных отливок, чтобы исключить образова-
ние в них трещин и недоливов, а также отбела в чугунных отливках.
4. Для подогрева кокилей используют газовые горелки и несложные
переносные и стационарные нагревательные устройства. Газовые горелки
позволяют нагревать кокиль равномерно или избирательно с регулируе-
70
мым перепадом температуры по рабочим частям. Недостатками способа
являются загрязнение окружающей среды продуктами горения, а также
возможный местный перегрев рабочих частей кокиля пламенем ацети-
ленокислородных горелок, часто приводящий к его деформации и даже
разрушению.
5. Электрический подогрев используют для кокилей, эксплуатируе-
мых в составе кокильных машин, линий и роботизированных комплек-
сов. Способ позволяет осуществить дифференцированный нагрев раз-
личных частей кокиля перед началом его эксплуатации. Нагреватели
(ТЭНы) в этом случае помещают в полость кокиля или, что реже,
встраивают его в стенки.
6. Специальные устройства для подогрева, которые обычно неуни-
версальны, могут представлять собой систему газовых и электрических
нагревателей или специальных подогревательных камер и термостатов.
7. Экзотермические покрытия для подогрева используют редко.
Сущность способа заключается в том, что рабочую поверхность кокиля
покрывают экзотермической краской или облицовкой и заливают в него
расплав без предварительного подогрева. При этом резко уменьшается
или прекращается на определенное время отвод теплоты от расплава,
а выделяемая теплота от экзотермической реакции, а после прекращения
ее и от охлаждающегося расплава и отливки идет на подогрев кокиля.
4.6. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ КОКИЛЯ
Скорость естественного охлаждения кокиля воздушной средой часто
оказывается недостаточной. Поэтому для увеличения скорости затверде-
вания и охлаждения отливки, уменьшения цикла литья и повышения
стойкости кокиля применяют искусственное охлаждение.
Если необходимо незначительно уменьшить температуру кокиля, на-
пример при литье тонкостенных отливок, то в качестве охлаждающей
среды используют сжатый воздух. Для интенсивного охлаждения кокиля
применяют воду, а в ряде случаев — эмульсию, масло. Для местного
охлаждения отдельных частей кокиля используют водные краски.
Искусственное охлаждение может быть по всей рабочей поверхности
кокиля; местным с рабочей стороны его; по всей наружной поверхности
кокиля; местным с тыльной стороны и по всем поверхностям кокиля.
Применяют искусственное охлаждение свободной струей (душирова-
ние); проточными жидкостями или воздухом по замкнутым каналам;
окунанием кокиля или его отдельных частей в жидкость.
Искусственное охлаждение в зависимости от необходимого тепло-
отвода может осуществляться в течение всего процесса литья, после
выбивки отливки и во время пребывания отливки в кокиле.
В ряде случаев искусственное охлаждение сочетается с естественным.
Скорость естественного охлаждения может быть ускорена за счет умень-
шения толщины стенки кокиля и увеличения его наружной поверхности.
Для увеличения наружной поверхности применяют цилиндрические
71
штыри-выступы 2 (рис. 4.5,а), размещенные в шахматном порядке,
специальные медные вставки-холодильники, впрессованные в стенку
кокиля. Массивная часть хвостовика 3 (рис. 4.5, £) является составной
частью рабочей поверхности кокиля, а ребристая его часть 4 выступает
наружу.
Искусственное воздушное охлаждение кокиля производят через
полость 5 (рис. 4.5,в), выполненную на наружной стенке со штырями
или ребрами и в дополнительной перегородке 6 кокиля. В ряде случаев
через мелкие отверстия в трубе 8 (рис. 4.5,г) обдувают выступающую
за пределы кокиля ребристую часть 7 стержня. Для охлаждения пусто-
л 1 Сжатый
' Т Ьоздцх
Рис. 4.5. Системы охлаждения кокилей с вертикальной плоскостью
разъема:
а, б - естественное охлаждение, в, г, д - принудительное искусственное
воздушное охлаждение, е, ж, з *- принудительное искусственное водяное
охлаждение; 1 - поверхность кокиля, 2 - штыри-выступы, 3 - хвосто-
вик, 4 - ребристая часть хвостовика, 5 - полость, 6 - перегородка, 7 -
ребристая часть стержня, 8 - труба, 9 - пустотелый стержень, 10 - труба
с отверстиями в стенке, 11 - латунная трубка, 12 - полость с водой,
13, 14 - отверстия для подвода и отвода воды, 15 - труба с отверстиями
для подачи воды и ее разбрызгивания
72
телых металлических стержней 9 (рис. 4.5,6) внутрь их помещают труб-
i ки 10 с отверстиями, через которые от цеховой сети подают сжатый воз-
дух под давлением 0,3—0,6 МПа.
Искусственное жидкостное охлаждение осуществляют как через сис-
тему медных трубок 11 (рис. 4.5, е), размещенных в стенках кокиля,
так и через полость 12 (рис. 4.5,ж), омываемую жидкостью через отвер-
стия 13 и 14.
Способ охлаждения разбрызгиванием воды применяют для коки-
лей, имеющих равномерную толщину рабочей стенки и жесткую конст-
рукцию. В этом случае вода под давлением подается через трубу 75 (рис.
4.5, з) и, вытекая из выполненных в ее стенках отверстий диаметром
1—2 мм, отводит теплоту от наружной поверхности стенки кокиля.
Если обмываемая поверхность кокиля имеет коробчатую форму, ее
снабжают устройством для стока воды.
В кокиле используют также воздушно-водяное охлаждение его
стенок по трубчатому змеевику 1 (рис. 4.6,а), кольцевому коллектору
(рис. 4.6,6), на внутренней стороне которого размещены отверстия
диаметром 1 мм. В этих случаях холодная вода, обмывая стенки кокиля,
отнимает от него теплоту и свободными потоками стекает вниз по его
наружной поверхности. Следует отметить, что неразъемные кокили часто
охлаждают воздушно-водяной смесью с использованием форсунок 4
(рис. 4.6,г). На практике применяют и другие технологические схемы
искусственного охлаждения кокилей, часть которых рассмотрены в гл. 7.
Необходимо отметить, что наибольшую частоту литья отливок
в кокиль обеспечивает водяное охлаждение. Чтобы предотвратить попа-
Рис. 4.6. Схемы принудительного искусственного охлаждения вытряхных
кокилей:
а — охлаждение трубчатым змеевиком 1,6 — охлаждение кольцевым
коллектором 2, в — охлаждение кокиля разбрызгиванием воды через
трубчатый сектор 3 с отверстием в стенках, г — охлаждение кокиля
водовоздушной смесью через форсунки 4
73
дание воды или другой охлаждающей жидкости в полость кокиля, ее
подают в систему охлаждения под небольшим давлением.
4.7. МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ЗАПИРАНИЯ КОКИЛЯ
В процессе заливки кокиль должен выдерживать динамический и
статический напоры, а также гидравлический удар, возникающий в
момент его полного заполнения. Гидравлический удар по своей силе
многократно превышает динамический напор расплава на стенки и
стержни кокиля. Такой удар может раздвинуть разъемный кокиль,
сместить или разрушить размещенный в нем разовый песчаный
стержень.
Для удержания рабочих частей кокиля и стержней в рабочем поло-
жении применяют различные запорные устройства. Скрепление частей
преимущественно ручных кокилей часто производят скобами (рис.
4.7,а), которые плотно надвигаются на клиновые скрепляемые части
разъемного кокиля, фрикционными накладными (рис. 4.7,6, в), экс-
центриковыми винтовыми (рис. 4.7, г) и другими запорными устройст-
ве. 4.7. Запорные устройства для скрепления частей кокиля:
а - скобами, б, в - фрикционными накидными рукоятками, г — эксцентриковым
винтом; Г, 3 - оси поворота и упора, 2 — рукоятка, 4 — накидная скоба с винтом
вами. Для кокилей, работающих в составе машин, автоматов и автомати-
ческих линий часто используют шарнирно-рычажные запорные механиз-
мы с электроприводом.
74
4.8. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОКИЛЯ
Размерный ряд и конструктивные элементы немеханизированных
вытряхных и створчатых (с книжным вертикальным разъемом) коки-
лей регламентированы ГОСТ 16234—70 и 16235—70, а механизированных
с воздушным охлаждением - ГОСТ 16236-70. Другие элементы конст-
рукции кокиля, которые условно относят к вспомогательным (ребра
жесткости, охлаждающие штыри, направляющие, ручки, рукоятки,
колонки, выталкиватели, приспособления для выталкивания из кокиля
отливок и стержней, фиксаторы, направляющие штыри, вентиляционные
пробки и др.), также регламентированы стандартами: ГОСТ 16237-70 -г
ГОСТ 16261-70. Конструкции выталкивателей, колонок и направляю-
щих втулок кокилей, имеющих жидкостное охлаждение, стандартизиро-
ваны ГОСТ 21088—75 + ГОСТ 21093—75. Технические требования к ко-
килю предусмотрены ГОСТ 16262—70.
Стандартизация основных элементов конструкции кокилей и их
комплектующих изделий упрощает работу по их конструированию,
изготовлению и ремонту.
Для транспортирования тяжелых кокилей и для их установки на ко-
кильные машины часто применяют рым-болты, которые размещают с
учетом нахождения центра тяжести таких литейных форм. Многие детали
из стали в составе кокилей работают в тяжелых условиях (высокая тем-
пература, частые теплосмены, абразивное изнашивание и др.). Поэтому
эти элементы кокиля подвергают цементации или другой химико-терми-
ческой поверхностной обработке.
4.9. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ КОКИЛЯ
Матрицу кокиля чаще всего изготовляют из чугуна СЧ15—СЧ20 по
возможности с перлитной структурой, так как последняя обеспечивает
хорошую обрабатываемость и высокое качество поверхности.
Стенки чугунного кокиля в пределах одной марки сплава и при
одинаковых температурных режимах часто отличаются по стойкости к
теплосменам. При этом стойкость чугунного кокиля существенно зави-
сит от химического состава и структуры (графита и металлической
основы) сплава.
Следует отметить, что с уменьшением содержания в сером чугуне
серы, фосфора и марганца стойкость кокиля увеличивается (рис. 4.8).
С повышением содержания в чугуне алюминия трещиноустойчивость его
существенно возрастает. При добавке в чугун олова в качестве перлити-
затора стойкость кокиля увеличивается примерно на 25—30 %.
Для изготовления средних по массе отливок (десятки килограммов)
можно использовать кокиль из чугуна следующего химического состава,
мае. %: 3,3-3,5 С; 1,7-2,1 Si; 0,4-0,6 Мп: ~ 2,0 А1 и ~ 0,1 Sn. В качестве
перлитизатора можно использовать сурьму в количестве 0,05—0,1 %. В
этом случае дефицитная добавка олова в состав сплава исключается.
75
Рис. 4.8. Влияние содержания
серы, фосфора и марганца на
стойкость чугунного кокиля
Для изготовления кокилей, эксплуати-
руемых в условиях повышенных темпера-
турных нагрузок, рекомендуется использо-
вать чугун, легированный хромом и молиб-
деном. В этих же целях можно применять
высокопрочный чугун (ВЧ 45—5, ВЧ 50-2 и
др.), имеющий ферритно-перлитную основу
и шаровидную форму графита, а также
чугун с вермикулярной формой графи-
та, который, как и высокопрочный чу-
гун, повышает стойкость кокилей в 1,5—
2 раза.
Стальные кокили по стойкости превос-
ходят чугунные. Чаще всего их изготовляют
из стали марки 15Л, которая имеет повы-
шенную трещиноустойчиво сть. Однако
стальные кокили дороже чугунных, поэто-
му для производства отливок их применя-
ют относительно редко.
Кокили из медных и алюминиевых сплавов часто используют для
производства мелких по массе отливок преимущественно из цветных
сплавов.
Для изготовления нестандартных деталей кокилей применяют сталь-
ной прокат.
4.10. ВИДЫ И ФАКТОРЫ РАЗРУШЕНИЙ КОКИЛЯ
Виды разрушений. Принято различать следующие виды разрушений:
сквозные трещины (трещины первого рода), ориентированные трещины
(трещины второго рода), сетка разгара (трещины третьего рода),
размыв рабочей поверхности и приваривание к ней сплава, коробление
и механические повреждения.
Трещины первого рода появляются при первых заливках со стороны
наружной поверхности стенки кокиля под действием растягивающих
термических напряжений. Такие трещины обычно возникают в кокиле,
изготовленном из хрупкого сплава, т.е. из серого чугуна различных
марок, а также при наличии на наружных поверхностях кокиля концент-
раторов напряжений (раковин,’острых углов и др.).
Трещины второго рода, образующиеся на рабочей поверхности
кокиля, по мере увеличения числа теплосмен расширяются и удлиняются
в направлении наружной поверхности кокиля. В первую очередь они
появляются на участках, где имеются концентраторы напряжений, а так-
же на поверхностях каналов литниковой системы, которые соприкаса-
ются с расплавом, имеющим максимальную температуру.
Трещины третьего рода расположены на рабочей поверхности коки-
ля и представляют собой густую сеть мелких по глубине трещин. Они
76
ir
ухудшают извлечение отливки из кокиля и часто являются причиной
образования газовых поверхностных раковин и пор.
Размыв рабочей поверхности кокиля и приваривание к ней сплава
связаны с высокотемпературным эрозионным воздействием струи
расплава. Такое воздействие возрастает по мере повышения температуры
расплава при отсутствии или недостаточной толщине теплоизоляцион-
ного покрытия.
Коробление кокиля увеличивается по мере его эксплуатации и свя-
зано с необратимыми пластическими деформациями. Причиной коробле-
ния прежде всего является неравномерный по толщине нагрев стенок
кокиля и обусловленные этим остаточные напряжения. Следует отме-
тить, что кокили из чугуна с увеличением числа теплосмен увеличива-
ются в размерах (’’растут”).
По мере коробления кокиля уменьшается размерная точность полу-
чаемых отливок, увеличиваются заливы по разъему, а также повыша-
ется трудоемкость их обрубки.
Механические повреждения кокиля появляются в результате нару-
шений технологии его эксплуатации и особенно при затрудненной вы-
бивке отливок. Механические повреждения являются источниками и
концентраторами напряжений, на месте которых могут появиться раз-
личные трещины.
Рис. 4.9. Диаграмма преобладающих факторов разрушения кокиля и их взаимные
связи
77
Факторы разрушений. На стойкость кокиля из любого сплава оказы-
вают влияние тепловые, механические, химические, гидродинамичес-
кие, диффузионные и другие процессы. Стойкость кокиля зависит от
материала, из которого он изготовлен, вида сплава отливки и ее массы,
а также от габаритных размеров и толщины стенки отливки, конструк-
ции литниковой системы, наличия толщин и теплофизических свойств
теплоизоляционного покрытия и других факторов, приведенных на рис.
4.9. На основе диаграммы преобладающих факторов можно выделить
следующие основные виды разрушений кокиля; сетка разгара и тре-
щины, коробление и механические повреждения.
4.11. ПРОФИЛАКТИКА, РЕМОНТ И ХРАНЕНИЕ КОКИЛЯ
Правильная эксплуатация и своевременный качественный ремонт
кокиля увеличивают его стойкость и являются необходимым условием
производства отливок заданного качества.
Перед работой кокиль должен быть проверен и подготовлен к экс-
плуатации согласно технологической инструкции. Мелкие неисправности
кокиля (привар сплава к рабочим стенкам, риски, забоины, заусенцы, за-
сорение вент и гнезд выталкивателей) исправляет кокильщик-сборщик.
О более серьезных неисправностях кокиля и оборудования, на котором
он эксплуатируется, необходимо сообщить мастеру или механику цеха.
Текущий ремонт кокиля производят при выходе из строя одной
или нескольких вент, при наличии мелких трещин, коробления, неисп-
равностей толкателей и металлических стержней. В этом случае трещины
на рабочей поверхности разделывают, заваривают, а наплавленный слой
сравнивают с поверхностью металлоформы. Во всех случаях выправляют
коробление половинок кокиля, добиваясь их плотного смыкания на по-
зиции заливки расплава. При необходимости заменяют или прочищают
каналы вент, исправляют геометрию выталкивателей и металлических
стержней.
Капитальный ремонт кокиля производят после образования в нем
крупных сквозных трещин, при большом короблении и выходе из
строя нескольких деталей. В этом случае производят заварку трещин,
выполняют необходимые слесарные работы, производят термообработку
кокиля для снятия внутренних напряжений.
При всех видах ремонта трещину или другое повреждение кокиля
очищают от ржавчины, окалины, влаги, песка и других загрязнений и
разделывают под заварку. Зона разделки по всем размерам должна
быть больше размеров дефекта или трещины. Наплавленный слой, кото-
рый должен выступать над рабочей поверхностью кокиля на 4 мм, сни-
мают слесарной или механической обработкой. После этой операции
кокиль подвергают термической обработке (обычно отжигу и реже нор-
мализации) для снятия внутренних напряжений.
Следует отметить, что с целью уменьшения коробления и вероят-
ности образования трещин кокили периодически термообрабатывают,
78
i
например, мелкие по массе кокили из стали марки 15 Л — через каждые
3000—4000 заливок по режиму: медленный нагрев до 820—870 К, вы-
держка при этой температуре 3—4 ч, медленное охлаждение с печью
до 520 К и далее на воздухе.
После капитального, а в ряде случаев и текущего ремонта проверяют
основные размеры рабочей полости кокиля и при необходимости произ-
водят несколько контрольных заливок. Полученные отливки контроли-
руют по всем размерам обычно на плите. В случае отклонения отдельных
размеров отливки сверх допустимых значений производят доводку
полости кокиля до необходимых размеров. Данные о ремонте кокиля
заносят в его паспорт.
Следует отметить, что небольшие отклонения размеров отливки от
заданных иногда регулируют за счет изменения по технологии толщины
теплоизоляционного покрытия и частично величиной подогрева кокиля,
которое определяет его размеры в результате расширения материала.
Кокиль в комплекте с другой оснасткой (стержневые ящики, шаб-
лоны) хранят в цехе или на складе. Мелкие и средние по массе кокили
размещают в специально отведенных и пронумерованных местах на
стеллажах, а крупные — на полу цеха или склада. Перед отправкой
на хранение кокиль очищают от теплоизоляционного покрытия, прочи-
щают отверстия в вентах, а рабочие поверхности стальных и чугунных
кокилей покрывают смазкой, исключающей их коррозию.
Контрольные вопросы
1. Что такое кокиль и как в нем получают отливку?
2. Из каких материалов изготовляют кокили и какова их стойкость в зависи-
мости от вида материала и массы производимых отливок?
3. Какие разновидности кокилей применяют для литья отливок?
4. Перечислите виды разрушений кокилей и от чего они зависят?
5. Как осуществляют подогрев, охлаждение и вентиляцию кокиля?
6. Как ремонтируют и хранят кокили?
5. ЛИТЕЙНЫЕ СТЕРЖНИ
5.1. РАЗНОВИДНОСТИ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ
Литейный стержень — элемент литейной формы, предназна-
ченный для образования отверстия, полости или иного сложного контура
в отливке. Для получения сложных и крупных отливок в опоках и кес-
сонах применяют формы, целиком или частично собранные из стержней
(стержневая литейная форма). Стержни используют также для выполне-
ния элементов литниковой системы как в крупных разовых литейных
формах, так иногда и в кокилях. Стержни классифицируют по ряду
признаков.
79
1. По кратности использования стержни могут быть разовыми и
многократными. Разовые стержни применяют для получения одной
отливки, их подразделяют на:
песчаные, удаляемые из отливки на выбивной решетке или на спе-
циальном оборудовании (вибрационных машинах, в галтовочных бара-
банах, гидравлических камерах и др.); такие стержни используют наибо-
лее часто;
металлические, изготовляемые из легкоплавких сплавов; они обра-
зуют в отливках сложные, обычно узкие и криволинейные каналы;
удаляют такие стержни из отливок выплавлением.
Многократные металлические стержни изготовляют из стали и реже
из чугуна. Такие стержни из полости отливки извлекают целыми и ис-
пользуют повторно. Наиболее часто их используют в кокилях, эксплу-
атируемых в составе машин, автоматов и автоматических комплексов.
2. Разовые стержни подразделяют по массе и иногда по объему на
мекие, средние и крупные.
3. С учетом метода упрочнения разовые стержни могут быть сыры-
ми, сухими, химически и самотвердеющими, спекаемыми в нагреваемых
стержневых ящиках.
4. По конструктивным признакам различают стержни сплошные,
тонкостенные и оболочковые (рис. 5.1, а, б, в). Последние применяют
редко.
Рис. 5.1. Виды разовых песчаных стержней:
а - сплошные, б - тонкостенные, в - оболочковые
5. По назначению стержни подразделяют на центровые, образующие
в отливках отверстия или перекрывающие полость вытряхного кокиля
сверху; наружные, образующие на наружных стенках отливки сложные
поверхности, приливы, бобышки, а также защищающие отдельные по-
верхности кокиля от быстрого изнашивания под воздействием струи
расплава; литниковые, применяемые для оформления всей или частично
литниковой системы (чаши или воронки, выпора, прибыли, шлакоуло-
вителя, дросселя, фильтровальной сетки); вспомогательные, которые
применяют для крепления основных стержней или прокладывают между
отливкой и выталкивателями кокиля.
80
6. По сложности конструкции и условиям эксплуатации разовые
песчаные стержни (рис. 5.2) подразделяют на пять классов.
К стержням 1-го класса (рис. 5.2,а) относят наиболее сложные
по форме и тонкостенные стержни, которые соприкасаются основной
частью рабочей поверхности с расплавом и образуют в отливках узкие
и обычно не доступные для механической обработки полости. Такие
стержни имеют тонкие поперечные сечения знаков, что затрудняет вывод
через них газов при заливке расплава. Они должны обладать высокой
прочностью и эрозионной стойкостью, иметь малую газотворную способ-
ность. При литье в кокили их применяют для образования полос-
тей преимущественно сложных и ответственных по назначению
отливок.
Рис. 5.2. Стержни различных классов сложности
Стержни 2-го класса (рис. 5.2, £) имеют сложную конфигурацию,
более массивную внутреннюю часть с выступающими тонкими ребрами
и перемычками, большие по площади поперечного сечения знаки, на
которых стержни крепятся в кокиле или другой форме. Стержни этого
класса образуют в отливках сложные по форме и обычно механически
необрабатываемые поверхности внутренних полостей.
Стержни 3-го класса (рис. 5.2,в) имеют среднюю сложность, образу-
ют внутренние и внешние механически необрабатываемые поверхности,
их часто применяют для производства отливок в кокилях и песчаных
формах.
Стержни 4-го класса (рис. 5.2,г) имеют простую конфигурацию,
массивные и толстостенные, образуют в отливках внешние и внутренние
механически обрабатываемые и необрабатываемые поверхности. Ис-
пользуя такие стержни для производства отливок, имеющих значитель-
ные по размерам полости.
Стержни 5-го класса (рис. 5.2, д) — крупные, массивные стержни
с толстыми сечениями в знаках и других местах, образуют в отливках
81
необрабатываемые ровные или с плавным переходом поверхности. При-
меняют такие стержни для формирования наружных и внутренних
полостей в простых по конструкции отливках.
5.2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СТЕРЖНЮ
В процессе заливки расплава, затвердевания и охлаждения отливки
литейный стержень подвергается термическому, эрозионному и силово-
му воздействиям. При этом особенно разрушительно действует гидрав-
лический удар расплава. Поэтому к разовым литейным стержням, осо-
бенно при использовании их в кокилях, предъявляют следующие повы-
шенные требования: стержни должны иметь высокую общую и особенно
поверхностную прочность; минимальные осыпаемость и газотворную
способность; высокие газопроницаемость и противопригарность; быть
податливыми (сжимаемыми) в момент усадки отливки и хорошо из нее
выбиваться.
Разовые стержни в процессе их изготовления и сушки или другого
упрочнения не должны деформироваться. Повышенная прочность таких
стержней в сыром состоянии достигается установкой в них металли-
ческих каркасов, арматуры, крючков и прошпиловкой их специальными
гвоздями, а также повышением степени их уплотнения в литейных стер-
жневых ящиках. С этой же целью используют стержневые смеси с повы-
шенной прочностью в сыром состоянии. Для поверхностного упрочнения
и предотвращения пригара сырые стержни окрашивают различными теп-
лоизоляционными и противопригарными красками. В ряде случаев прот-
тивопригарной краской (водной или самовысыхающей) покрывают
стержни в сухом состоянии, а также затвердевшие стержни из ХТС и
ЖСС.
Повышенная газопроницаемость стержней обеспечивается примене-
нием в смесях однородных крупнозернистых песков, выполнением
в стержнях искусственных вентиляционных каналов, использованием
для крупных стержней в качестве каркасов газопроницаемых шнуров,
заполнением средней части стержня пористым наполнителем и т.д.
Податливость стержня достигается за счет снижения в составе его
смеси глинистой составляющей и вводом в смесь органических добавок
(древесных опилок, торфа),, каменноугольной пыли, которые при
воздействии теплоты расплава выгорают. В трудновыбиваемые стерж-
невые смеси на основе жидкого стекла также вводят выгорающие добав-
ки, в том числе графит, торфяную смолу.
Для уменьшения осыпаемости стержней их изготовляют из смеси
повышенной прочности. С этой же целью стержни покрывают упроч-
няющими противопригарными красками, в том числе и флуоресциру-
ющей. Последняя образует светящееся покрытие для автоматического
контроля целостности стержней, а также и литейных форм.
82
5.3. ЭЛЕМЕНТЫ ПЕСЧАНОГО СТЕРЖНЯ
И ПРОЦЕССЫ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Элементы песчаного стержня. Литейные стержни проставляют и кре-
пят в любой литейной форме с помощью одного или нескольких стер-
жневых знаков. Они предназначены и для удаления из стержня
газов, как находящихся в его порах, так и образующихся в нем при на-
греве стержня расплавом и остывающей отливкой.
Для удобства установки и точного центрирования стержня в кокиле
или другой литейной форме на его стержневых знаках выполняют конус-
ность, а также создают регламентированные стандартом зазоры между
знаками стержня и соответствующими стенками полости под знаки в
кокиле.
Чтобы стержень занял точно определенное место и не проворачи-
вался вокруг своей оси, на его знаках предусматривают фиксаторы,
которые часто называют замками. Замок представляет собой специ-
альную выемку или выступ на знаке стержня. Эти выступы обычно
имеют прямоугольную или трапецеидальную форму.
Большинство сырых стержней имеют малую прочность. Поэтому для
придания им прочности в них устанавливают различные по конструкции
стальные и чугунные каркасы. К последним прикрепляют изготов-
ленные из стальной проволоки подвески для транспортирования и
простановки в литейную форму средних и крупных стержней.
Проволочные каркасы (рис. 5.3,а) изготовляют из стальной низко-
углеродистой (мягкой) проволоки диаметром 2—6 мм для мелких по
размерам стержней и диаметром до 20 мм - для крупных.
Отливки каркасов в форме брусков (рис. 5.3,£) и каркасы в форме
рамок (рис. 5.3,в) чаще всего выполняют из чугуна и реже из стали.
При этом в них всегда заливают вески и иногда торцы.
Комбинированные каркасы (рис. 5.3,г) представляют собой соче-
тание литого чугунного основания с проволочными элементами, а иног-
да и литыми торцами. Используют такие сложные каркасы для изго-
товления средних и крупных литейных стержней.
Специальные каркасы могут иметь форму коробкц» (рис. 5.3,д),
трубы (рис. 5.3,е) и другого полого элемента с множеством сквозных
отверстий для удаления из стержня газов.
Габаритные размеры любого каркаса и его торцов должны быть на
20—60 мм меньше соответствующих размеров стержня. Вески 2 соеди-
няют с основанием каркаса так, чтобы было удобно перемещать и уста-
навливать стержень в кокиль. При наличии одной вески ее размещают
в центре тяжести стержня, что является необходимым условием точной
простановки его в кокиль. Большие и длинные стержни снабжают 2, 3
или 4 весками, что обеспечивает их точное размещение в кокиле.
Холодильники — металлические элементы, которые иногда
размещают в стержнях при ручной формовке. Они являются сильными
поглотителями теплоты расплава в местах формирования массивных
83
Рис. 5.3. Стержневые каркасы:
а - проволочные, б - литые в форме брусков, в - литые в форме рамок, г - ком-
бинированные, д — коробчатые, е — трубные; 1 - основание, 2 — вески, 3 - литые
торцы, 4 — проволочные и прутковые элементы
частей отливки, что предотвращает формирование в ней усадочных рако-
вин и пор.
Изготовление песчаных литейных стержней. Общее представление
о ручном способе изготовления песчаного стержня приведено в § 1.4.
Ниже рассмотрены особенности изготовления стержней из песчаной
смеси, смеси на основе жидкого стекла, ЖСС и ХТС.
Подготовка стержневого ящика к работе включает проверку
его комплектности и исправности, а также нанесение на его рабочие
поверхности керосина или другого разделительного покрытия.
В подготовленный стержневой ящик для среднего или крупного (по
объему) стержня насыпают смесь (30—60 мм), после чего устанавливают
пучки проволоки (арматуру) в места, где находятся выступающие части
стержня, и закрепляют модель для формирования полости под наполни-
тель. Далее производят уплотнение смеси ручной или пневмати-
ческой трамбовкой так, чтобы не повредить стенки стержневого ящика.
Последующую набивку стержневой смеси производят слоями (80—
100 мм) до 3А высоты стержневого ящика. Затем осаживают (вдавлива-
84
: ют) в уплотненную смесь каркас, смоченный глинистой суспензией. При
этом каркас должен отстоять от стенок стержневого ящика на 20—60 мм,
а торцы каркаса, проволока и петли весок не доходить до поверхности
| стержня на 10—20 мм. При высоте стержня свыше 750 мм в нем разме-
щают два ряда каркасов, которые соединяют между собой арматурой.
После установки каркаса удаляют модель под пористый наполнитель
и в образованной полости душником диаметром 6—8 мм накалывают
вентиляционные каналы из расчета не менее 8 наколов на 1 дм2 поверх-
ности; в полость засыпают пористый наполнитель и слегка его уплотня-
ют. При этом толщина уплотненной смеси от стенки ящика до наполни-
теля должна составлять 60—80 мм для стержней с наибольшей стороной
до 500 мм, 80—100 мм — до 1000 мм, 100—120 мм — более 1000 мм.
Далее досыпают стержневую смесь до верха полости стержневого
ящика и уплотняют ее. После этого насыпают стержневую смесь выше
уровня стержневого ящика и вновь уплотняют ее, накалывают со сторо-
ны плоскости набивки вентиляционные каналы, срезают излишек смеси
и разглаживают поверхность стержня со стороны плоскости набивки.
В литейных стержнях, набиваемых по половинам, прорезают вентиляци-
онные каналы по плоскости разъема спаривания и выводят их в знако-
вые части стержня или в специальный ’’газовый” стояк.
После набивки стержня на ящик накладывают сушильную плиту
и поворачивают их на 180°. На стержневой ящик длиной до 1 м и высо-
той до 0,5 м плиту можно и не накладывать, а кантовать его со стержнем
на рядом расположенную сушильную плиту.
Извлечение стержня начинают с обстукивания стержневого
ящика молотком. При этом происходит отделение поверхности стержня
от стенок стержневого ящика. Затем производят подъем стержневого
ящика без перекоса строго вертикально вверх. Если применяют неразъ-
емный стержневой ящик, то вначале со стержня снимают коробку
стержневого ящика, а после дополнительного обстукивания отделяют от
него отъемные части.
Отделку стержня производят сразу после его извлечения из
стержневого ящика. В этом случае тщательно заделывают выступающие
и недостаточно уплотненные места, подрывы и отверстия сквозных нако-
лов; укрепляют выступающие части формовочными шпильками длиной
75—125 мм при шаге прошпиловки 25-40 мм; накалывают вентиля-
ционные каналы от плоскости знаков стержня до пористого наполни-
теля, а также в местах, плохо поддающихся сушке, душником диа-
метром 12 мм; открывают петли весок; устанавливают при необходи-
мости холодильники.
Установку холодильников производят в такой последовательности:
место под установку холодильника засыпают тонким слоем стержневой
смеси: вдавливают в смесь один или несколько холодильников и прове-
ряют правильность их размещения шаблоном или линейкой; укрепляют
холодильники формовочными шпильками; заделывают зазоры между
холодильниками и песчаным стержнем смесью.
85
При производстве мелких по размерам стержней на машинах и ав-
томатах отделку их не производят.
Окраску стержня противопригарной краской производят
из пульверизатора и реже (при использовании густой краски) кистью.
Краской покрывают только те части стержня, которые при заливке
находятся в контакте с расплавом и охлаждающейся отливкой.
Сушку стержней производят обычно партиями по установ-
ленному режиму в различных тупиковых и проходных сушилах. Как
правило, крупные и средние по объему стержни сушат в камерных
тупиковых сушилах периодического действия, а мелкие и частично
средние стержни - в конвейерных проходных вертикальных и горизон-
тальных сушилах непрерывного действия. Температура сушки стержней
с учетом свойств связующего равна 450—620 К, а длительность сушки (в
зависимости от толщины стержней) — 1 —12 ч, а иногда и более.
Высушенные стержни или их части при необходимости исправляют
по рабочей поверхности. Трещины заделывают специальными замазками
или стержневой смесью на жидком стекле. Исправленное место покры-
вают самовысыхающей противопригарной краской, а в случае исполь-
зования водной краски окрашенное место подсушивают газовой горел-
кой. После этого преимущественно на мелких стержнях производят ка-
либровку стержневых знаков с использованием специальных машин или
вручную. Готовые стержни комплектуют в партии, необходимые и доста-
точные для изготовления одной или нескольких отливок, после чего
передают их на сборку кокильных или других форм или на склад.
Часть средних и крупных по объему стержней состоят обычно из
двух и иногда больше частей. После сушки эти части спаривают (соединя-
ют) в цельный литейный стержень. Место стыковки и швы промазывают
специальным клеем или замазкой. Заделанные швы на стержнях покры-
вают противопригарной краской и подсушивают.
Изготовление стержней из смеси на основе жидкого стекла. Песча-
ные стержни имеют низкую прочность во влажном состоянии, а для их
сушки требуются существенные энергозатраты и время. Поэтому при
литье стальных и частично крупных чугунных отливок часто применяют
стержни из смесей на основе жидкого стекла. Они в 10—15 раз прочнее
обычных песчаных. Изготовление стержней из жидко стекольной смеси,
кроме ее упрочнения, существенно не отличается от их производства из
песчаной смеси с тепловой сушкой. Уплотненную стержневую смесь в
стержневом ящике продувают углекислым газом, под действием которо-
го она быстро необратимо твердеет. Твердение смеси основано на проте-
кании химической реакции:
Na2O • т SiO2 • п Н2О + СО2 Na2CO3 + т SiO2 + иН2О
жидкое стекло углекислый карбонат гель кремниевой
газ натрия кислоты
В этом случае образовавшийся в результате реакции гель кремние-
вой кислоты прочно и необратимо связывает зерна песка при отвержде-
86
нии. Продолжительность выдержки стержня на позиции продувки зави-
сит от расхода и полноты прохождения газа СО2 через стержневую
смесь в ящике. Перед продувкой стержневой ящик обстукивают молот-
ком до появления зазора по плоскостям прилегания смеси к стенкам
ящика, после чего осуществляют ее продувку углекислым газом под
давлением 0,08—0,12 МПа одним из следующих способов: введением
газа в тело стержня через выполненные в нем вентиляционные каналы
(время продувки 10—12 с); подачей газа во внутреннюю полость стерж-
ня; помещением стержня в заполненную газом СО2 камеру, а также
повышением и уменьшением давления его в камере; обдувкой наруж-
ных поверхностей мелких по массе стержней и др.
Следует отметить, что и после продувки углекислым газом стер-
жень продолжает упрочняться в течение двух суток за счет малых кон-
центраций газа СО2, находящегося в окружающей атмосфере. При
этом особенно быстро происходит упрочнение стержня при его нагреве,
связанного с сушкой противопригарной водной краски.
Недостатком стержней на основе жидкого стекла является сильная
пригораемость их к стальным отливкам и большая трудоемкость их
выбивки.
Изготовление стержней из ЖСС и ХТС. Эти смеси обеспечивают
скоростное изготовление средних и крупных стержней, а также и форм
с минимальной трудоемкостью. Стержни формуют преимущественно в
деревянных стержневых ящиках, рабочую поверхность которых перед
формовкой натирают смесью керосина и серебристого графита или
другим разделительным покрытием. Стержни из ЖСС и ХТС имеют
высокую прочность, их чаще всего изготовляют без каркасов, но всегда
с весками.
Приготовленную на скоростном смесителе ЖСС заливают в полость
стержневого ящика по так называемой ’’бетонной” технологии. После
чего из затвердевающего стержня в первую очередь извлекают элементы,
образующие в нем основные вентиляционные каналы и полости, а также
фиксаторы, закрывающие петли весок. Излишек смеси по верхнему
уровню стержня или торца его знака срезают линейкой и после выдерж-
ки (15—45 мин), необходимой для необратимого твердения и упрочне-
ния смеси, стержень извлекают из ящика.
Извлечение стержня производят в такоД последовательности: из
стержня удаляют все доступные отъемные части, кантуют стержневой
ящик со стержнем на 180° и разбивают его (или снимают со стержня).
После извлечения стержня из ящика его отделывают и покрывают в 1-3
слоя водной или самовысыхающей противопригарной краской, чтобы
заделать поры и тем самым предотвратить образование пригара на отлив-
ках. При этом его подсушивают столько раз, сколько слоев краски на
него наносилось.
Достоинством ЖСС является большая проницаемость, а недостатка-
ми — плохая выбиваемость, податливость и сильная пригораемость к
отливкам. Некоторое уменьшение пористости смеси достигается вибро-
87
уплотнением ее на позиции заливки в стержневые ящики и до момента
начала твердения. При этом подвижность (жидкотекучесть) ЖСС можно
регулировать изменением содержания в ней пенообразователей (поверх-
ностно-активных веществ) и интенсивность смешивания их с песком и
другими компонентами смеси.
Песчано-смоляные смеси различного состава, твердение которых
осуществляется за счет введения в них катализаторов, называют холод-
нотвердеющими смесями (ХТС). Их приготавливают непосредственно
на стержневом участке и сразу после перемешивания засыпают в полость
стержневого ящика, после чего уплотняют любым способом.
В качестве связующих для таких смесей используют карбамидно-
фурановые, фенолофурановые и другие синтетические смолы, а в каче-
стве катализатора, ускоряющего процесс самотвердения, — неорганичес-
кие и органические кислоты (например, бензосульфокислоту, орто-
фосфорную кислоту), иногда шлаки феррохрома и др. Длительность
отверждения стержней регулируется количеством вводимого катали-
затора и находится в пределах от 40—60 с до 40 мин.
Стержни из ХТС обладают по сравнению со стержнями из ЖСС
повышенными плотностью, теплоемкостью, теплопроводностью, проч-
ностью и меньшей пригораемостью к отливкам. К недостатку следует
отнести плохую податливость, выбиваемость, регенерируемость и самое
главное — неблагоприятные для работающих и окружающей среды фено-
лоформальдегидные и другие газовые выделения повышенной токсич-
ности.
С целью уменьшения токсичности ХТС применяют фосфатную
систему связующих (двухкомпонентных неорганических), которая
состоит из кислого водорастворимого жидкого алюмофосфатного свя-
зующего и порошкового отвердителя — оксида металла. При изготовле-
нии ХТС песок смешивают с отвердителем, затем вводят связующее. Так
как составляющие смеси имеют неорганическую природу, газовыделе-
ния и запах при заливке и выбивке их незначительны. При этом улучша-
ются их выбиваемость и регенерируемость. Для таких стержней не при-
меняют водные противопригарные покрытия, которые могут растворять
связующее, а также цирконовые и хромитовые покрытия, образующие
при заливке расплава флюсы, а на основе последних пригар. При литье
стальных отливок хорошие результаты обеспечивают магнезитовые
противопригарные покрытия.
В настоящее время начинают применять новый состав ХТС, состоя-
щий из фенольной смолы и отвердителя (эфира), которая не содержит
фурилового спирта и азота и имеет очень низкое содержание свободных
фенолов и формальдегида.
Изготовление литейного стержня в нагреваемом стержневом ящике.
Основными преимуществами этого способа являются высокая степень
механизации и автоматизации изготовления стержней, отсутствие сушки
стержней в сушилах, высокие прочность (1,5—5,0 МПа) и размерная
точность стержней, возможность изготовления сплошных и оболочковых
88
стержней. Недостаток — относительная сложность конструкции стерж-
невых металлических ящиков с встроенными в них электронагрева-
телями.
Сущность процесса заключается в следующем. Перед началом работы
металлический ящик нагревают до 350—370 К и пульверизатором нано-
сят на его рабочую поверхность разделительный состав (3 %-ный раствор
каучука СКТ в уайт-спирите). Затем ящик нагревают до 470—520 Кив
него на пескодувной или пескострельной машине или автомате вдувают
песчано-смоляную смесь, имеющую исходную прочность 0,003—
0,006 МПа. В состав смеси входят (мае. %): песок марки 1К02Б (или
А) — 92,7, пульвербакелит ПК-104 — 6,9 и керосин — 0,4. Смесь может
быть приготовлена и на основе фенолоформальдегидных (нагрев до
490 К), фурановых (500—510 К) и других смол.
В стержневом ящике смесь под действием теплоты нагревается,
связующее размягчается, обволакивает частицы песка и необратимо
твердеет, придавая высокую прочность стержню. Для приведенной выше
смеси предел прочности на разрыв в упрочненном состоянии составляет
не менее 4,5 МПа. Полученные по такой технологии стержни могут ис-
пользоваться без покрытий или с нанесением на них обычно одного
и реже двух слоев. Для первого слоя можно применять краску следую-
щего состава (мае. ч.): тальк — 44,4; эмульсия поливиниловая ацетат-
ная — 3,4; графит аморфный (черный) — 47 и вода — 5,2. Для второго
слоя целесообразно использовать краску, состоящую (мае. ч.): из кварца
пылевидного — 27,4; глины бентонитовой в виде суспензии — 1,5; таль-
ка — 19,2; графита аморфного — 42,3; УКС — 5,4 и воды — 4,2. В отдель-
ных случаях для ускорения твердения стержня смесь в стержневом
ящике продувают воздухом, имеющим температуру 470—670 К.
Чтобы уменьшить расход связующего, смесь предварительно плаки-
руют и по возможности используют для ее приготовления однородные
по размеру зерен пески округлой формы. Для уменьшения расхода
песчано-смоляной смеси отдельные стержни выполняют оболочковыми,
для чего используют, например, центробежные стержневые машины
модели АЦИС-1 ОБ.
Автоматы моделей 232А21А1, 23225А1А (с вертикальным разъе-
мом), 23223А2А, 23225А2, 23227А2А и 23229А2 (с горизонтальным
разъемом) предназначены для изготовления соответственно стержней
объемом до 2,5; 4; 10; 25 и 63 дм3.
Роботизированные комплексы для изготовления песчаных стержней
методом горячего твердения (рис. 5.4) включают пескострельную стерж-
невую машину 7, ленточные транспортеры 2 приема стержней 6, промыш-
ленный робот-стержнеукладчик 3, подвесной конвейер 4, шкафы 5
энергопитания и управления. После раскрытия стержневого ящика
стержень падает на поверхность приемного ленточного транспортера 2,
выполненную из упругих элементов, и перемещается им к промыш-
ленному роботу. Схват робота снабжен ориентирующим вакуумным
устройством, с помощью которого осуществляется захват, фиксация
89
Рис. 5.4. Роботизированный комплекс для изготовления песчаных стержней:
1 - пескострельная стержневая машина горячего отверждения стержней, 2 - лен-
точные транспортеры, 3 - промышленный робот-стержнеукладчик, 4 - подвесной
конвейер, 5 - шкафы энергопитания и управления, 6 - стержни, 7 - транспортная
плита подвесного конвейера 4
стержня 6 и передача его на транспортную плиту подвесного конвейера
4. Принцип работы промышленного робота маятниковый. Робот уста-
новлен в центре между двумя стержневыми машинами и осуществляет
захват, транспортирование и укладку стержней на конвейер от обеих
стержневых машин. Движения промышленного робота, приемных
ленточных транспортеров и подвесного конвейера синхронизированы.
Извлечение стержней из стержневого ящика и укладку их на стерж-
невые плиты выполняет манипулятор (рис. 5.5). На основании 1 мани-
пулятора размещен привод, состоящий из пневмоцилиндра (на рисунке
не показан), рейки 2 и зубчатого колеса 3. С колесом жестко соединен
кривошип 4, выходной шарнир А которого связан с рукой 6 манипу-
лятора. Для регулирования длины руки и обеспечения поворота служит
направляющее устройство 5. При разъеме стержневого ящика 9 гото-
вый стержень 10 захватывается и извлекается с помощью вакуумной
присоски 11, которая присоединена к поворотной кисти 7 манипулятора.
Стержень извлекается при движении рейки 2 и повороте кривошипа 4
на угол <р, шарнир А которого описывает траекторию Т2. Рука манипу-
лятора при этом перемещается, схват-присоска со стержнем в положении
/описывает траекторию 1\. По достижении положенияIIвакуум в схва-
те-присоске снимается и стержень подается на стержневую плиту 12. Воз-
врат руки и кисти манипулятора в исходное положение осуществляется
за счет обратного перемещения рейки 2. Для обдува полости стержнево-
го ящика после освобождения от стержня предназначено сопло 8, ук-
репленное на конце кисти манипулятора. Отсос воздуха от присоски
и создание вакуума производятся через шгуцер 13, а штуцер 14 служит
для подачи сжатого воздуха к соплу 8 для обдува полости стержневого
ящика. Далее стержень 6 с транспортной плиты 7 подвесного конвейера
90
Рис. 5.5. Манипулятор для извлечения стержней из стержневых ящиков:
1 - основание, 2 - рейка, 3 - зубчатое колесо, 4 - кривошип, 5 - направля-
ющее устройство, 6 - ’’рука” манипулятора, 7 - поворотная кисть манипуля-
тора, 8 - сопло для обдува полости стержневого ящика, 9 - стержневой
ящик, 10 - стержень, 11 - вакуумная присоска, 12 - стержневая плита,
13, 14 - штуцера
(см. рис. 5.4) снимаются ро ботом-про станов щиком стержней (на ри-
сунке не показан) и по заданной программе устанавливается в полость
кокиля или другой литейной формы. Приведенный роботизированный
комплекс применяют пока для простановки мелких по размерам стерж-
ней в вытряхные и реже разъемные кокили.
5.4. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МНОГОКРАТНЫЕ И РАЗОВЫЕ СТЕРЖНИ
Металлические многократные стержни обычно применяют в механи-
зированных и автоматизированных кокильных машинах и комплексах.
Такие стержни обычно оформляют в отливках прямолинейные или рас-
ширяющиеся по направлению оси извлечения стержня полости. Стержни
работают в наиболее тяжелых температурных условиях и по этой
причине их изготовляют из термостойких материалов (сталь 45Л, У8А,
5ХНМ, ХВС и др.), а также из высокопрочного и реже серого чугуна.
Взамен металлических стержней иногда используют вкладыши из стали и
чугуна.
Вкладыши предназначены для выполнения в отливке различных
выступов (рис. 5.6,а) и поднутрений без дополнительного разъема
кокиля. Устанавливают их в наиболее интенсивно разрушающихся частях
кокиля (рис. 5.6, £). Относительно редко для уменьшения скорости
охлаждения тонких стенок отливки используют вкладыши с неметалли-
ческими прокладками (рис. 5.6,в). Вкладыши устанавливают в знаки
или гнезда кокиля и после заливки расплава удаляют их вместе с затвер-
девшей и охладившейся до заданной температуры отливки. От отливки
вкладыш отделяют вручную для его повторного использования.
91
Рис. 5.6. Металлические вкладыши:
а - для выполнения выступов на отливке, б - для уменьшения разгара рабочих
поверхностей кокиля, в - для изменения теплофизических свойств кокиля
Металлические стержни, выполняющие в отливках полости или от-
верстия простых очертаний (рис. 5.7,а), извлекают из отливки сразу
после затвердевания расплава, когда она имеет малую прочность при
небольшой усадке. В этом случае заклинивающее действие отливки на
стержень невелико, что обеспечивает извлечение его из полости или
отверстия без значительных усилий. При этом вероятность нарушения
сплошности и возникновения трещин в отливке снижается.
Рис. 5.7. Металлические стержни:
а - извлечение стержня парал-
лельно направлению размыкания
кокиля, б - извлечение стерж-
ней под различными углами
к направлению размыкания ко-
киля; 1 - половинка кокиля,
2 - отливка, 4 - центровой
клин, 3, 5 - боковые части
стержня
Металлические стержни кокилей 7, оформляющие в отливках 2
внутренние полости сложных очертаний, в том числе и с поднутрениями,
изготовляют составными (рис. 5.7, £). В таком случае осуществляют
предварительное извлечение центрового клина 4, после чего сближают и
удаляют из полости отливки боковые части 3 и 5 металлического
стержня.
При извлечении стержня отливка должна иметь опору, так как в
противном случае стержень потянет ее за собой. В зависимости от конфи-
гурации полости в отливке, размещения ее в кокиле и числа металли-
ческих стержней их удаляют параллельно направлению смыкания и раз-
мыкания кокиля (рис. 5.8,а, б) или под разными к нему углами
(рис. 5.8,в, г).
Удаление стержня и размыкание кокиля производят в такой после-
довательности: первым из отливки извлекают стержень, после чего
92
Рис. 5.8. Способы извлечения металлических стержней из полости от-
ливки:
а, б - параллельно размыканию кокиля, в, г - под разными углами к на-
правлению размыкания кокиля; 1 - металлический стержень, 2 - отлив-
ка, 3 - хвостовик стержня, 4 - половинка или целый кокиль
через определенное технологией время производят размыкание кокиля.
Металлические вкладыши, если они не отделились от отливки в момент
размыкания кокиля и при падении ее в приемную емкость, удаляют
после частичного охлаждения отливки.
Продолжительность нахождения металлического стержня в отливке
должна быть минимальной, но достаточной для формирования и необ-
ходимого упрочнения контактирующих со стержнем поверхностей.
Если по каким-либо причинам он не будет удален из отливки, то извлечь
ее из полости кокиля обычно не удается. Исключение составляет случай,
когда отливку удаляют из кокиля в направлении, которое совпадает
с направлением извлечения ее из стержня. В этом случае стержень отделя-
ют от привода, снимают с него все фиксаторы и ограничения, а затем
вместе с отливкой извлекают из кокиля.
Приспособлением, которое облегчает удаление металлических стерж-
ней из отливок, является телескопическое соединение двух стержней
(рис. 5.9,а). Внутренний стержень 1 извлекают первым, и он, пройдя
определенное расстояние, захватывает наружный стержень 2, после чего
их дальнейшее движение происходит совместно и синхронно. Если оба
стержня объединить в один, то при движении такого стержня вниз воз-
93
можен отрыв центральной части отливки от другой ее части. Применяют
также неподвижный упор 3 (рис. 5.9,б), поддерживающий массивную
часть отливки в то время как стержень 4 опускается. Описанное приспо-
собление позволяет исключить возможную деформацию отливки.
Рис. 5.9. Приспособления (а—ж) для удаления стержня
Если металлическим стержнем формируют внутреннюю полость
ребер, то в этом случае лучше применять составные стержни, так как они
могут предотвратить повреждение отливки при извлечении стержня. На
рис. 5.9,в показано эксцентрическое приспособление, позволяющее
вначале опускать центровую 5, а затем — боковые 6 и 7 части стержня.
Если конфигурация внутренней полости отливки имеет сложную
форму или в ней есть поднутрения, а также полости без конуса, то при-
меняют стержни с различными специальными приспособлениями. На рис.
5.9,г показан пример получения сложных полостей отливки с использо-
ванием составных металлических стержней из восьми внутренних 8—14 и
четырех боковых 15—18 частей.
94
Для производства отливок с внешними глубокими поднутрениями
применяют выдвижные стержни 19 и 20 (рис. 5.9,д). После затверде-
вания расплава эти стержни перемещают в пазу плиты для освобождения
фланцев отливки, что обеспечивает ей свободную усадку по высоте.
На рис. 5.9, е показан кокиль с поворотным металлическим стерж-
нем 27, входящим в полость частей 22 и 23 кокиля. Слева на этом рисун-
ке изображено положение кокиля при заливке в него расплава, справа —
кокиль разомкнут, а стержень — извлечен.
Для получения отливок со сложными внутренними полостями
используют комбинированные стержни, состоящие из разовых песчаных
и металлических. Сложные полости образуют разовыми песчаными, а
более простые — металлическими стержнями (рис. 5.9,ж).
Очень сложные полости отливок, извлечь из которых литейные
стержни невозможно или технически трудно, часто отливают с использо-
ванием выплавляемых металлических стержней. В этом случае материал
стержня имеет температуру плавления, которая на несколько сот граду-
сов меньше температуры плавления материала отливки, что недостаточно
для расплавления менее тугоплавкого материала стержня при заливке
кокиля. Далее полученную отливку нагревают до температуры плавле-
ния материала стержня, а полученный расплав выливают из нее, осво-
бождая формируемую полость. Чтобы исключить сплавление поверхно-
сти такого стержня с расплавом, его покрывают специальной краской.
5.5. УСТРОЙСТВА И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ
Извлечение металлических стержней в мелких ручных кокилях
обычно производят вручную, а на машинах и автоматах с использовани-
ем различных механических и автоматических устройств. Так как для
извлечения отливок из кокилей необходимы большие усилия, то в маши-
нах и автоматах для этой цели применяют различные по конструкции и
мощности гидравлические приводы.
Извлечение стержней из ручных кокилей выполняют с помощью
простейших инструментов и приспособлений: ломика, клина, эксцентри-
ка, эксцентриковых скоб и др.
Ломиком (рис. 5.10,а) извлекают небольшие металлические
стержни, площадь контакта которых с отливками не превышают 60—
80 см2.
Эксцентриковые приспособления применяют для
извлечения нижних и боковых стержней. При этом эксцентрик должен
быть установлен так, чтобы середина его пальца 2 (рис. 5.10,б) совпада-
ла с центром приложения сил, требующихся для удаления стержня 7.
Поворотом рукоятки 4 и цилиндрической части 3 перемещают палец по
овальной прорези стержня и таким образом опускают его вниз на 10—
15 см.
95
Рис. 5.10. Ручные приспособления и механизмы для извлечения металлических
стержней
Эксцентриковые скобы (рис. 5.10,в) используют для
извлечения верхних и боковых металлических стержней с перемещением
по длине не более 10—12 мм в момент подрыва. Этот способ применяют,
если удалить стержень из отливки эксцентриком невозможно.
Простыми клиновыми устройствами извлекают из
отливки стержни большой длины и малого диаметра. В этом случае клин
7 (рис. 5.10, г) забивают в паз стержня молотком. Конусность клина в
направлении его удаления принимается не более 15°. Недостатком
такого устройства является быстрый износ полостей клина, паза стержня
6 и кокиля 5 в местах их контакта с клином.
Рычажно-шарнирное приспособление (рис. 5.10,д)
позволяет быстро извлекать из отливки металлический стержень. Одна-
ко оно имеет недостаточную жесткость и требует приложения больших
усилий к рычагу 8.
Вороток (рис. 5.10,е) используют для удаления металлических
стержней с большими усилиями в момент подрыва. Тяга 9 воротка не-
подвижно укреплена в центре головки металлического стержня, на дру-
гом ее конце имеется трапецеидальная резьба, по которой перемещается
вороток 77, упирающийся в скобу 10, свободно стоящую на матрице
кокиля. Вращая рукоятку 72, приводят в движение тягу, которая под-
нимается вверх и увлекает за собой металлический стержень.
В реечных механизмах (рис. 5.10, ж) стержень извлекают
вращением зубчатого колеса 13, которое перемещает в вертикальном
направлении зубчатую рейку 14, имеющуюся на хвостовике стержня 75.
Рычаг 76 фиксирует стержень в рабочем положении»
В винтовых приспособлениях (рис. 5.10,з) стержень
77 извлекают вывинчиванием хвостовика 18 из корпуса винтовой гай-
кой 79, соединенной со штурвалом 20.
Контрольные вопросы
1. Из каких материалов изготовляют стержни для литья в кокили?
2. Какова технология изготовления стержней по СОз -процессу, из ЖСС, ХТС
и смесей, отверждаемых в нагреваемой оснастке?
3. С помощью каких приспособлений извлекают металлические стержни из
ручных кокилей?
6. ВЫБОР И РАСЧЕТ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ КОКИЛЯ
6.1. СПОСОБЫ ПОДВОДА РАСПЛАВА
Литниковая система для литья в кокиль должна обеспечивать плав-
ный подвод расплава в его полость, задержание шлака, создание усло-
вий направленного затвердевания и получение качественных отливок
без усадочных раковин и пор.
4—1613 97
Разнообразие используемых для литья в кокиль сплавов и большой
диапазон (по массе и сложности) отливаемых отливок в значительной
степени предопределяет конструкцию кокильной литниковой системы.
Различают литниковые системы с питателями, расположенными в
горизонтальной и вертикальной плоскостях разъема формы (см. § 4.3);
по способу подвода расплава их делят на верхнюю, дождевую, сифон-
ную, ярусную и др. Перечисленные разновидности литниковых систем
приведены ниже.
Литниковые системы для подвода расплава в
полость кокиля сверху могут быть применены для производства от-
ливок из всех сплавов (кроме магниевых). Такие литниковые системы
могут иметь различные конструктивные исполнения, некоторые из кото-
рых показаны на рис. 6.1.
Литниковая система
6.1, а) предназначена для
с коротким стояком 2 и воронкой 1 (рис.
производства отливок из чугуна и алюминие-
Рис. 6.1. Схемы литниковых систем для подво-
да расплава сверху:
а - с коротким стояком, б - с коротким сто-
яком и воронкой, в - с всплывающей сеткой,
г - с дождевой литниковой системой и фильт-
ровальной сеткой; 1 - литниковая вородка
(или чаша), 2 - стояк, 3 - кокиль, 4 - по-
лость кокиля, 5 - всплывающая сетка
98
вых сплавов. Ее выполняют
в кокиле 3 с вертикальным
разъемом в одной из его
половин.
Литниковая система с
коротким стояком 2 и во-
ронкой 1 (рис. 6.1, б) может
быть выполнена по верти-
кальному разъему в обоих
половинах кокиля.
Для производства круп-
ных отливок литниковую
чашу 1 выполняют в виде
стержня с всплывающей сет-
кой 5 (рис. 6.1,в). Такая
литниковая система предназ-
начена для производства
отливок из высокопрочного
чугуна с шаровидной, а
также вермикулярной фор-
мой графита. Для аналогич-
ных отливок может быть ис-
пользована дождевая литни-
ковая система с чашей, кото-
рая имеет несколько отвер-
стий для фильтрования спла-
ва (рис. 6.1,г).
Литниковые сис-
темы для подвода
расплава в полость ко-
киля сбоку по конструк-
Рис. 6.2. Схемы литниковых систем для подвода расплава сбоку:
а - в одной половине кокиля, б - в двух половинах кокиля, в - при размещении
элементов литниковой системы в одной половине кокиля, г - при размеще-
нии элементов литниковой системы в двух половинах кокиля, д — при размещении
элементов литниковой системы в стержне и половинах кокиля; 1 - стояк, 2 - во-
ронка, 3 - кокиль, 4 - питатель, 5 - полость в кокиле для отливки, 6 - прибыль
в стержне
тивному исполнению могут быть различными. При размещении рабочей
полости 5 в обеих частях разъемного кокиля 3 элементы литниковой
системы (стояк 7, воронка 2 и питатель 4) могут быть выполнены в
одной (рис. 6.2, а) или двух половинах (рис. 6.2,6) кокиля с вертикаль-
ным разъемом.
При расположении полости 5 для получения отливки в обеих частях
кокиля 3 воронку 2 и стояк 1 размещают в одной (рис. 6.2, в) или двух
(рис. 6.2, г) частях кокиля с вертикальной плоскостью разъема.
Для изготовления отливок из высокопрочного чугуна в двухмест-
ном кокиле с вертикальным разъемом элементы литниковой системы
можно размещать в песчаном стержне и частично в рабочих стенках
кокиля. Такая литниковая система, в которой воронка 2 и прибыль 6
размещены в стержне, а стояк 1 и питатели 4 — в половинах кокиля,
приведена на рис. 6.2, д.
Рис. 6.3. Схемы сифонных литнико-
вых систем:
а - подвод расплава к одной поло-
сти кокиля, б - подвод расплава
к двум полостям кокиля; 1 - сто-
як, 2 - воронка, 3 - половина
кокиля, 4 - питатель, 5 - полость
кокиля для формирования отливки
Размещение литниковой воронки,
а при необходимости и прибыли
улучшает направленность затвердева-
ния отливки снизу вверх к литни-
ковой воронке и прибыли.
Сифонные литниковые системы
могут иметь различную конструкцию,
две из которых приведены на рис. 6.3.
Сифонная литниковая система (рис.
6.3, а) подводит расплав к полости
кокиля, расположенной с одной сторо-
ны от стояка 7. Для получения в коки-
ле за одну заливку двух отливок
используют сифонную литнико-
вую систему, приведенную на рис.
6.3,6
Для уменьшения скорости запол-
нения расплавом полости кокиля,
повышения плавности его поступле-
ния, создания направленного затверде-
вания отливки, а также для литья
цветных сплавов применяют литни-
ковые системы с наклонным и змее-
видным стояком, щелевым или кол-
лекторным питателем и др.
6.2. ВЫБОР ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ
При выборе литниковой системы сначала отбирают те разновидности
ее, которые позволяют получить качественную отливку из заданного
сплава с наименьшим расходом его на литниковую систему. Из возмож-
ных разновидностей выбирают литниковую систему с учетом ориентиро-
100
вочного определения технологичности, стоимости и сложности изготов-
ления кокиля и другой литейной оснастки, а также серийности произ-
водства.
Экономичными с точки зрения расхода расплава являются литни-
ковые системы с наименьшим объемом стояка, воронки (или литнико-
вой чаши) и питателей (литниковых ходов). Наиболее предпочтительны
для этого случая различные верхние литниковые системы, промежуточ-
ное положение занимают боковые литниковые системы и наиболее
неэкономичны — сифонные литниковые системы.
Если отливка высокая и должна изготовляться в вертикальном
положении, то для кокиля предусматривают ярусную боковую литни-
ковую систему, а в случае ее непригодности — сифонную или щелевую.
Верхние литниковые системы часто применяют в кокилях для литья
отливок из цветных, а иногда и черных сплавов. Для изготовления круп-
ных отливок из чугуна часто используют ярусную боковую литниковую
систему. Сифонная литниковая система в основном предназначена для
изготовления крупных отливок из стали и частично из чугуна.
При литье высокотемпературных расплавов элементы литниковой
системы сильно нагреваются и быстро изнашиваются. Это особенно
сказывается при литье крупных чугунных, а особенно стальных и тита-
новых отливок. Поэтому в указанных случаях каналы литниковых
систем всегда покрывают противопригарными покрытиями, а в ряде
случаев (литье стали и чугуна) литниковую систему выполняют стерж-
нями или специальными керамическими трубочками из огнеупорного
материала.
6.3. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ
Расчет каналов литниковой системы для песчаных, кокильных и
частично других форм ведут по расходу расплава при заливке каналов
или по их суммарной площади поперечного сечения.
Для железоуглеродистых и мелких сплавов практически всегда ис-
пользуют сужающуюся литниковую систему (запертую), для которой
определяющим является расход расплава через питатель или питатели.
Для литья магниевых и частично алюминиевых сплавов (для последних
в зависимости от интервала кристаллизации) применяют расширяющую-
ся литниковую систему с определяющим сечением стояка или стояков.
Скорость заливки расплава в любую форму зависит от поперечного
сечения каналов литниковой системы, гидравлического ее сопротивле-
ния, температуры, жидкотекучести, вязкости, плотности расплава, а
также скорости его затвердевания в каналах и др. Все эти параметры
точно учесть трудно. Поэтому расчет литниковых систем
производят по эмпирическим формулам, номограммам и
соотношениям каналов.
Площадь суммарного поперечного сечения питателей S Fn цдя полу-
чения отливки в кокиль из чугуна можно определить по формуле
101
£F =
п
5,78- 1012aimoin
—— ц _ t у
«o^-ig
P - V
где дио1л — масса отливки, кг; д — коэффициент расхода; ах = Х^х^ —
коэффициент теплоотдачи кокильной краски, Вт/(м2 • К); Хкр — коэф-
фициент теплопроводности кокильной краски, Вт/ (м • К); хкр — тол-
щина слоя кокильной краски, м; 60 — средняя толщина стенки отливки,
м; Яр — расчетный гидравлический напор расплава, м; £зал — температу-
ра заливки расплава, К; — температура расплава в самом удаленном
месте от питателя в конце заливки, К; коэффициент теплопроводности
Хкр для сажистого кокильного покрытия равен 0,03 Вт/(м • К).
Для расчета площади поперечного питателя (или суммарной площа-
ди питателей) при литье массивных и толстостенных отливок принимают
следующие значения коэффициента расхода расплава в зависимости от
конструкции литниковой системы: при подводе расплава в полость
кокиля сверху через короткий стояк д = 0,7-Ю,8; при заливке расплава
через дождевую литниковую систему д = 0,6; при подводе расплава
сбоку д = 0,4-Ю,5; при подводе расплава снизу через сифонную литни-
ковую систему д = 0,4.
Расчетный гидравлический напор Яр при подводе расплава в полость
кокиля сверху через короткий стояк равен 1,2Я, где Я —высота стояка
вместе с заливочной воронкой (или чашей), м. При заливке расплава
сверху через дождевую литниковую систему Яр = 1,4Я; при подводе
расплава сбоку Яр = Hq-PI(2C)\ при подводе расплава снизу Яр =
= Яо, где Яо — расстояние от места поступления расплава в полость
кокиля до верхнего его уровня в воронке; С — высота отливки; Р —
высота отливки от питателя.
При расчете площади поперечного сечения питателей для производ-
ства тонкостенной отливки коэффициент расхода д рекомендуется
уменьшать на 0,1—0,15 по сравнению с коэффициентом расхода анало-
гичных литниковых систем для получения массивных и толстостенных
отливок.
Температуру расплава в самой удаленной от питателя точке можно
принимать в конце заливки в кокиль равной температуре ликвидуса.
Температура заливки чугуна не должна быть больше 1573—1593 К.
На практике она, как правило, колеблется в более широких пределах.
Поэтому для облегчения расчета сечения питателя по приведенной выше
формуле в табл. 6.1 приведены значения lg[(^3an - fK)/(^i - fK)] в
зависимости от температуры заливаемого в кокиль расплава серого
чугуна.
Для литья в кокиль отливок из серого чугуна используют следующее
соотношение каналов литниковой системы: Fn : FK : FCT = 1 : 1,5 : 1,25
или 1,2 : 1,1 : 1,0, где Fn площадь поперечного сечения питателя (или
питателей), FK — площадь поперечного сечения коллектора (иногда лит-
102
никового хода); — площадь поперечного сечения стояка в узком
месте (или сумма их площадей).
6.1. Температуры заливки расплава чугуна для определения
Температу- 1g [(*зал - tK) / (t i fK)]
pa заливки--------------------------------------------
расплава Тонкостенные отливки Толстостенные Массивные
серого чу- гуна в ко- киль, К отливки, получа- отливки, получаемые получаемые в емые в двухслой- получаемые в кокиле с двухслойном ко- ном кокиле с во- в кокиле с во- водяным ох- киле с водяным дяным охлажде- дяным ох- лаждением охлаждением нием лаждением
1613 0,060 0,100 0,073 0,080
1603 0,056 0,097 0,069 0,076
1593 0,053 0,093 0,065 0,073
1583 0,049 0,089 0,061 0,069
1573 0,045 0,086 0,057 0,066
1563 0,042 0,082 0,054 0,062
Использование расширяющейся литниковой системы для производ-
ств чугунных отливок целесообразно, если в ней предусмотрены элемен-
ты торможения скорости заливки (наклонный стояк, дроссели, фильтру-
ющие сетки, питающая закрытая прибыль между коллектором и питате-
лем) .
Для производства отливок из высокопрочного чугуна можно исполь-
зовать литниковую систему для изготовления отливок из серого чугуна,
но при этом сечения каналов литниковой системы необходимо увеличи-
вать в 1,3 раза.
Размеры литниковых систем для каждой конкретной отливки по-
степенно оптимизируются по практическим результатам. Исходя из этого
при замене изношенного кокиля очень часто уменьшают размеры тех или
иных элементов литниковой системы.
При протекании расплава через воронку, стояк, литниковый ход и
питатели он быстро теряет теплоту перегрева, а на стенках литниковой
системы образуется слой затвердевшего сплава обычно толщиной 0,5—
1,0 мм. Этот слой в зависимости от множества факторов (температуры
перегрева расплава, скорости его течения и теплоемкости, температуры
нагрева кокиля и теплопроводности защитного покрытия каналов
литниковой системы, теплоты кристаллизации расплава и др. ) в период
заливки может увеличиваться, оставаться неизменным или расплавлять-
ся. Все это в конечном счете влияет на скорость заливки расплава в ко-
киль, а также на качество получаемой в нем отливки.
103
При разработке технологии производства отливок в кокиль реко-
мендуется тонкостенные и массивные отливки получать из расплава
с минимальным перегревом, а тонкостенные отливки — из расплава с
высоким перегревом в момент его заливки в кокиль. При этом отливки
с толстой и средней толщиной стенок стремятся получить без усадочных
дефектов, ликвации и с мелкозернистой структурой, а тонкостенные
отливки без недоливов и неспаев. Поэтому в этих целях осуществляют
корректировку размеров литниковой системы часто на основе скорости
подъема расплава в полости кокиля относительно его вертикальных
стенок и металлических стержней. Ориентировочно считают, что для про-
изводства отливок из серого чугуна с толщиной стенки не менее 10 мм
скорость подъема расплава в кокиле должна быть не менее 20 мм/с. При
такой минимальной скорости заливки расплава в кокиль на отливке не
образуются неспаи и недоливы.
Поперечное сечение питателя можно рассчитать и п о
массе получаемой в кокиль отливки. Например, на основании опыта
производства тонкостенных отливок из серого чугуна массой 15—30 кг
в кокиль с вертикальным разъемом поперечная площадь питателя прини-
мается из расчета 1 см2 на 4,5—5,0 кг массы отливки.
Для повышения плавности заполняемости кокиля и повышения ка-
чества отливок между окончанием стояка и началом литникового хода
(или питателя) выполняют обыкновенный зумпф глубиной до 45 мм
или зумпф шаровидной формы диаметром до 50 мм. Такие конструк-
тивные изменения литниковой системы рекомендуется применять при
литье отливок их чугуна массой до 60 кг.
В кокиле, как правило, предусматривают один выпор и реже
(при литье крупных отливок) несколько. Его размещают всегда над
самой верхней точкой полости кокиля так, чтобы через выпор полностью
вытеснялись газы. Заполнение его расплавом указывает на прекращение
процесса заливки. Диаметр выпора в месте соединения с отливкой не
должен быть больше 0,8 толщины ее стенки. Питающее воздействие вы-
пора на плотность и предотвращение образования в отливке усадочных
раковин и пор незначительно. Именно по этой причине их используют
преимущественно при литье тонкостенных отливок.
Число устанавливаемых прибылей и их конструкция зависят от
места расположения и объема тепловых узлов отливки. Применяют их
преимущественно для массивных и толстостенных отливок из сплавов,
имеющих большую объемную усадку (сталь, ковкий и высокопрочный
чугун, бронза и латунь). В конструкции кокиля чаще всего предусматри-
вают одну прибыль. Исключение составляют случаи, когда тепловые узлы
в отливке рассредоточены и скорость затвердевания их невозможно по-
высить за счет применения холодильников и изменения способов под-
вода расплава в полость кокиля.
На обычную прибыль в любой литейной форме расходуется в 12—16
раз больше расплава, чем это необходимо для заполнения усадочной
раковины в тепловом узле отливки из любого сплава. Поэтому в совре-
104
менной практике с целью экономии расплава в конструкции песчано-гли-
нистых и кокильных формах предусматривают различные теплоизоля-
ционные стержневые и оболочковые прибыли. Особенно эффективны
при литье в кокиль оболочковые прибыли из следующих теплоизоляци-
онных материалов: вспученного вермикулита, вспученного перлита и
термоперлита. Применение теплоизоляционных оболочек позволяет
уменьшить объем прибыли на стальных отливках — в 1,5-1,8 раза, на
чугунных — в 2—2,5 раза, на отливках из цветных сплавов — в 2—4 раза.
Магниевые и алюминиевые сплавы всегда в расплавленном состоя-
нии засорены шлаковыми включениями, оксидными пленами и имеют
высокое газо со держание. При большой скорости заливки такие включе-
ния не успевают всплыть наверх и задержаться в каналах литниковой
системы из-за малой плотности таких сплавов (магний — 1739 кг/м3,
алюминий — 2703 кг/м3). Это предопределяет то, что скорость движения
расплава в стояке литниковой системы должна быть не больше 130 см/с,
а в последующих каналах (коллектор, питатель) еще медленнее. Замед-
ление скорости движения в коллекторе, питателе (или нескольких пита-
телях) помимо создания гидравлических сопротивлений и уменьшения
жидкотекучести достигается в основном за счет последовательного
(после стояка) увеличения площади поперечного сечения коллектора,
а затем и питателя (или питателей).
В отличие от расчета литниковой системы для железоуглеродистых
и медных сплавов, который ведут по площади поперечного сечения пита-
теля, расчет литниковой системы для магниевых и алюминиевых сплавов
начинают с определения поперечной площади стояка (или стояков)
в самом узком месте.
Площадь стояка для литниковой системы магниевых, алюминиевых
и медных сплавов, как правило, определяют по номограммам, кото-
рые учитывают массу отливки без прибыли, внешний периметр отливки,
ее высоту, минимальную толщину стенки отливки, включая припуск на
механическую обработку, максимальный гидростатический напор.
На рис. 6.4 приведена номограмма для определения площади попе-
речного сечения стояка для литья магниевых сплавов. В этом случае по
данным конкретной отливки определяют на номограмме точки а, б и
в. Далее через точку а шкалы I и точку в шкалы III проводят прямую
до пересечения со шкалой IV, на которой получают точку г. Через точки
б и г проводят прямую до пересечения со шкалой V, на которой получа-
ют точку д, соответствующую искомой площади поперечного сечения
стояка или стояков. Далее по выбранному соотношению FCT : FK : Fn =
= 1 : 2 : 3 до 1 : 2 : 6 определяют площадь поперечного сечения коллек-
тора, питателя или питателей. Номограмма может быть использована для
расчета литниковых систем расширяющего типа, предназначенных для
литья алюминиевых сплавов.
На практике используют пластинчатые, круглые и змееобразные
вертикальные и наклонные стояки. Круглые стояки применяют при
гидростатическом напоре не более 350 мм, пластинчатые стояки —
105
Рис. 6.4. Номограмма для расчета поперечной площади стояка для магниевых спла-
вов:
/ - высота отливки без верхней прибыли, II - минимальная толщина стенки отлив-
ки, III - масса отливки, IV - шкала, V - шкала для определения площади сечения
стояка
не более 500 мм, а змееобразные стояки допускается использовать для
заливки форм с любым гидростатическим напором. Коллектор в сечении
имеет форму шлакоулавливателя, а питатели — чаще всего щелевые
вертикальные или горизонтальные с толщиной щели не более 8 мм.
Алюминиевые сплавы могут заливаться в кокиль в зависимости от
параметров отливки через верхнюю, сифонную, боковую, вертикально-
щелевую и комбинированную литниковые системы.
Алюминиевые литейные сплавы могут содержать большое количест-
во эвтектики (больше 50 %) и иметь высокие литейные свойства (АЛ2,
АЛ4, АЛ9 и др.), могут быть в виде твердых растворов с малым содер-
жанием эвтектики и пониженными литейными свойствами (АЛ1, АЛ8,
АЛ7, АЛ 19, АЛ23, АЛ27 и др.). Сплавы первой группы кристаллизуются
в узком интервале температур, а сплавы второй группы — в широком
интервале температур. Все это обусловливает применение расширяющих-
ся (FCT : FK : Fn = 1 : 2,5 : 3 или 1:2:4) или сужающихся (FCT :
: FK : Fn = 3 : 2 : 1 или 4:2: 1) литниковых систем. Во всех случаях в
сужающую литниковую систему можно ввести дополнительные сопро-
тивления, при этом замедлить течение расплава, а следовательно, и из-
менить соотношение площадей в сечениях каналов литниковой системы.
Медные литейные сплавы имеют повышенные плотность и объемную
усадку. Для их литья предусматривают литниковую систему, которая
уменьшает скорость течения расплава и обеспечивает направленное
затвердевание отливок за счет увеличения сечения питателей, применения
различных открытых и закрытых прибылей, увеличения объемов зумпфа
и питающей бобышки между отливкой и коллектором.
Контрольные вопросы
1. Какие разновидности литниковых систем используют для литья в кокиль
и как влияет скорость движения расплава на качество отливок?
2. Какое отличие между сужающейся и расширяющейся литниковыми система-
ми и какой их канал является определяющим для расчета?
3. Какой интервал кристаллизации имеют алюминиевые сплавы?
7. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ кокиля
7.1. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ОТЛИВКИ ПО ЧЕРТЕЖУ ДЕТАЛИ
Перед разработкой конструкции отливки по чертежу детали, изготов-
ляемой литьем в кокиль, анализируют и определяют: из какого сплава
должна производиться отливка и возможна ли замена его по согласова-
нию с заказчиком на другой вид или другую марку сплава; какие отвер-
стия в отливке целесообразно изготовлять литьем или механической
обработкой; где необходимо предусмотреть и какие следует назначить
допуски, а также припуски на механическую обработку; сколько необ-
ходимо стержней и из каких материалов их можно изготовлять; какова
107
минимальная толщина и максимальная разностенность элементов отлив-
ки; какие поверхности отливки являются базовыми для механической
обработки; по каким осям или поверхностям может проходить один
или несколько разъемов кокиля; какими должны быть конструктивные
уклоны на вертикальных и других стенках отливки; в каком ее месте
должны размещаться питатели и другие элементы литниковой системы;
какую усадку сплава следует назначить при конструировании рабочих
полостей кокиля и литейных стержневых ящиков; какие требования
по качеству поверхности, прочности, структуре, обрабатываемости и гид-
роплотности сплава необходимо обеспечить литьем.
Ниже более подробно рассмотрены перечисленные вопросы констру-
ирования отливки по чертежу ее детали. В дальнейшем для упрощения
изложения внутренняя полость кокиля и каналы элементов литниковой
системы условно принимаются за готовую отливку с литниковой
системой.
1. Конструктивные уклоны на вертикальных стенках отливки
(относительно стенок кокиля) регламентируются ГОСТ 3212—80.
Указанный стандарт содержит уклоны применительно для литья в песча-
но-глинистые формы. При производстве отливок в кокили упомянутые
уклоны могут быть меньше. Конструктивные уклоны выбирают в зави-
симости от высоты наружных и внутренних стенок (табл. 7.1), площади
контакта отливки с рабочей поверхностью полости кокиля и вида зали-
ваемого расплава.
Табл. 7.1. Конструктивные уклоны для отливок из цветных сплавов
Поверхность (или длина) стенок отливок Уклоны стенок, %, в зависимости от их высоты для отливок из сплавов
цинковых алюминиевых магниевых медных
Наружные Внутренние со сто- роны металлического стержня при высоте его: 0,5 1,0-1,5 2,5 1,5
до 50 мм 2,0 5,0 3,0 7,0
свыше 20 мм 1,0 2-2,5* 2-3 3-3,5*
*Для тонкостенных отливок
Конструктивные уклоны на наружных поверхностях чугунных отли-
вок при длине их вертикальной стенки до 50 мм равны 7 %, 50—
100 мм — 5, 100—500 мм — 3, уклоны наружных поверхностей отливок
из углеродистой стали составляют 5 %.
108
2. Конусность внутренних стенок и ребер отливок относительно
плоскости разъема кокиля рекомендуется принимать в пределах 8—10°.
3. Поверхности отливок, которые формируются в контакте с метал-
лическими вкладышами и стержнями, должны иметь уклоны относитель-
но плоскости разъема кокиля не менее 6 .
4. Толщина стенки отливки должна обеспечивать необходимую ее
прочность и легкое заполнение кокиля расплавом. Минимально необхо-
димую толщину стенок чугунных и стальных отливок ориентировочно
устанавливают по диаграмме (рис. 7.1) в зависимости от приведенного
габаритного размера: 7V = (2/ + Ъ н
длина, ширина и высота отливки, мм.
Однако, чтобы предотвратить
образование отбела чугунных отли-
вок, минимальная толщина их сте-
нок не должна быть меньше 4—
6 мм. Эта рекомендация справедли-
ва для мелких по размерам чугун-
ных отливок. Как правило, мини-
мальная толщина стенок магниевых
и алюминиевых отливок должна
быть не меньше 3 мм, бронзовых —
4—6 мм, стальных — 8—10 мм.
5. Толщина ребер жесткости и
внутренних стенок отливки должна
составлять не более 0,6—0,7 тол-
щины ее наружных стенок.
6. Наружная и внутренняя по-
верхности отливки должны иметь
обтекаемую форму с плавными
переходами между ее элементами.
7. Мелкие по массе отливки из
цветных сплавов с механически
необрабатываемыми поверхностя-
ми должны иметь радиусы закруг-
лений не менее 3 мм.
/г)/3, где 19 Ъ9 h — соответственно
Рис. 7.1. Диаграмма для определения ми-
нимальной толщины стенок чугунных 1
и стальных 2 отливок
8. Для улучшения отвода газов из полости кокиля стенки отли-
вок целесообразно конструировать наклонными, а их края и располо-
жение в них отверстия усиливать отбортовкой, направленной в сторону
песчаного стержня.
9. Конструкция отливки должна быть такой, чтобы ее производство
в кокиле осуществлялось без применения или с минимальным числом
литейных стержней.
10. Максимальную глубину и минимальный диаметр несквозных
и сквозных отверстий, которые могут быть получены литьем в кокиль,
определяют с учетом применяемого сплава и размера отливки. Напри-
мер, в отливке из цинкового сплава можно получить литьем отверстия
109
с минимальным диаметром 8 мм и глубиной 16 мм (для несквозных)
и 24 мм (для сквозных). Соответственно в отливках из алюминиевых
сплавов можно получить отверстия диаметром более 10 мм и глубиной
(для не сквозных) менее 15 мм.
11. Припуски на механическую обработку отливки в зависимости
от ее параметров и применяемой технологии устанавливают по ГОСТ
26645—85. При согласовании технических условий на поставку отливок,
при разработке стандарта предприятия и освоения новой прогрессивной
технологии припуски на механическую обработку заготовок могут быть
ужесточены. Это способствует уменьшению материалоемкости и тру-
доемкости механической обработки отливок.
12. Допуски служат для компенсации отклонений размеров отливки
от заданных чертежом. Эти отклонения являются результатом возмож-
ных просчетов в технологии, неточного изготовления или последующего
коробления кокиля, стержня и т.д. Допуски назначают в сторону увели-
чения и реже уменьшения размеров изготовляемых отливок и ее отдель-
ных частей.
13. Рабочая полость кокиля должна выполняться с учетом усадки ли-
тейного сплава для конкретной отливки, расширения кокиля в резуль-
тате его подогрева перед заливкой и толщины нанесенного слоя защит-
ной краски или обмазки. При этом необходимо учитывать размеры и
сложность конфигурации отливки, наличие в ней стержней и условия
усадки (затрудненная или свободная), а также вид и в ряде случаев
марку конкретного литейного сплава. Линейная усадка (%) различных
сплавов может находиться в следующих пределах: серого чугуна -
0,5—1,25, белого чугуна (для отжига на ковкий) — 1,5—1,75, высоко-
прочного чугуна — 1,5—2, стали — 1,6—2,2; латуни — 1,6—2; бронзы —
до 2,2; алюминиевых сплавов — 0,6—1,2. Во всех случаях процент линей-
ной усадки уточняется по результатам опытных партий отливок.
Линейная усадка тонкостенных и крупногабаритных отливок, осо-
бенно формирующихся в условиях затрудненной усадки, соответствует
нижнему пределу приведенных значений или может быть ниже. Если раз-
меры полученной отливки меньше допустимых, то кокиль в котором
она отлита, исправляют, а если размеры отливки превышают допусти-
мые, то кокиль бракуют.
14. На чертеже отливки показывают тип и основные размеры литни-
ковой системы согласно СТ СЭВ 4406—83.
15. Исходя из максимального размера кокильной плиты, определяют
максимальное число отливок, которые могут быть получены в нем за
одну заливку. Кокиль, в котором за одну заливку получают две или
более отливки, называют многоместным. .В нем предусматри-
вают единую разветвленную литниковую систему.
7.2. ВЫБОР ПЛОСКОСТИ РАЗ ЬЕМА И ПОЛОЖЕНИЯ ОТЛИВКИ
В КОКИЛЕ
Важнейшей задачей проектирования технологии производства отлив-
ки и конструкции кокиля является определение плоскости разъема ко-
киля и положения его полости в момент заливки расплава и затвердева-
ния отливки. Если плоскость (табл. 7.2) разъема кокиля и положение
его полости (табл. 7.3) во время кристаллизации сплава выбраны непра-
вильно, то получить качественную отливку практически невозможно.
Кроме того, еще на стадии разработки технологии отливки дается спе-
циальное указание, в каком положении отливка должна затвердевать
в полости кокиля.
7.2. Рекомендации по выбору плоскости разъема кокиля
Отливка
Кокиль
Графическое изображение Масса, кг
До 50 Неразъемный или с вер-
тикальной плоскостью разъ-
ема без стержней
Свыше С горизонтальной плос-
костью разъема без стерж-
ней
Любая С вертикальной плос-
костью разъема без стерж-
ней
То же Неразъемный с подвес-
ным песчаным стержнем,
который крепится на зна-
ках. Знак стержня перекры-
вает верхнюю поверхность
отливки. В случае примене-
ния металлического стерж-
ня последний должен быть
изготовлен из нескольких
частей
111
Продолжение табл. 7.2
Отливка
Кокиль
Графическое изображение Масса, кг
До 100 Неразъемный с одним
iiB или несколькими песчаны-
РК ми стержнями
Свыше С горизонтальной плос-
костью разъема с одним или
несколькими стержнями
Не менее 5 С горизонтальной плос-
костью разъема и песчаны-
ми стержнями
То же С вертикальной плос-
костью разъема, песчаными
и металлическими стержня-
ми
»
С несколькими плоскос-
тями разъема, что позволяет
сократить количество стер-
жней
7.3. Рекомендации по выбору положения рабочей полости в кокиле
Графическое изображение
Рекомендации
Примечание
Размещать обрабаты-
ваемые поверхности от-
ливок не по плоскости
разъема, а внизу верти-
кально или наклонно
Предупреждается воз-
никновение брака по уса-
дочным раковинам, шла-
ковым и неметалличес-
ким включениям. Повы-
шается плотность сплава
в плоскости обработки
отливки
112
Продолжение табл. 7.3
Графическое изображение
РК
РК
!//
Рекомендации Примечание
Размещать обрабаты- Шлаковые и неметал-
ваемые поверхности от- лические включения пе-
ливок по плоскости разъ- ремещаются в верхние
ема в верхней части ко- слои отливки, которые
киля снимаются механической
обработкой
Обеспечить направ- Предупреждается
ленное затвердевание брак по усадочным рако-
отливки за счет приме- винам, порам и неметал-
нения прибылей лическим включениям
Размещать тонкие Предупреждается
части отливок в нижней брак по неспаям и недо-
части кокиля ливам в тонких частях
отливок
I*
Обеспечивать плав- Предупреждается об-
ное заполнение полости разование в отливках
кокиля расплавом ужимин, засоров, газо-
вых раковин и пор, а
также исключается при-
гар и перегрев отдельных
частей кокиля
Полость кокиля должна заполняться расплавом так, чтобы обеспечи-
валось равномерное, а лучше всего направленное затвердевание отливки.
Направленное затвердевание обычно достигается размещением массив-
ных частей отливки в нижней части полости кокиля или в любом месте,
но под прибылями. В ряде случаев тепловые узлы отливки размещают
на максимальном удалении от питателя или литникового хода в кокиле.
В этом случае полость кокиля в объемах формирования тепловых
узлов заполняется наиболее остывшим расплавом, близким к температу-
ре кристаллизации или уже имеющим в своем составе твердую фазу. Во
всех случаях предпочтительное направление затвердевания — от отливки
к прибыли или от отливки к элементам питающей литниковой системы,
например, от отливки к питателю.
113
7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ОТЛИВОК, ИЗГОТОВЛЯЕМЫХ
В ОДНОМ КОКИЛЕ
На производстве часто используют многоместные кокили, в которых
за одну заливку получают несколько отливок. В этих случаях для литья
обычно мелких отливок используют средние и крупные по площади
разъема кокили. (
В многоместном кокиле может быть две и больше отдельных полоо
тей для изготовления в них отливок. Эти полости имеют единую литни-
ковую систему. Иногда за одну заливку в многоместном кокиле полу-
чают отливки разных размеров и назначения. Во всех случаях стремятся
максимально использовать рабочую площадь кокиля по плоскости
разъема.
На рис. 7.2 показана схема расположения рабочих полостей, каналов
литниковой системы и перемычек в многоместном кокиле с вертикаль-
ным разъемом. Для приведенного и аналогичных случаев производства
отливок из чугуна рекомендуются следующие размеры перемычек
между рабочими полостями и каналами литниковой системы, мм: а —
25—40; б — 30—40; в — 40—50; г — 70—100. В случае изготовления отли-
вок из цветных сплавов приведенные выше размеры перемычек для
многоместных кокилей можно уменьшить на 30—40 %.
Рис. 7.2. Схема расположения поло-
стей, перемычек и каналов литни-
ковой системы в многоместном ко-
киле с вертикальным разъемом:
1 - половина кокиля, 2 - литнико-
вая воронка, 3 - полость для фор-
мирования отливки
Для облегчения удаления литниковой системы из кокиля соответст-
вующие стенки их каналов должны иметь уклоны по направлению к
разъему от 5 до 30°, но лучше всего иметь круглое поперечное сечение
стояка, размещенного в двух половинках разъемного кокиля.
7.4. ВЫБОР И РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНОК КОКИЛЯ
И РЕБЕР ЖЕСТКОСТИ
Стенки любого кокиля должны иметь необходимую прочность и до-
статочную жесткость, а также обеспечивать направленное затвердевание
114
Рис. 7.3. Номограмма для оп-
ределения толщины стенки
кокиля
или уменьшение толщины
отливки. В процессе работы кокиль подвергается термоциклированию,
которое приводит к возникновению в нем внутренних напряжений и
, остаточных пластических деформаций. При этом тонкие стенки кокиля
1 прогреваются равномерней (по толщине) и быстрей. Поэтому внутрен-
ние напряжения в них меньше, чем в толстостенных. Однако тонкие
стенки кокиля в нагретом состоянии не обеспечивают необходимую
прочность и достаточную жесткость кокиля. В этом случае происходит
быстрое коробление кокиля и соответствующее изменение размеров
отливки.
В современных производствах толщину
стенок кокиля подбирают по номограммам
или эмпирическим формулам. По номо-
грамме, изображенной на рис. 7.3, толщину
стенки кокиля подбирают в заштрихован-
ной области: нижняя ее часть для литья с
подогревом или охлаждением кокиля;
верхняя часть для литья без специального
равномерного подогрева кокиля перед нача-
лом работы.
Увеличение толщины стенки кокиля
по сравнению с рекомендуемой повышает
скорость затвердевания и охлаждения от-
ливки из сплавов с относительно низкой
температурой плавления (цветные, чугун)
и мало влияет на повышение скорости
затвердевания отливок из стали и, наобо-
рот, уменьшает скорость затвердевания
тугоплавких сплавов. Поэтому увеличение
стенок кокиля по сравнению с приведенными рекомендациями нежела-
тельно.
Неразъемные кокили имеют как цельные, так и разъемные вкла-
дыши. Толщина их стенок должна приниматься на 10—20% меньше
толщины стенки кокиля. Это относится и к разъемным кокилям.
Толщину чугунной стенки кокиля 7\ можно рассчитать также по
эмипирической формуле 7\ = lly/T2i где Т2 — толщина отливаемой
чугунной стенки отливки, мм.
Наружные стенки кокиля часто снабжают ребрами жесткости, кото-
рые уменьшают процесс коробления кокиля, а также улучшают его
охлаждение. Однако чрезмерно толстые ребра, практически исключаю-
щие пластические деформации кокиля, способствуют возникновению
и интенсивному развитию трещин на его рабочей поверхности. Следова-
тельно, между конструкцией кокиля и его стойкостью существует опре-
деленная зависимость. Исходя из опыта, толщина ребер жесткости
составляет 40—60 % толщины стенок кокиля.
115
7.5. КОНСТРУИРОВАНИЕ НАРУЖНЫХ КОНТУРОВ КОКИЛЯ И ЗНАКОВ
ДЛЯ УСТАНОВКИ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ
Конструирование наружных контуров кокиля производят с учетом
уменьшения в нем внутренних и особенно остаточных напряжений. При
этом одновременно решают задачу улучшения его работы по теплоот-
воду.
Наиболее оптимальные условия работы кокиля обеспечиваются,
если наружные контуры его соответствуют наружным контурам отливки
при стенке постоянной толщины. В этом случае, если необходимо создать
условия направленного затвердевания, а также при значительной разно-
стенности отливки, стенки кокиля также могут иметь различную тол-
щину.
Для уменьшения напряжений в кокиле поверхности его стенок в
соответствующих переходах должны сглаживаться. Это диктуется и
условием изготовления литых кокилей, а также технической эстетикой.
На наружных поверхностях ручных кокилей допускается выполне-
ние различных приливов, бобышек и других выступов для закрепления
в них, например, выталкивателей, ручек, цапф.
Существует зависимость стойкости кокиля от его массьги отливае-
мой в нем отливки. Чугунный кокиль при литье в нем чугунныхОтливок
должен иметь массу в четыре раза больше массы отливки.
В конструкции кокиля предусмотрены различные по назначению ра-
зовые или многократно используемые металлические стержни. Разовые
стержни устанавливают знаковой частью в предусмотренные в кокиле
полости (знаки). Размеры знаковой полости кокиля для мелких (по
массе) отливок на 0,5—1,0 мм больше размеров знака стержня. При
использовании средних и крупных стержней указанный зазор увели-
чивают.
Разовые стержни чаще всего применяют в различных кокилях с
горизонтальной плоскостью разъема. При этом полость для знака и
знак стержня выполняют так, чтобы при простановке он самоцентриро-
вался. Во всех случаях знаковые полости кокиля должны обеспечивать
беспрепятственную простановку в них стержней.
Если между знаком полости кокиля и знаком стержня будет боль-
шой зазор, то в него затекает расплав и образуется залив, который
трудно удалить с отливки. Кроме того, такой зазор всегда связан со сме-
щением стержня, а следовательно, с искажением соответствующих раз-
меров отливки. Если по какой-либо причине размеры знака стержня
будут несколько больше, чем размеры сопрягаемой с ним знаковой
полости, то такой стержень без частичного разрушения точно поставить
нельзя, что также может быть причиной брака отливок.
Для кокиля, особенно неразъемного и немеханизированного, часто
используют различные центровые песчаные стержни. В этом случае внут-
ренняя полость отливки часто оформляется подвесным центральным
стержнем. При установке такого стержня в знаковую полость (рис.
116
7 А, а) возможно попадание в нее частичек смеси. Меньшая вероятность
засора полости при фиксации знака стержня планками 3 (рис. 7.4, ё>) или
при выполнении в дне знаковой полости кокиля мусоросборной канавки
5 (рис. 7.4,в), которая служит для сбора осыпавшихся со стержня
песчинок.
Рис. 7.4. Способы фиксации песчаных стержней в неразъемных
кокилях:
а - в гладком знаке кокиля, б - направляющими планками, в -
в знаках кокиля, снабженного канавкой; 1 - кокиль, 2 - стер-
жень, 3 — фиксирующие планки, 4 - полость кокиля для формиро-
вания отливки, 5 - канавка для сбора мусора
Для более точной простановки в кокиль стержня и для образования
в отливке сквозного отверстия или полости применяют стержень, имею-
щий два, а иногда и больше знаков.
При использовании в кокилях стержней, выполненных в нагревае-
мой оснастке, зазор между знаком стержня и знаковой полостью в
кокиле может быть уменьшен. Это объясняется высокой точностью
таких стержней и малой их осыпаемостью.
Знаковые полости в кокилях под знаки металлических многократно
используемых стержней должны выполняться с учетом толщины проти-
вопригарного покрытия стержня.
7.6. РАЗМЕЩЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ КАНАЛОВ В КОКИЛЕ
Причиной формирования в отливках газовых раковин и пор, различ-
ных дефектов поверхности и недолива часто бывает неполное удаление
газа из полости кокиля в момент заливки в него расплава.
Для удаления из полости газов используют каналы выпоров, прибы-
лей, а также венты, представляющие собой тонкие по сечению каналы на
поверхностях разъема и подвижных соединений частей кокиля.
Общим правилом является размещение вентиляционных каналов
в верхней части полости кокиля, а также в тупиковых полостях, т.е.
в местах, откуда расплав вытесняет газы в последнюю очередь.
117
От вентиляционных каналов, в том числе и от вент, на поверхности
отливки остаются отпечатки, которые ухудшают ее товарный вид. Осо-
бенно нежелательны такие отпечатки на отливках из цветных сплавов.
Поэтому различные вентиляционные каналы необходимо размещать
там, где формируются механически обрабатываемые поверхности от-
ливок.
При размещении вентиляционных каналов над механически необра-
батываемыми поверхностями необходимо соблюдать следующие прави-
ла. Площадь поперечного сечения вентиляционных каналов должна быть
минимальной вблизи места подвода расплава в полость кокиля и соот-
ветственно максимальной вдали от мест поступления расплава в кокиль.
Объясняется это тем, что заливаемый в кокиль расплав рядом с питате-
лем имеет высокую жидкотекучесть, а в отдаленных от него частях рабо-
чей полости — минимальную. Такое изменение поперечной площади
вентиляционных каналов уменьшает вероятность залива в них расплава
и, следовательно, повышает качество поверхности отливки.
Определение суммарного поперечного сечения вентиляционных
каналов производят по формуле SFB = 1,25Fn, где ZFB — суммарная
поперечная площадь вентиляционных каналов, см2 и SFn — суммарная
площадь поперечного сечения питателей или литникового хода, см2.
7.7. КОНСТРУИРОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОКИЛЯ
Важнейшим элементом кокиля с вертикальным разъемом являются
направляющие. По ним перемещаются подвижные части литейной маши-
ны, несущие отдельные части кокиля.
Наиболее просты по конструктивному исполнению направляющие
для мелкого по размерам кокиля в виде угольников (рис. 7.5, а), концы
которых закрепляют в стойках кокильной машины или ручного станка.
Часть кокиля 2 выступающими приливами 3 устанавливается на уголь-
ники 7, по которым она перемещается при размыкании и смыкании
частей кокиля.
В ряде случаев применяют также направляющие в виде пирамидаль-
ных рельсов 7 (рис. 7.5,б), по которым перемещается хвостовик 6 под-
вижной части кокиля. Чтобы исключить опрокидывание подвижной
части кокиля при ее смыкании и размыкании с неподвижной частью,
предусматривают штанги 4, проходящие через ушки 5.
Применяют также направляющие 8 типа ’’ласточкин хвост” (рис.
7.5,в), а также направляющие в виде рельсов 9, по которым на катках
10 перемещаются части кокиля 2 (рис. 7.5,г).
Находят применение для этих целей и другие направляющие, кото-
рые обеспечивают прямолинейное или криволинейное перемещение
частей кокиля.
118
г)
Рйс. 7.5. Направляющие кокилей с вертикальной плоскостью разъема:
а - в виде угольников, б - в виде пирамидальных рельсов, в - типа ’’ласточкин
хвост”, г - в виде рельсов и катков; 1 - угольник, 2 - кокиль, 3 - прилив, 4 -
штанга, 5 - ушко, 6 - хвостовик, 7 - пирамидальный рельс, 8 - ’’ласточкин
хвост”, 9 - рельс, 10 - каток
Важным элементом конструкции кокиля, особенно кокиля с верти-
кальным разъемом, являются выталкиватели. С их помощью из кокиля
выталкивают отливку. Из ручных кокилей отливку удаляют ударом по
выталкивателю, который своим противоположным торцом соприкасает-
ся с отливкой. Отливки из механизированных кокилей удаляют с по-
мощью одного или нескольких выталкивателей, работающих от гидрав-
лического привода. Выталкиватели, как правило, изготовляют из высо-
копрочных марок стали и реже из высокопрочного чугуна.
7.8. ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИИ КОКИЛЯ
Для изготовления отливок используют различные по металлоемко-
сти, сложности конструкции и расположению плоскости разъема механи-
зированные и немеханизированные кокили. Для немеханизированного
изготовления средних и крупных отливок чаще всего используют про-
стейшие по конструкции неразъемные кокили с горизонтальной плос-
костью разъема. Мелкие по массе отливки преимущественно из цветных
сплавов изготовляют в ручных кокилях с вертикальной плоскостью
разъема, в том числе и в створчатых (с ’’книжным” разъемом).
В ручном неразъемном кокиле отливки получают без применения
стержней или с одним или несколькими стержнями (рис. 7.6). В послед-
нем случае литниковую систему размещают в стержнях. Показанный на
рис. 7.6 неразъемный кокиль имеет клиновое крепление трех разовых
стержней. Полученную в таком кокиле отливку удаляют в такой после-
119
Рис. 7.6. Неразъемный кокиль:
1 - кокиль, 2 - цапфы, 3 - песчаный стержень, 4 - клинья, 5 - выталкива-
тель
довательности: освобождают стержни 3 от поддерживающих клиньев 4
и поворачивают вокруг оси цапф 2 кокиль на 180° для извлечения
отливки со стержнями. Если она самопроизвольно не выпадает, то уда-
ряют молотком по выталкивателю 5.
На рис. 7.7 показан кокиль с горизонтальной плоскостью разъ-
ема. Он состоит из верхней 1 и нижней 2 частей, которые для переме-
Рис. 7.7. Кокиль с горизонтальной плос-
костью разъема:
1 - верхняя часть кокиля, 2 - нижняя
часть кокиля, 3 — цапфа, 4 — вентиля-
ционный канал, 5 - серьга с винтовым
зажимом, 6, 7 - стержни
Рис. 7.8. Стопочный кокиль из четырех
частей:
1 - часть кокиля, 2 - стержень, 3 - при-
быль
120
щения краном имеют цапфы 3.
В сомкнутом положении части ко-
киля скрепляют серьгой 5 винто-
вого зажима. Литниковая чаша в
этом кокиле выполнена песчаным
разовым стержнем 6. В стенках
кокиля размещены вентиляцион-
ные каналы 4, а для выполнения
отверстия в отливке предназначен
центровой стержень 7. При раз-
борке кокиля откручивают вин-
товой зажим, снимают серьгу, под-
нимают краном верхнюю часть
кокиля, после чего поворачивают
нижнюю часть его краном на 180° и
удаляют отливку вместе со стерж-
Рис. 7.9. Двухместный кокиль с верти-
кальным разъемом:
1,4- половины кокиля, 2 - литнико-
вая воронка, 3 - стержень
нем.
Рис. 7.10. Однослойный кокиль с водяным охлаждением:
1 - половины кокиля, 2 - выталкиватель, 3 - камера охлаждения,
4 - плита кокильной машины, 5 - плита выталкивателей, 6 - втул-
ка выталкивателя
121
На рис. 7.8 показан стопочный кокиль с горизонтальным разъемом,
состоящий из нескольких частей. Он имеет единую литниковую систему,
предназначенную для получения за одну заливку трех отливок. На прак-
тике такие кокили применяют редко.
На рис. 7.9 показан двухместный кокиль с вертикальным разъ-
емом, который часто используют для литья мелких по массе отливок
из цветных сплавов и очень редко из чугуна.
На многих машинах и автоматах применяют кокили с вертикальным
разъемом, имеющие систему принудительного охлаждения водой в
процессе работы. Кокили с водяным охлаждением выполняют с одно-
Рис. 7.11. Двухслойный кокиль с водяным охлаж-
дением:
1 - половины кокиля, 2 - плита охлаждающая
Рис. 7.12. Способы навески (а, б, в) кожуха на рабочую поверхность кокиля с во-
дяным охлаждением:
1 — кожух, 2 - штырь или отверстие для размещения выталкивателей, 3 — кокиль
122
слойной (рис. 7.10) и двухслойной (рис. 7.11) разъемной формой. Через
стенки водоохлаждаемых кокилей должны пропускаться соединитель-
ные штыри и направляющие колонны, выталкиватели и иногда газоот-
водные каналы. На рис. 7.12,а, б показаны основные способы навески
кожуха на рабочую поверхность кокиля с водяным охлаждением.
В массовом производстве кокилей применяют различные нормали-
зованные элементы для сборки их частей. В ряде случаев в опытном
производстве используют кокили, собранные целиком из нормализо-
ванных, обычно стальных элементов.
7.9. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОКИЛЯ
Матрицу кокиля в зависимости от его конструкции выполняют
цельной, из двух и реже более частей. Изготовление матрицы кокиля
является наиболее сложной и трудоемкой деталью. Все другие детали
кокиля изготовляют механической обработкой, как и обычные машино-
строительные изделия.
Рабочие стенки кокиля изготовляют литьем, механической и электро-
химической обработкой, сваркой, ковкой, штамповкой и комбинацией
перечисленных способов. Наиболее распространено литье рабочих стенок
кокиля из различных сплавов с последующей доводкой их до заданных
размеров и требуемой точности механической и слесарной обработкой.
Для отливки мелких по массе кокилей или их половин в массовом
производстве используют кокили. Средние и крупные по размеру коки-
ли отливают часто в сухих песчано-глинистых формах из смеси повы-
шенной прочности, огнеупорности и достаточной газопроницаемости.
Во всех случаях предпочтение отдается литью в керамические формы
с использованием аналогичных стержней, так как этот способ литья обес-
печивает заданную точность размеров и высокое качество поверхности
отлитого кокиля, а также уменьшение трудоемкости его последую-
щей механической и слесарной обработки.
При литье кокиля в разовые песчаные формы особенно тщательно го-
товят формы и стержни, которые определяют размеры и качество поверх-
ности литого кокиля. Размеры модели и, если необходимо, стержневого
ящика определяют с учетом усадки сплава, принятой толщины противо-
пригарного покрытия формы и стержня, а также увеличения размеров ко-
киля при нагреве. Все эти мероприятия обеспечивают получение кокиля и
особенно его рабочей полости, максимально приближенной к заданным
размерам. Кроме того, крайне нежелательно снимать слой сплава по его
рабочей поверхности, так как в литом состоянии она повышает стой-
кость кокиля.
Для изготовления цельного керамического стержня используют
массу, состоящую из 1 л гидролизованного раствора этилсиликата,
2,3—2,6 кг прокаленного маршаллита, 1,6—1,7 кг мелкого прокален-
ного кварцевого песка, 0,8—1,6 кг крошки шамота и 0,031—0,035 мл
раствора триэтаноламина.
123
Удаление летучих веществ из заформованной стержневой смеси про-
изводят равномерным их выжиганием сразу после освобождения стерж-
ня от ящика. Затем при температуре 1170—1220 К производят прокал-
ку этого стержня. Такие стержни наиболее целесообразно использовать
для производства стальных и чугунных кокилей.
Для получения особо точных кокилей, как правило, под мелкие
отливки из цветных сплавов рекомендуется использовать гипсовые
литейные формы.
Изготовление литьем из железоуглеродистых сплавов кокили под-
вергают термической обработке с целью измельчения структуры и сня-
тия напряжений. Например, кокили из стали 15Л подвергают нагреву
до 1190—1300 К, выдержке при этой температуре в течение 3—4 ч, охлаж-
дению на воздухе, отпуску при 820—870 К в течение 2-3 ч, а затем ох-
лаждению с печью до 520 К и далее на воздухе. В ряде случаев произво-
дят упрочнение рабочей поверхности кокиля (легирование, алитирова-
ние, напыление и т.д.).
Кроме перечисленных способов для изготовления малых по раз-
меру кокилей различного назначения используют способы порошковой
металлургии. В этом случае кокиль (или его половинку) получают в
пресс-форме прямым или гидростатическим прессованием из металли-
ческого порошка, после чего полученную прессовку спекают.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные рекомендации для выбора конструкции кокиля, его
плоскости разъема. и положения в период заливки и затвердевания расплава.
2. Как можно определить толщину стенки и массу кокиля на основе аналогич-
ных параметров изготовляемой в нем отливки?
3. Как рассчитываются и размещаются вентиляционные каналы в кокиле?
8. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА отливок в кокили
8.1. СТОЙКОСТЬ КОКИЛЯ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ
Стойкрсть кокиля — способность металлической формы до ее разру-
шения или недопустимого коробления выдерживать определенное число
заливок в нее расплава. Интенсивная работа кокиля в режиме термоцик-
лирования в конечном счете приводит к выходу его из строя. Причиной
выхода из строя кокиля может быть растрескивание, коробление, сетка
разгара, трещины на рабочей поверхности, механические повреждения,
а также сочетание перечисленных разрушений (см. § 4.10).
Все методы повышения стойкости кокиля можно классифицировать
на три группы: конструктивные, технологические и эксплуатационные.
Конструктивные методы повышения стойкости кокиля
(при неизменной тепловой нагрузке) сводятся в основном к выбору
124
кокиля и его частей с учетом преобладающего вида разрушений по
рекомендациям Е.А. Соколова, основные положения которых сведены
в табл. 8.1, и указаниям, изложенным в § 4.9.
8.1. Рекомендуемые материалы кокилей
в зависимости от преобладающего вида разрушения
Чугунные
отливки
Кокиль
Преобладающий вид
разрушения кокиля
Материал кокиля
Тонко- Любой
стенная
Средние Неразъем-
по массе ный
То же Разъемный
Крупные Неразъем-
по массе ный
Средние Водоох-
по массе лаждаемый
Тонко- Неохлаж-
стенные даемый
То же Водоохлаж-
даемый
Сетка разгара на ра-
бочей поверхности
То же
Коробление и трещи-
ны
Сетка разгара. Тре-
щины на рабочей поверх-
ности
Трещины на рабочей
поверхности
Сетка разгара, трещи-
ны на рабочей поверх-
ности, остаточные дефор-
мации
Остаточные дефор-
мации
Серый чугун
Высокопрочный и ле-
гированный чугуны
Легированный чугун
Высокопрочный чу-
гун
Легированная сталь
Легированный и мо-
дифицированный чугуны
Углеродистая и низ-
колегированная стали
Для повышения стойкости чугунных и стальных кокилей, работаю-
щих в условиях повышенных температур и частых теплосмен, использу-
ют сменные вставки, которыми оформляют всю рабочую поверхность
кокиля или наиболее изнашиваемые ее части. Такие вставки сильно
снижают термические и фазовые напряжения в материале кокиля, что
уменьшает его коробление и повышает стойкость. Применение таких
вставок существенно уменьшает стоимость и трудоемкость ремонта
кокиля.
Разрушение кокиля под воздействием теплосмен происходит по
рабочей поверхности неравномерно. Быстрее и раньше разрушаются
части кокиля, которые контактируют с расплавом. Поэтому наиболее
быстро разрушаемые части кокиля оформляют вставками, в том числе
и из материала с более высокой термостойкостью, чем основная часть
кокиля.
После выхода из строя вставки ее заменяют новой. При такой конст-
рукции кокиля срок его эксплуатации во много раз превышает продол-
жительность использования вставок.
125
Квадратные и круглые вставки имеют наибольшую стойкость, что
обусловило широкое их применение на практике. Рабочие поверхности
литниковой системы рекомендуется оформлять вставками из материала
повышенной термостойкости. Толщину вставки можно рассчитывать по
соотношению Хв = 14+0,7Л\, где Хв — толщина стенки вставки, мм;
Xi — толщина стенки отливки, мм.
Сменные вставки устанавливают в кокиль так, чтобы они могли
беспрепятственно расширяться при нагреве расплавом и остывающей
отливкой. При этом зазор между вставками и стенками кокиля дол-
жен исключать заливку в него расплава, а возможный облой от него
должен быть минимальным.
Технологические методы повышения термостойкости
кокиля заключаются, как правило, в термической обработке его рабо-
чей поверхности. К таким методам относят алитирование, силициро-
вание, поверхностное легирование, анодирование, высокотемпературную
наплавку и напыление, армирование.
Алитирование (алюминирование) — насыщение поверхности
стальных и других металлических изделий алюминием для повышения
жаростойкости (до 1373 К) и сопротивления атмосферной коррозии.
Глубина насыщения рабочих поверхностей находится в пределах 0,02—
1,2 мм. В результате алитирования повышается окалиностойкость коки-
лей, а в их рабочем слое образуются различные фазы, которые имеют
большую хрупкость. Для повышения пластичности алитированного слоя
стальные и чугунные кокили подвергают диффузионному отпуску.
Силицирование — поверхностное или объемное насыщение
материала (тугоплавких металлов, графита) кремнием, содержащимся
в газовой среде для повышения жаропрочности, коррозионной стой-
кости и износостойкости. Кокили часто силицируют диффузионным
насыщением рабочего слоя на глубину от 0,03 до 1 мм. В силицирован-
ном слое содержится от 6 до 11 % кремния. Продолжительность силици-
рования от 2 до 12 ч при температуре 1273—1473 К.
Легирование — введение в состав металлических сплавов
легирующих элементов (например, в сталь Сг, Ni, Mo,W, V, Nb, Ti и
др.) для придания сплавам определенных механических и физико-
химических свойств.
Поверхностное легирование рабочих поверхностей отливок, в том
числе и литых кокилей, производят за счет нанесения на стенки литей-
ной формы красок или паст, в состав которых входят один или несколь-
ко легирующих элементов. При заливке такой формы расплавом и в
процессе охлаждения отливки происходит поверхностное насыщение ее
легирующими элементами на глубину от 1 до 3 мм, а иногда и больше.
Поверхностное легирование большинством элементов повышает жаро-
стойкость рабочих поверхностей кокилей из чугуна и стали.
Анодирование (электрохимическое оксидирование) — элект-
ролитическое нанесение оксидной пленки на поверхность металли-
ческих изделий. Анодированием (например, хромом) покрывают рабо-
126
чие поверхности кокилей из алюминиевых сплавов с целью повышения
их жаростойкости. В таких кокилях можно изготовлять отливки с более
высокой температурой плавления, чем алюминиевый сплав кокиля (см.
§8-3).
Напыление — нанесение вещества в дисперсном состоянии на
поверхность изделия с целью придания им защитных или декоративных
свойств, а также для получения тонких эпитаксиальных пленок. Методы
напыления могут быть газопламенными, электродуговыми, порошковы-
ми, жидкостными, плазменными, лазерными и др. Их применяют для
повышения жаростойкости кокилей, а также для заделывания на их
рабочей поверхности сетки разгара и других тонких трещин (см. § 8.3).
Термическую обработку (нормализацию с последующим
отпуском) стальных и чугунных кокилей производят для снятия литей-
ных и механических остаточных напряжений и изменения структуры
сплава.
Для армирования чугунных кокилей в процессе их изготовления
используют круглый стальной прокат диаметром 10—16 мм из низко-
углеродистой стали. Арматура перед размещением в литейной форме
должна быть очищена от ржавчины и других загрязнений и установлена
в местах, где образуются трещины в кокиле. Масса арматуры должна
быть не менее 20 % массы кокиля.
Эксплуатационные методы повышения стойкости коки-
ля сводятся главным образом к определению оптимального температур-
ного режима изготовления отливок (температуры и скорости подогре-
ва и охлаждения кокиля, толщины и теплопроводности покрытия коки-
ля, частоты нанесения на рабочую поверхность кокиля покрытия и за-
ливки расплава, температуру заливаемого расплава и продолжитель-
ности выдержки отливки в кокиле) и к проведению профилактических
мероприятий по восстановлению кокиля. Правильная подготовка и
эксплуатация кокиля увеличивают его стойкость и надежность в
работе.
8.2. ПРАВИЛА ПОДГОТОВКИ КОКИЛЯ К РАБОТЕ
До начала эксплуатации проверяют комплектность и исправность
работы всех частей кокиля, наличие разовых стержней, красок или
обмазок (паст) и необходимый инструмент. Рабочую поверхность
кокиля и металлических стержней очищают от остатков красок и обли-
цовок, приварившегося сплава, ржавчины и других загрязнений. Про-
чищают, если они имеются, вентиляционные и другие каналы системы
охлаждения, исправляют возможные повреждения рабочей поверх-
ности кокиля и толкателей. Остатки краски или облицовки не удаляют
только с поверхности каналов литниковой системы.
В разъемных кокилях смазывают подвижные соединения по поверх-
ностям скольжения и проверяют их в работе на холостом ходу, т.е. без
простановки разовых стержней и заливки расплава. Особое внимание
127
обращают на плотность смыкания частей кокиля и на точность фикси-
рования металлических стержней в его полости.
Необходимым и ответственным этапом подготовки кокиля к эксп- 1
луатации является нанесение на его рабочую поверхность и каналы [
элементов литниковой системы теплоизоляционной краски I
или облицовки. С этой целью кокиль предварительно подогревают до [
температуры 373—427 К и пульверизатором (для краски) или кистью I
(для облицовки) наносят теплоизоляционный слой, предусмотренный ,
технологической картой или обобщающей инструкцией. Практически
всегда, особенно при литье железоуглеродистых сплавов, каналы литни-
ковой системы покрывают более толстым изоляционным слоем, чем >
всю остальную рабочую поверхность кокиля. Более толстое покрытие
рабочей поверхности кокиля предусматривают и в местах интенсивного
размывающего действия расплава на стенку кокиля.
Теплоизоляционное покрытие каналов Ситниковой системы умень-
шает скорость охлаждения расплава до поступления его в полость
кокиля, где формируется отливка, а также предотвращает разрушение
кокиля в местах размещения литниковой системы.
Важнейшим технологическим этапом подготовки кокиля к эксплу-
атации является выбор температуры его подогрева
(табл. 8.2). Оптимальным считается подогрев кокиля до максимально
8.2. Рекомендуемая температура подогрева кокиля
перед эксплуатацией
Сплав отливки Характеристика отливки Температура подо- грева кокиля, К
Сталь углеро- дистая Тонкостенная 510—530 Толстостенная 420—430
Серый чугун С толщиной стенки, мм: 5 640-650 5-10 640-570 10-20 570-500 20-40 500-400 40-60 400-350
Латунь Арматура 390—470
Бронза свинцо- вистая Подшипник До 400*
Магниевый Тонкостенная 610—630 Толстостенная 520—530
128
%
Продолжение табл. 8.2
Сплав отливки
Характеристика отливки
Температура подо-
грева кокиля, К
Алюминиевый Имеются ребра высотой до 80 мм
и толщиной 1,6—2,1 мм
Без ребер, толщина стенки:
740-760
до 8
более 8
520-620
470-520
*Температура первоначального подогрева для водоохлаждаемого кокиля
допустимой по технологии температуры. Этим достигается минимальный
температурный перепад по толщине стенки в момент заливки кокиля
и охлаждения отливки. Более точно температуру подогрева кокиля
уточняют на основе опыта его эксплуатации.
8.3. ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОКИЛЯ
Внесением защитных покрытий на рабочую поверхность кокиля
обеспечивают соблюдение ряда технологических целей. Создавая различ-
ную толщину покрытия и регулируя ее теплопроводность, можно уверен-
но управлять скоростью и направлением затвердевания расплава при
формировании отливки, а также режимом ее охлаждения. Покрытие
защищает или существенно смягчает термический удар и эрозионное
воздействие расплава на кокиль и его металлические стержни, а также
улучшает заполняемость кокиля, что особенно важно при литье тонко-
стенных отливок с развитой поверхностью и тонкими ребрами. Ряд
покрытий создает восстановительную среду в полости кокиля и может
использоваться для поверхностного легирования, модифицирования и
алитирования отливок. Теплоизоляционное покрытие уменьшает силу
трения между вертикальными стенками кокиля и удаляемой из него
отливки.
В момент контакта расплава с покрытием (часто называемым про-
тивопригарным) по его толщине создается значительный перепад тем-
ператур. При этом чем толще покрытие, тем больше перепад темпера-
тур в системе расплав — покрытие — кокиль. Вследствие этого умень-
шается температурный перепад по толщине стенки кокиля и отливки.
При этом замедляется скорость охлаждения отливки и улучшается отвод
теплоты и охлаждение кокиля. Все это существенно уменьшает темпера-
турные напряжения в кокиле и изготовленной отливки.
Противопригарные покрытия защищают также рабочие поверхности
кокиля от высокотемпературного окисления, обезуглероживания, при-
£ варивания отливки и особенно литников к стенкам и соответствующим
5 - 1613
129
каналам кокиля. Кроме того, покрытия, особенно с низкой теплопро-
водностью, уменьшают или полностью предотвращают образование от-
бела чугунных отливок.
Из приведенного следует, что температурный режим и условия
формирования отливки в кокиле находятся в прямой зависимости
от состава и толщины защитного покрытия. Поэтому все виды защитных
покрытий принято подразделять на тонкостенные и толстостенные,
которые, в свою очередь, делят на разовые, многоразовые и ’’постоян-
ные”. Строго говоря, ’’постоянные” покрытия являются многоразовы-
ми. На практике под ними понимают такие защитные покрытия, долго-
вечность которых соизмерима с межремонтными циклами кокиля или
сроками выхода его из строя по любым причинам. К ’’постоянным”
покрытиям относят некоторые металлические, которые напыляют на
рабочие поверхности пламенным, плазменным, лазерным и другими
методами, а также получают алитированием, силицированием, электро-
химической или химико-термической обработкой.
Для разовых и многоразовых защитных покрытий применяют крас-
ки и облицовки, которые по своему составу, теплопроводности, тепло-
емкости, вязкости, огнеупорным и теплоизоляционным свойствам,
связующим материалам существенно отличаются друг от друга и рас-
смотрены ниже при литье соответствующих сплавов (см. § 8.6—8.10).
Толщина облицовок, наносимых на рабочую поверхность кокиля,
лежит в пределах от 1 до 10 мм, а иногда может быть и больше. Такую
облицовку на кокиль обычно наносят кистью. Далее слой облицовки
покрывают с помощью пульверизатора или кисти краской, которая
имеет малую вязкость и легко разбрызгивается. Краски, как правило,
имеют мелкий помол наполнителя и ложатся на поверхность облицовки
тонким слоем. При этом на облицовке сглаживаются все неровности,
что способствует получению отливок с более качественной поверх-
ностью.
НИИСЛом разработан и внедрен в производство процесс защиты
кокилей толстым слоем облицовки из сыпучих песчано-смоляных смесей
путем их надува в зазор между нагретым кокилем и моделью (см.
§ 11.2). Облицовки из сыпучих материалов, как правило, краской не
покрывают.
Защитные покрытия кокиля могут выполняться из одного матери-
ала или иметь слоистое строение. Чаще всего основной слой защитного
покрытия выполняют из теплоизоляционного, а наружный (соприка-
сающийся с расплавом) из огнеупорного или легирующего материалов.
Защитные покрытия из металла, нанесенные на кокиль любым
методом, незначительно уменьшают теплопроводность кокиля, но суще-
ственно предотвращают окисление и обезуглероживание его рабочих
поверхностей.
Перед нанесением металлического защитного покрытия рабочую
поверхность кокиля подвергают пескоструйной обработке металли-
ческим песком. При высокотемпературном напылении зачищенную
130
поверхность не позднее чем через 3 ч покрывают металлизированным сло-
ем (подложкой) толщиной до 0,05 мм. Для подложки используют нихром
или сталь марки Х18Н9Т, которую наносят на кокиль электро металлиза-
тором. После чего плазменной горелкой, перемещаемой со скоростью
примерно 500 мм/с, на рабочую поверхность наносят слой оксида алюми-
ния толщиной 0,3—0,4 мм. Для подложки, наносимой электрометаллиза-
тором, а также для нанесения основного слоя защитного металлического
покрытия могут быть использованы и другие металлы и сплавы.
8.4. ПРАВИЛА ВВОДА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ НОВОГО КОКИЛЯ
Поступивший в цех новый кокиль проверяет в присутствии рабо-
чего технолог или мастер цеха на комплектность и точность смыкания
частей кокиля и металлических стержней.
Согласно ГОСТ 12.3.027—81, кокиль и металлические стержни перед
заливкой должны быть просушены и подогреты до температуры, уста-
новленной технологической документацией. Части кокиля перед каждой ,
заливкой должны быть очищены от посторонних включений. Для очист- i
ки применяют приспособления, исключающие нахождение рук рабочего I
в опасной зоне. При работах по ремонту внутренней части пневматичес- ।
кого кокиля между его подвижными частями должен быть установлен
инвентарный распор.
После выполнения требований (ГОСТ 12.3.027—81) по работе с раз-
даточными печами и условий заливки расплава кокильщик-сборщик
проставляет в кокиль один или несколько разовых стержней (если
это предусмотрено технологией) и далее производит одну—три заливки
до получения годной отливки и заданного теплового режима кокиля. ’
При этом определяет качество и усилия по удалению отливки из кокиля, ।
усилия его смыкания и размыкания, а также толщину залива до плос- i
кости разъема. Отливка должна полностью повторять конфигурацию *
полости кокиля, не иметь недоливов, неспаев, трещин и наружных газо-
вых раковин. Если на полученной отливке имеются неспаи, необходимо
расширить каналы литниковой системы и повысить температуру заливае-
мого расплава, а иногда увеличить число и сечение газоотводных каналов.
Первую годную отливку, полученную при заданном тепловом режи-
ме, отправляют в ОТК цеха для проверки на разметочной плите, затем
на механическую обработку на предмет возможного вскрытия в теле
отливки пор, раковин и неметаллических включений. Только после того,
как будет получено заключение о качестве отливки, кокиль может быть
введен в эксплуатацию.
8.5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИТЕЙНЫХ СПЛАВАХ
Литейные сплавы. Основную массу отливок производят из металли-
ческих сплавов. Среди них на первом месте находится чугун (серый,
ковкий, с шаровидной и вермикулярной формой графита); на втором —
131
1
сталь, на третьем — сплавы цветных металлов. Чистые металлы для
производства отливок используют редко, преимущественно льют алю-
миний для получения электротехнических изделий.
В настоящее время металлы и их сплавы вытесняются в машино-
строении и других промышленных отраслях принципиально новыми
конструкционными материалами, которые содержат усиливающие их
элементы в виде нитей, хлопьев, волокон, заключенных в полимерное,
керамическое или металлическое связующее — матрицу.
Композиционные материалы с волокнами из углерода, бора, кар-
бида кремния, металлов пока используют лишь при создании авиацион-
ной и космической техники, но за ними будущее. В перспективе выплав-
ка стали в нашей стране будет уменьшаться за счет более широкого
внедрения в различные отрасли композиционных материалов.
Существует два вида композиционных материалов для литейного
производства — с упрочнением сплошными пучками волокон, проходя-
щих через все сечения отливки, и с размещением в объеме отливки
мелких изолированных отрезков волокон. В первом случае наблюдается
значительная анизотропия свойств, а также достигаются существенно
более высокие показатели прочности, чем при втором виде упрочнения.
Например, волокна из карбида кремния диаметром около 0,1 мм имеют
предел прочности на растяжение 4200—4800 МПа и используются для
’’арматурного” упрочнения отливок их алюминиевых сплавов. В другом
случае графитовые волокна уменьшают плотность композиционного
сплава, обеспечивая возможность регулирования в широком интервале
прочностных свойств и обрабатываемости резанием.
Для производства отливок из чугуна и стали начинают применять
композиционные материалы на основе очень тонких стальных волокон
из тугоплавкой проволоки высокой прочности. Концентрированные
противопригарные композиты в виде порошков (ЭС-1, ЭС-2, ЦС-1М,
ДС-2М, ГКГ-3) используют для эффективных водных противопригарных
покрытий форм и стержней.
Литейные свойства. Металлические сплавы наряду с физическими
(плотность, теплоемкость, теплопроводность, температура плавления и
др.) и механическими (твердость, прочность, пластичность, обрабаты-
ваемость и др.) должны обладать определенными литейными свойства-
ми. К последним относят жидкотекучесть, ликвацию, усадку, трещино-
устойчивость, газопоглощение и др.
Жидкотекучесть — способность расплавленного металличес-
кого сплава (или металла) заполнять полость литейной формы; ее опре-
деляют по длине спиральной и реже прямолинейной проб. Жидкотеку-
честь зависит от химического состава и температуры расплава, а также
от его вязкости, сил поверхностного натяжения и теплового взаимодей-
ствия с формой.
Чем меньше вязкость, тем больше жидкотекучесть любого расплава.
Вязкость расплава может быть существенно уменьшена за счет его пере-
грева над точкой плавления.
132
Повышению жидкотекучести способствует хорошая смачиваемость
расплавом рабочей поверхности литейной формы. Закономерности сма-
чивания и капиллярного движения жидкости рассмотрены ниже (см.
§ 9.1). Одновременно за счет уменьшения шероховатости поверхностей
литейной формы и каналов ее литниковой системы можно улучшить
заполняемость полости формы расплавом. Все мероприятия по
уменьшению теплопроводности и теплоемкости формы повышают жид-
котекучесть расплава.
С повышением в доэвтектическом чугуне содержания углерода (до
4,3 %), а также кремния и фосфора жидкотекучесть увеличивается. Од-
нако повышение содержания фосфора нежелательно, так как он резко
уменьшает трещиноустойчивость чугунных отливок.
Ликвация (ГОСТ 19200—80) — дефект в виде местных скопле-
ний химических элементов или соединений в теле отливок, возникающих
в результате избирательной кристаллизации при затвердевании.
Различают дендритную и зональную ликвации. Дендритная ликва-
ция — химическая неоднородность, проявляющаяся в пределах близких
к размеру отдельного зерна, а зональная ликвация наблюдается во всем
объеме отливки. Причиной образования ликвации является различная
плотность и неодинаковая температура кристаллизации составляющих
элементов сплава.
Уменьшить ликвацию можно за счет всех способов перемешивания
расплава в форме в момент его кристаллизации, а также за счет увели-
чения скорости охлаждения.
Металлические формы, в том числе и кокили, увеличивают скорость
охлаждения расплава, а следовательно, уменьшают ликвацию сплава от-
ливки. Чем тоньше стенки отливки, тем меньше ликвация сплава в ней.
Ликвацию определяют химическим, металлографическим и спектраль-
ным анализами.
Усадка — уменьшение объема залитого в форму сплава в жид-
ком, жидкотвердом и твердом состояниях.
Уменьшение объема расплава в форме при охлаждении его в жидком
и жидкотвердом состояниях в значительной степени компенсируется за
счет его перетекания в полость формы из каналов литниковой системы.
Усадка же в твердом состоянии является главной составной частью
общей литейной усадки, определяющей разницу между литейными раз-
мерами формы и отливки.
Усадка зависит от состава заливаемого в форму расплава, темпера-
туры заливки, скорости его охлаждения, размеров и конфигурации
отливки, а также от условий свободной или затрудненной усадки отлив-
ки, фазовых превращений в сплаве и др. Тут мы ограничимся рассмотре-
нием усадки, которая определяется разностью размеров полости формы
и полученной в ней отливки.
При назначении размеров моделей, стержневых ящиков, а также
различных металлических форм и стержней учитывают линейную усадку.
Для этого пользуются специальным измерительным инструментом— уса-
133
дочным метром, в котором необходимый припуск (0,5; 1,0; 1,5; 2,0%
и др.) на усадку заранее учтен. Примерные размеры линейной усадки
приведены ниже (см. § 8.6—8.10).
В процессе охлаждения сплава в жидком, жидкотвердом и твердом
состоянии происходит уменьшение газосодержания отливки.
При этом часть газов из отливки выделяется в атмосферу, а часть остает-
ся в ней в виде газовых раковин и пор, адсорбированного слоя, раство-
ров и химических соединений. Количество выделившегося и оставшегося
в отливке газа зависит от технологии производства и обработки распла-
ва методами дегазации, различными модификаторами и др.
Газы уменьшают прочностные свойства сплавов и часто являются
причиной брака отливок. Газовые раковины и поры сформированы и
заполнены чаще всего такими газами, как О2, Н2, N2, СО и СО2. Кисло-
род в стали находится в виде растворенных или взвешенных включений
таких оксидов, как FeO, MnO, SiO2, А120з и др. Особенно вредное воз-
действие на сталь оказывает водород, который является причиной так
называемой водородной хрупкости. В § 2.1—2.7; 8.6—8.8 и 12.2 приве-
дены краткие сведения о способах уменьшения в сплавах газовых ра-
ковин и пор, а также газосодержащих химических соединений.
В процессе охлаждения в отливках в результате усадочных процес-
сов возникают внутренние напряжения. При этом, если они превышают
предел прочности сплава, в нем образуются одна или несколько трещин.
Трещины, возникающие в отливках при высоких температурах, когда
преобладают пластические свойства, называют ’’горячими” в отличие от
’’холодных”, проявляющихся при низких температурах, когда преобла-
дают упругие свойства. ’’Горячие” трещины имеют окисленный, а ’’холод-
ные” — блестящий изломй. На образование трещин влияет и газосодер-
жание сплава. Способность сплава противостоять образованию трещин
характеризуется трещиноустойчивостью. Ниже, в § 8.6—8.7 и § 12.2,
рассмотрены причины образования трещин и меры их предотвращения.
8.6. ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ СТАЛИ
Характеристика сплава. Сталь — деформируемый (ковкий) сплав
железа (основа) с углеродом (до 2%) и другими элементами. Для про-
изводства отливок чаще всего используют сталь с содержанием углеро-
да от 0,1 до 1,4 %.
По химическому составу различают стали углеродистые (около
70 % отливок) и легированные (около 30 % отливок); по назначению —
конструкционные, инструментальные, стали с особыми физическими и
химическими свойствами (жаропрочная, жароупорная, нержавеющая,
электротехническая, износостойкая, штамповая, кислотоупорная, хлад-
ностойкая); по характеру затвердевания в изложнице — спокойные,
полу спокойные и кипящие.
В свою очередь, углеродистые стали подразделяют на низкоуглеро-
дистые (0,09—0,20% С), среднеуглеродистые (0,20—0,45 % С) и высоко-
134
углеродистые (0,5 % Си больше); соответственно легированные стали —
на низколегированные (сумма легирующих элементов до 2,5 %),
среднелегированные (2,5—10%) и высоколегированные (свыше 10%).
В зависимости от химического состава и степени легирования сплава
отливки по ГОСТ 977—75 классифицируют на две группы: из конструк-
ционной нелегированной и легированной сталей. В этом стандарте
предусмотрены стали из 54 марок, из них 31 — имеют буквенно-цифро-
вые обозначения, принятые в СССР, и 23 — пятизначные цифровые
обозначения, принятые в странах СЭВ (СТ СЭВ 4459—84, 4561—84).
Стандарт имеет данные о соответствии марок стали по ГОСТ 977—75
маркам стали по СТ СЭВ 4561—84.
Стали по ГОСТ 977—75 содержат 0,12—0,60 % углерода,*0,30—0,90 %
марганца, 0,20—0,52 % кремния и примеси серы и фосфора не более
0,06 % (каждого) для отливок I группы при кислом процессе и не более
0,05 % при основном процессе. В необходимых случаях содержание серы
не должно превышать 0,04 % в сталях марок 15Л, 25Л, 35Л и 45Л.
Сплавы 15Л и 20Л (низкоуглеродистые) подвергают только норма-
лизации; сплавы ЗОЛ — 55Л кроме нормализации и отпуска — закалке и
отпуску. Температура нормализации равна 1203—1113 К, отпуска —
963—873 К, закалки — 1163—1063 К. При этом чем выше содержание
углерода в сплаве, тем ниже температура видов термической обработки,
в результате которой снимаются внутренние напряжения, измельчается
структура, уменьшаются дендритная ликвация и газосодержание, в том
числе насыщенность водородом в 4—6 раз.
Согласно ГОСТ 977—75, ’’мягкие” стали марок 15 Л и 20Л не подвер-
гают закалке и отпуску, а стали с более высоким содержанием углерода
могут подвергаться вместо нормализации и отпуска соответственно
закалке и отпуску. За счет второго режима термообработки увеличи-
вается предел текучести, временное сопротивление (на 20—10%) и от-
носительное удлинение (на 10—5 %), при этом соответственно несколько
уменьшается относительное сужение.
Сравнение предела текучести углеродистых и легированных сталей
(ГОСТ 977—75) показывает, что последние в 1,5—2 раза превышают
первые по данному показателю (табл. 8.3). Этим объясняется увели-
чение в настоящее время количества производства отливок из экономно-
легированных и легированных сталей за счет соответственного уменьше-
ния их производства из углеродистых сталей. При незначительном увели-
чении себестоимости стали за счет легирующих элементов многократно
повышается надежность и долговечность эксплуатации литых деталей
из легированных сталей при одновременном уменьшении материалоем-
кости отливок.
На практике в ограниченном количестве производят отливки из
высоколегированной стали со специальными свойствами (ГОСТ 2176-
77). Стандарт включает в себя 40 марок сталей различного класса: мар-
тенситного — 14, аустенитно-ферритного — 6 и аустенитного — 20. Это
износостойкие, нержавеющие, кислотоупорные, окалиностойкие, жаро-
135
8.3. Механические свойства отливок углеродистой стали
(ГОСТ 977—75)
Марка Предел те- Временное Относитель- Относитель- Ударная
стали* кучести сопротивле- ное удли- ное суже- вязкость,
о , МПа т ние и , МПа в нение ст, % ние ф, % кДж/м2
Нормализация или нормализация с отпуском
15Л 200 400 24 35 500
20Л 220 420 22 35 500
25Л 240 450 19 30 400
ЗОЛ 260 480 17 30 350
35Л 280 500 15 25 350
40Л 300 530 14 25 300
45Л 320 550 12 20 300
50Л 340 580 11 20 250
55Л 350 600 10 18 250
*Цифрами указывается содержание углерода в сотых долях, буква ”Л” обоз-
начает, что сталь литейная.
прочные, кавитационно-стойкие стали. Примерно 70 % всех отливок по
массе производят из стали марки 110Г13Л (0,9—1,4% С, 0,3—1,0% Si,
11,5—15,0% Мп, не более 0,05 % S и 0,12% Р). Класс данной стали —
аустенитный, имеет высокое сопротивление износу при одновременном
воздействии ударных и ударно-абразивных нагрузок. Из стали марки
110Г13Л изготовляют, например, железнодорожные и трамвайные крес-
товины и стрелочные переводы, гусеничные траки, щеки дробилок, кор-
пуса и брони шаровых и других мельниц. Другие 39 марок высоколеги-
рованных сталей (ГОСТ 2176—77) из-за большого процента используе-
мых легирующих элементов имеют большую стоимость и применяются
редко, преимущественно для получения отливок ответственного назна-
чения.
Особенности литья отливок. Особенностью производства отливок из
стали литьем в кокиль является более высокая (по сравнению с другими
сплавами) температура заливки. Это уменьшает стойкость кокиля по
числу заливок, а также обусловливает необходимость использования для
защиты рабочих поверхностей кокиля толстых и термостойких по-
крытий.
Линейная усадка углеродистой стали примерно 2 %, она может про-
текать с учетом размеров и конструкции отливки в затрудненных или
незатрудненных условиях, а также изменять свое значение в пределах
1,3—2,3% в зависимости от температуры ее заливки и других
причин.
136
Поэтому для получения отливки заданных размеров необходимо
максимально точно учитывать процент усадки литейного сплава, уве-
личение размеров кокиля от нагрева, а также толщину защитного по-
крытия. Последнее всегда уменьшает наружные размеры отливки на
свою толщину.
Температура (табл. 8.4) заливаемого расплава должна быть доста-
точной для получения в кокиле отливки без недолива и неспаев. За-
вышенная температура ускоряет разрушение кокиля и способствует
получению отливки с повышенным газосодержанием, усадочными
дефектами и ликвацией.
8.4. Рекомендуемая температура заливки в кокиль
Сталь Толщина ребра и стен- Температура ки отливки, мм заливки, К
Углеродистая и низколегиро- ванная 10-20 1833-1815 20-25 1833-1810 25-30 1828-1808 30-75 1823-1803
Высоколегированные: марганцовистая хромоникелевая 1673-1670 1738-1715
Сталь в процессе ее заливки в кокиль ускоренно охлаждается с од-
новременным уменьшением жидкотекучести сплава. Поэтому получать
сложные тонкостенные отливки литьем в кокиль трудно. Для произ-
водства таких отливок необходимо использовать кокили с толстой об-
лицовкой.
По конструктивному исполнению отливка должна иметь по возмож-
ности простую форму, плавные переходы между стенками и ребрами
разной толщины, а также сопрягаемыми частями. При этом желательно,
чтобы по направлению заливки расплава торцы отливки усиливались
технологическими буртами, а выступающие части ее выполнялись с
использованием песчаных стержней. 4
Высокая температура заливки, низкая жидкотекучесть, большая
усадка сплава при затвердевании, повышенная склонность к образова-
нию трещин обусловливают особые требования и к литниковой системе.
Особенностью ее является прибыль, которую стремятся разместить
в песчаных стержнях или, как исключение, в частях кокиля с толстым
теплоизоляционным покрытием. Расплав в полость кокиля должен
подводиться так, чтобы струя его не ударяла под прямым углом в рабо-
чую стенку кокиля. Заливают расплав чаще всего через прибыль или
соединенный с ней короткий стояк.
137
Литниковая система и теплоизоляционное покрытие кокиля должны
обеспечивать направленную кристаллизацию в нем расплава от нижних
и массивных частей отливки по направлению вверх к прибыли. При
изготовлении тонкостенных отливок вместо прибыли часто используют
выпоры большого поперечного сечения.
Для защитного покрытия рабочих частей кокиля и каналов литни-
ковой системы применяют различные составы с высокими теплоизоля-
ционными свойствами. Например, составы {мае. %): циркон — 92 и
вода — 8; графит — 80—85, пек — 10—5 и смола — 5—10; пылевидный
кварц — 60 и сульфитно-спиртовая барда (плотностью 1450 кг/м3) —
40 и др.
Перечисленные и другие составы наносят кистью один-два раза в
смену. Такую облицовку после каждой заливки кокиля покрывают
одним или несколькими слоями краски. Для отливок массой до 700 кг
суммарная толщина облицовки и краски не превышает 1 мм, а для
более массивных отливок она должна быть более 2 мм. Максимальная
толщина защитного покрытия создается в каналах литниковой системы
и в местах касания струи расплава рабочих поверхностей кокиля.
Плавка и заливка стали в кокили. Конструкционную нелегирован-
ную и легированную стали выплавляют в электрических и мартеновских
печах с основными и кислыми футеровками. По согласованию с потре-
бителем допускается изготовлять отливки и из конвертерной стали.
Однако в настоящее время практически все производство отливок
(около 97 %) основано на использовании электростали. При этом более
95 % стали выплавляется в дуговых электропечах различной вместимо-
сти (0,5-100 т): ДС-3, ДС-6, ДСП-6, ДСП-12 и др.
Основой металлической части шихты является стальной лом марки
1—ЗА (ГОСТ 2787—75), возврат собственного производства и передель-
ный чугун марок Ml, М2 и М3 (обычно 2—10 % к массе шихты).
Для получения стали заданного химического состава, легирования
и раскисления ее используют ферросплавы и реже другие сплавы или
чистые металлы. Чаще всего применяют ферросилиций марок ФС75,
ФС65, ФС45, содержащий соответственно 75, 65 и 45 % кремния (ГОСТ
1415—78); ферромарганец марок Мн5, Мнб и Мн7, содержащий 70—77 %
марганца, а также другие марки этого сплава типа ФМн. В отдельных
случаях используют чистый марганец (99—95 %); силикокальций (рас-
кислитель) марок СК10, СК15, СК20, СК25, СКЗО, содержащий 10—30 %
кальция (ГОСТ 4762—71). Для ряда сталей применяют феррохром,
ферровольфрам, ферротитан, ферромолибден, ферробор. Перечислен-
ные элементы иногда используют в виде чистых металлов. Применяют
также медь, никель и другие металлы.
При изготовлении крупных отливок заливку стали в формы
осуществляют на формовочном плацу непосредственно из стопорных
ковшей большой вместимости. Мелкие и частично средние по массе
отливки получают по следующей схеме: плавку из печи выдают в сто-
порный, ковш, а из последнего на стенде заливают мелкие (вмести-
138
мостью 300 кг) ковши чайникового типа, из чайниковых ковшей, кото-
рые имеют в верхней части перемычку для удержания шлака, сталь зали-
вают в песчаные или кокильные формы.
Новым направлением в разливке стали является технология бессто-
порной разливки из ковшей. Подвижная часть бесстопорного устройства
шиберного типа (рис. 8.1) вмонтирована в металлический корпус. Пли-
та-шибер прижимается к неподвижной плите нажимными болтами, пру-
жинами, гидравлическими устройствами. Перемещаясь, шибер открыва-
ет, дросселирует или перекрывает струю стали, вытекающую из ковша
и направляет ее в чашу литейной формы. Бесстопорная разливка более
надежна и удобна по сравнению с традиционной стопорной.
Рис. 8.1. Схема бесстопорного устройства шиберного типа в за-
крытом положении:
1 - гнездовой составной кирпич, 2 - вставка (неподвижный
стакан) входного канала для жидкой стали, 3 - верхняя непод-
вижная огнеупорная плита, 4 - нижняя подвижная огнеупорная
плита-шибер, 5 - рычаг механизма передвижения шибера, 6 -
направляющий стакан-коллектор шиберного устройства
В настоящее время широко распространены внепечные методы обра-
ботки стали и других сплавов. Сталь, перелитая из печи в ковш с исполь-
зованием специального оборудования, комплексно или раздельно может
быть подвергнута, например, следующим воздействиям: обработке
жидкими белыми шлаками; то же, синтетическими шлаками; то же,
смесями порошков флюсов; продувке нейтральными газами; инжекци-
онной продувке порошками; вакуумированию и совмещенному с ним
другому виду обработки.
139
Во всех перечисленных случаях резко уменьшается содержание в
расплаве кислорода, водорода, азота, серы, фосфора и других вредных
примесей; увеличивается усвояемость модификаторов и легирующих
элементов, а также существенно повышаются физико-механические и
другие свойства отливок. Этим же целям служит так называемое сус-
пензионное литье, которое основано на введении в струю заливаемой в
форму стали дисперсных металлических частиц-инокуляторов (напри-
мер, дроби), значительно уменьшающих температуру расплава и создаю-
щих в последнем многочисленные центры кристаллизации, что уменьша-
ет вероятность появления в отливках раковин и пор, ликвационных де-
фектов, а самое главное резко измельчает структуру. Кроме дроби для
этих целей применяют также железный порошок в количестве 2—3 % от
массы отливок.
8.7. ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ ЧУГУНА
Характеристика сплава. Чугун — сплав железа с углеродом (более
2 %) и другими элементами. Различают белый, серый и ковкий чугуны.
В сером чугуне с пластинчатым графитом (ЧПГ) основная
часть углерода находится в свободном состоянии, чаще всего в виде
пластинчатого графита различной формы и размеров, меньшая часть
углерода находится в связанном состоянии в виде карбидов. Такой
чугун может быть легированным, нелегированным и модифициро-
ванным.
Получение чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ) основано на раз-
дельной или совместной обработке расплава магнием, кальцием, РЗМ и
другими модификаторами, содержащими в том или ином количестве
указанные и другие сфероидизирующие графит вещества. Наиболее
распространен магниевый процесс получения ЧШГ, основанный на вве-
дении в расплав (в печь, ковш и форму) магния и различных магниевых
лигатур и комплексных модификаторов. Отливки из чугуна с шаровид-
ным графитом успешно заменяют стальные литые детали в различных
ответственных и сильно нагруженных машинах и механизмах. ЧШГ мо-
жет быть нелегированным и легированным.
В настоящее время широко применяют чугун с вермикулярным гра-
фитом (ЧВГ), который превосходит по своим служебным и другим
свойствам ковкий чугун и успешно заменяет низкие и средние по проч-
ностным свойствам марки высокопрочного чугуна с шаровидным графи-
том. ЧВГ получают модифицированием расплава малыми добавками
магния (0,01—0,04%) в сочетании с титаном (0,2—0,5 %) и церием
(0,001—0,01%). В отечественной практике отливки из ЧВГ получают
модифицированием расплава малыми добавками РЗМ, которые постав-
ляются в виде лигатур Сиитмиш-1 и Сиитмиш-2.
Вермикулярный графит можег быть назван компактным или черве-
видным, занимает промежуточное положение между ПГ и ШГ. ЧВГ
может быть нелегированным и легированным.
140
Отливки из белого чугуна могут быть легированными и неле-
гированными. В них углерод находится в связанном состоянии в виде
карбидов. Белый чугун получают из расплава с низким содержанием
углерода и кремния, поэтому он обладает высокой твердостью и очень
низкой обрабатываемостью. Белый чугун применяют для получения
отливок, которые не подвергаются механической обработке, должны
иметь в литом состоянии высокую твердость и хорошо противостоять из-
нашиванию (например, лопасти дробеметных аппаратов, ковши песко-
метов, плиты дробилок, звездочки очистных барабанов и др.). В практи-
ке иногда получают отливки из отбеленного чугуна. В отливках из отбе-
ленного чугуна наружная часть их сечения состоит из белого чугуна, а
внутренняя — из серого чугуна. Получают такие отливки некоторым уве-
личением содержания в расплаве чугуна (по сравнению с белым) угле-
рода и кремния, а также регулированием скорости его кристаллизации
в форме.
Отливки из ковкого чугуна получают отжигом белого чугу-
на. Название ’’ковкий” следует понимать лишь в том смысле, что этот
чугун по сравнению с серым является более вязким и пластичным. Бла-
даря упомянутым свойствам, высокой прочности и хорошей обрабаты-
ваемости его широко применяют для изготовления деталей, испытыва-
ющих в работе ударные нагрузки.
Все известные чугуны, особенно ЧШГ и ЧВГ, являются хорошими
конструкционными материалами. Имеется тенденция постепенной
замены в технике отливок из стали на ЧШГ и ЧВГ. Это в значительной
степени обусловливается тем, что отливки из таких чугунов значительно
дешевле стальных при фактически одинаковых прочностных и других
эксплуатационных свойствах. Выявилась также тенденция широкого
производства отливок из ЧВГ взамен ковкого чугуна, который больше
не может рассматриваться как перспективный для машиностроения.
Из числа известных чугунов остановимся на рассмотрении только
серого чугуна (СЧ) с пластинчатым графитом ЧШГ и ЧВГ. ГОСТ 1412—
79 предусматривает производство отливок из СЧ девяти марок (табл.
8.5, 8.6). На серый чугун имеется и стандарт СЭВ (СТ СЭВ 4560—84),
который регламентирует временное сопротивление для марок СЧ10,
СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧЗО и СЧ35 с округленными зна-
чениями от 100 до 350 МПа.
Применение низкого легирования чугуна или модифицирования
различными элементами позволяет повысить физико-механические свой-
ства всех марок серого чугуна с пластинчатым графитом.
Приведенные в табл. 8.6 элементы чугуна, а также весьма часто при-
сутствующие в нем другие элементы (хром, никель, медь, титан, молиб-
ден, вольфрам и др.) в сочетании с изменением скорости кристаллизации
и охлаждения отливок резко влияют на металлическую основу и форму
графита.
Углерод и кремний являются главными графитизирующими элемен-
тами и оказывают решающее воздействие на структуру и свойства
141
8.5. Физико-механические свойства отливок из серого чугуна
с пластинчатым графитом
Марка чугуна Временное сопро- тивление при рас- тяжении и , МПа, в не менее Твердость НВ
счю 98 143-229
СЧ15 147 163-229
СЧ18 176 170-229
СЧ20 196 170-241
СЧ25 245 180-250
Марка чугуна Временное сопро- тивление при рас- тяжении а , МПа, в ’ не менее Твердость НВ
счзо 294 181-255
СЧ35 343 197-269
СЧ40 392 207-285
СЧ45 441 229-289
8.6. Химический состав отливок Из черого чугуна
с пластинчатым графитом
Марка чугуна Массовая доля элементов, % Углерод Кремний Марганец Фосфор Сера
не более
СЧЮ 3,5-3,7 2,2-2,6 0,5-0,8 0,3 0,15
СЧ15 3,5-3,7 2,0-2,4 0,5-0,8 0,2 0,15
СЧ18 3,4-3,6 1,9-2,3 0,5-0,7 0,2 0,15
СЧ20 3,3-3,5 1,4-2,2 0,7-1,0 0,2 0,15
СЧ25 3,2-3,4 1,4-2,2 0,7-1,0 0,2 0,15
СЧЗО 3,0-3,2 1,0-1,3 0,7-1,0 0,2 0,12
СЧ35 2,9-3,0 1,0-1,1 0,7-1,1 0,2 0,12
СЧ40 2,5-2,7 2,5-2,9 0,2-0,4 0,02 0,02
СЧ45 2,2-2,4 2,5-2,9 0,2-0,4 0,02 0,02
нелегированного чугуна. Изменяя содержание углерода и кремния,
можно получать отливки со структурой белого, половинчатого, серого
перлитного (обладает хорошей обрабатываемостью и высокой износо-
стойкостью), серого перлитно-ферритного, серого ферритного чугунов.
Составляющие чугун элементы можно расположить в ряд в зависи-
мости от их положительного или отрицательного влияния на графити-
зацию: Al, С, Si, Ti, Ni, Си, Р, Со, Zr, Nb, W, Мп, Mo, S, Cr, V,Te, Mg, Sr, B.
Элементы, расположенные слева от ниобия, способствуют графитизации,
а элементы, расположенные справа от него, — тормозят ее. Влияние пере-
численных элементов возрастает по мере удаления от ниобия.
Особенности литья отливок. Серый чугун имеет хорошую жидкоте-
кучесть и относительно малую усадку. Увеличить жидкотекучесть, необ-
ходимую для производства тонкостенных отливок из чугуна, можно за
142
счет его перегрева, а также увеличения содержания в нем углерода и
кремния. Когда к отливкам не предъявляют повышенных требовании
по прочности и трещиноустойчивости, в состав чугуна может быть до-
бавлен фосфор.
Однако при литье тонкостенных отливок в кокиль всегда имеется
вероятность получения их с отбелом, т.е. со структурой цементита, кото-
рый характеризуется повышенной твердостью, хрупкостью и усадкой.
Отбел отливки сквозной или поверхностный, за исключением отливок из
ковкого чугуна и некоторых литых изделий, всегда нежелателен.
Существует комплекс мер, позволяющих предотвратить получение
отливок с отбелом. Это прежде всего увеличение содержания углерода,
кремния и других графитизирующих элементов; уменьшение скорости
кристаллизации и охлаждения чугуна за счет подогрева кокиля и тепло-
изоляции его рабочих поверхностей различными красками и облицов-
ками, а также ранняя выбивка отливки из кокиля. В последнем случае
за счет теплоты внутренних слоев отливки происходит нагрев ее наруж-
ных частей и самоотжиг цементита с образованием структуры, свобод-
ной от него. Для предотвращения отбела может быть использовано
модифицирование расплава малыми добавками модификаторов.
Чем толще теплоизоляционное покрытие рабочих стенок кокиля,
тем больше вероятность получения чугунных отливок без отбела. Теп-
лоизоляционное покрытие при литье серого чугуна предохраняет кокиль
от разрушений в результате рабочих теплосмен и одновременно умень-
шает скорость затвердевания и охлаждения расплава, предупреждает об-
разование структуры отливки с поверхностным или сквозным отбелом.
В производстве используют множество составов жидких облицовок
для покрытия кокилей, предназначенных для получения главным обра-
зом чугунных и стальных отливок. Такие облицовки приготовляют из
измельченных теплоизоляционных (иногда огнеупорных) материалов,
связующих, активизаторов и растворителей. Для них применяют огне-
упорную глину, кварцевую муку, графит, шамотный порошок, тальк,
молотый уголь и ферросилиций, хромовую руду, сажу, ацетиленовую ко-
поть и другие материалы. В качестве связующих материалов чаще всего
используют жидкое стекло, в качестве активизаторов — буру, борную
кислоту, марганцевокислый калий и др.; в качестве растворителя — на-
гретую до 348—368 К воду (табл. 8.7).
Наносят облицовку кистью на нагретую до 423—475 К рабочую стен-
ку, а если вязкость ее небольшая, то пульверизатором. За один проход
наносят слой толщиной 0,5—1,0 мм. Число проходов определяется задан-
ной толщиной облицовки. На слой облицовки пульверизатором наносят
слой краски толщиной 0,1—0,4 мм, которая имеет более высокую огне-
упорность и противопригарность чем материал облицовки.
Если вероятность получения отливки с отбелом мала, на рабочую
поверхность кокиля наносят только один слой краски. Такую краску
изготовляют из тех же материалов, что и облицовку; от последней она
отличается меньшей плотностью и вязкостью.
143
8.7. Составы защитных облицовок
Компоненты Содержание, мае. % Характеристика отливок
Маршалл ит 10-15 Мелкие отливки
Жидкое стекло 3-5
Вода 87-80
Сажа ПМ-15 15 Разные
Глинистая эмульсия 15
Жидкое стекло 7,3
Вода 62,7
Маршалл ит 25 Для покрытия кана-
Молотый шамот 25 лов литниковой систе-
Огнеупорная глина 25 мы
Жидкое стекло 10
Вода до плотности облицовки 1250- 1300 кг/м3 —
Графит 30-35 Для мелких и сред-
Уголь молотый 25-20 них по массе отливок
Огнеупорная глина 20-25
Жидкое стекло 20-25
Вода по плотности облицовки 1250— 1300 кг/м3 —
Шамот молотый 45-55 Для крупных отли-
Огнеупорная глина 6-10 вок и покрытия литни-
Жидкое стекло 5 ко вых систем
Марганцевокислый калий 0,5
Вода 43,5-29,5
Чем толще стенка получаемой отливки, тем меньше должна быть
температура заливаемого в кокиль расплава. Например, при литье
отливок из серого чугуна с толщиной стенки 5—10 мм расплав в кокиль
рекомендуется заливать при температурах 1673—1613 К, с толщиной
стенки 10—40 мм — 1633—1573 Кис толщиной стенки свыше 40 мм —
1623—1553 К. При наличии неспаев и недоливов в отливке необходимо
увеличить температуру заливки или температуру подогрева кокиля.
Скорость заливки расплава можно подбирать по скорости его подъ-
ема в полости кокиля. При наличии теплоизоляционного покрытия у
нагретого кокиля скорость подъема расплава в его полости должна быть
не менее 20 мм/с при горизонтальном и не менее 50 мм/с при вертикаль-
ном разъемах.
144
По мере совершенствования технологии следует постепенно умень-
шать скорость заливки расплава в кокиль, однако не настолько, чтобы
появились неспаи. Всегда надо помнить, что повышенная скорость залив-
ки ухудшает направленность затвердевания, может вызвать частичное
разрушение стержня, смыв защитного покрытия, захват расплавом воз-
духа и получение крупнозернистой структуры сплава.
Удаление отливки из кокиля, если есть вероятность получения ее
с отбелом, необходимо производить при максимально допустимой тем-
пературе, примерно при 1323—1223 К. Эта температура лимитируется
прочностными свойствами отливки, которая при выбивке не должна
деформироваться.
Раннее удаление отливки из кокиля в короб с остывающими другими
отливками способствует самоотжигу за счет выравнивания температуры
по всем сечениям отливки, а также за счет замедленного ее охлаждения.
Для предотвращения отбела и для создания самоотжига отливки
можно использовать и кокиль. В этом случае после достижения отлив-
кой минимально необходимой прочности стенки кокиля с вертикальным
разъемом размыкают на 10—40 мм. Между стенкой кокиля и поверх-
ностью отливки образуется воздушный зазор, который резко замедляет
отвод теплоты от остывающей отливки. При этом температура наружных
слоев ее повышается за счет теплоты кристаллизации расплава внутри
отливки, а также выравнивания температуры ее по всем сечениям.
Сочетание перечисленных процессов с замедленным охлаждением обеспе-
чивает самоотжиг отливки.
Однако при литье тонкостенных отливок в кокиль часть их имеет
отбел, который не удается предотвратить различными технологическими
мерами. В указанном случае, а также при литье ответственных по назначе-
нию отливок производят их термическую обработку.
Термическая обработка отливок из серого чугуна обеспечивает сня-
тие остаточных напряжений, графитизацию, уменьшение или повышение
механических свойств, а также изменение структуры сплава.
Снятие остаточных напряжений осуществляют низкотемпературным
отжигом при 820—920 К с выдержкой 3—4 ч и последующим медленным
охлаждением отливки вместе с печью со скоростью 8—30 градусов в
час до 370—420 К. При этом структура и механические свойства отливок
в большинстве случаев не изменяются, а снятие остаточных напряжений
тем полнее, чем меньше скорость охлаждения.
Графитизирующий отжиг производят для стабилизации структуры,
т.е. разложения структурно свободного цементита или цементита в пер-
лите (ферритизация). На практике применяют одностадийный или двух-
стадийный отжиг при температурах надкритической или подкритической
областей. Чаще всего для снижения твердости и улучшения обрабатыва-
емости серого чугуна используют одностадийный отжиг, режим которо-
го в значительной степени зависит от состава сплава, а также количества
находящихся в нем элементов, которые сильно тормозят графитизацию.
Таким элементом чаще всего является хром.
145
3
Нормализация и закалка чугуна способствуют повышению его твер-
дости и износостойкости. Отливки в этом случае нагревают до темпера-
тур выше критических и затем после выдержки охлаждают с большей
или меньшей скоростью. При закалке отливки погружают в жидкость
(воду, масло и др.), при нормализации их выдерживают вне печи — на
воздухе.
При нормализации производят нагрев отливок до 1170—1270 К и
выдерживают при этой температуре до частичного растворения графита
и насыщения аустенита углеродом, а затем охлаждают на воздухе. В
этом случае получают более дисперсные перлитообразные структуры,
что обеспечивает повышение твердости и механических свойств чугуна.
Закалку отливок производят с температур нормализации. Как
правило, после закалки производят отпуск при температуре 470-770 К,
что снижает закалочные напряжения и изменяет структуру (мартенсит
переходит в троостит или сорбит). В зависимости от температуры отпус-
ка снижается твердость и повышаются механические свойства чугуна.
В необходимых случаях для получения закаленного слоя произ-
водят поверхностную на глубину 1,5—4 мм или изотермическую закал-
ку. Изотермическую закалку производят в соляной ванне или другой
жидкости при температуре 570—670 К с последующей выдержкой до
получения бейнитной структуры. Ее можно получить и без термооб-
работки за счет комплексного легирования чугуна никелем и мо-
либденом.
Чугун с шаровидным графитом получают введением в его расплав
отдельно или совместно таких эле ментов-модификаторов, как магний,
церий, кальций, натрий, калий, литий, цинк, селен, торий, РЗМ и др. Эти
элементы являются глобулизаторами, т.е. элементами, способствую-
щими выделению графита шаровидной формы. Модифицирование произ-
водят в плавильном агрегате, копильнике, ковше, в процессе заливки
расплава в форму и в самой форме.
Наиболее часто модифицируют магнием, при доведении содержания
которого в чугуне до 0,03—0,05 % графит кристаллизуется (или может
быть получен после высокотемпературного графитизирующего отжига)
в виде шаровидных включений. Такие включения увеличивают площадь
(относительно графита) металлической основы в любом сечении отлив-
ки, что в конечном счете повышает временное сопротивление при растя-
жении и условный предел текучести.
Условное обозначение марки такого чугуна включает буквы ВЧ —
высокопрочный чугун и цифры, указывающие на минимальное времен-
ное сопротивление при растяжении, МПа • 10“ \ ГОСТ 7293—85 предус-
маривает следующие марки чугуна: ВЧ 35; ВЧ 40; ВЧ 45; ВЧ 50;
ВЧ 60; ВЧ 70; ВЧ 80 и ВЧ 100 соответственно с механическими свой-
ствами в литом состоянии или после термической обработки не менее
350—1000 МПа (временное сопротивление при растяжении) и 220—
700 МПа (условный предел текучести). Следует отметить, что на практи-
ке часто получают ВЧ с временным сопротивлением при растяжении до
146
1100—1200 МПа, а по данным Л.И. Леви, это свойство может быть дове-
дено до 1300—1400 МПа.
Литейные свойства ВЧШГ хуже, чем у серого чугуна. Он имеет низ-
кую жидкотекучесть и большую усадку. Именно по этой причине необ-
ходимо обеспечить линейную усадку при литье в пределах 1,5—2 %, а в
литниковой системе предусмотреть прибыль. Заливать формы для
тонкостенных отливок следует с большим перегревом расплава. При
этом рекомендуемый химический состав чугуна по кремнию может нахо-
диться в пределах от 0,5 до 3,8 %, а по углероду — от 2,7 до 3,8 % в зави-
симости от марки чугуна и толщины стенки отливки. Чем толще стенка
отливки и выше марка ВЧ, тем меньше в нем должно быть углерода.
Содержание марганца должно быть в пределах 0,2—0,7 %, фосфора — не
более 0,1 %, серы — не более 0,01—0,02 % и хрома — не более 0,05—0,15 %.
Высокие требования к сплаву по хрому и сере объясняются тем,
что хром способствует возникновению отбела в чугуне и резкому ухуд-
шению его графитизирующего отжига; а сера препятствует процессу
модифицирования чугуна, так как в первую очередь вступает во взаимо-
действие с магнием и образует с ним сульфиды. Такие неметаллические
включения образуют в теле отливки так называемые ’’черные пятна”,
которые резко ухудшают ее прочностные свойства и качество обрабаты-
ваемых поверхностей.
Важнейшей операцией получения ВЧ является введение магния в
его расплав. Магний — легкий металл, плотность которого 1739 кг/м3,
а температуры плавления и кипения его соответственно равны 924 и
138 К. На воздухе магний легко воспламеняется (см. § 8.9), поэтому
введение его в расплав чугуна сопровождается сильным пиро эффектом,
выплеском расплава и бурным выделением дыма. Все это обусловило
необходимость модифицирования чугуна магнием в ковше, который
размещают в автоклаве под давлением 0,5—0,6 МПа, или при атмосфер-
ном давлении, но с использованием различных лигатур магния или РЗМ.
При модифицировании чугуна под давлением 0,6 МПа температура
кипения магния составляет 1623 К, а чугун обычно имеет температуру
1573—1623 К, поэтому, чтобы исключить возникновение пироэффекта
в автоклаве и обеспечить максимальное усвоение магния Mg, его нагре-
вают примерно до такой же температуры. При этом обеспечивается мак-
симальное усвоение магния расплавом.
Лигатуры магния (например, никель 80%, магний 15 %, селен;
железо 47—30%, кремний 50—60% и магний 3—10%; РЗМ и др.) при
модифицировании чугуна создают минимальный пироэффект или он
практически отсутствует. Именно по этой причине такие лигатуры исполь-
зуют для модифицирования чугуна различными способами, но при атмос-
ферном давлении.
При модифицировании магнием или его лигатурами в чугунных
отливках может появиться отбел, так как магний является карбидо-
образующим элементом. Поэтому отливки из ВЧ, полученные с исполь-
зованием магния и его лигатур, а также в большинстве случаев и с ис-
147
пользованием РЗМ и других лигатур, которые фактически не дают от-
дела, подвергают термообработке.
Первоначально производят высокотемпературный графитизирую-
щий отжиг. Далее с целью получения высоких пластических свойств про-
изводят вторичную стадию отжига, заключающуюся в выдержке тонко-
стенных отливок при температуре 950—1030 К в течение 1,5—2,0 ч с
последующим охлаждением на воздухе или в воде (последнее для быст-
рого прохождения интервала отпускной хрупкости). В результате такого
отжига в структуре отливки содержится не менее 90 % феррита.
Отливки без отбела в первичной структуре, а также полученные с
использованием модификаторов, которые не являются карбидообразу-
ющими элементами, также подвергают термообработке — нормализации
при температуре 1170—1220 К в течение 1—3 ч.
Чугун с вермикулярным графитом занимает по механическим свой-
ствам и форме графита промежуточное положение между чугунами с
пластинчатым и шаровидным графитом. В зависимости от структуры
металлической основы такой чугун может иметь следующие свойства:
временное сопротивление 320—360 МПа, относительное удлинение 4—7 %
(структура ферритная); временное сопротивление 360—420 МПа, отно-
сительное удлинение 2,0—5,0% (ферритно-перлитная); временное сопро-
тивление 420—550 МПа, относительное удлинение 0,5—2,5 % (перлитная).
Чугун с вермикулярным графитом является полноценным заменителем
самых высоких марок серого чугуна, низких и средних марок высоко-
прочного чугуна и всех марок ковкого чугуна.
Для получения в структуре вермикулярного графита расплав чугуна
обрабатывают сфероидизирующими модификаторами, но расход их в
5—10 раз меньше по сравнению с расходом при модифицировании отли-
вок из ВЧ. Существует несколько способов производства отливок из
чугуна с вермикулярной формой графита, но чаще всего используют сле-
дующие два. Первый способ заключается в обработке расплава РЗМ, как
правило, в виде лигатур Сиитмиш-1 или Сиитмиш-2 и др. Указанную
лигатуру вводят в расплав из расчета, чтобы остаточное содержание РЗМ
в отливке было в пределах 0,1—0,15 %, в том числе селена 0,02—0,06 %.
После обработки лигатурой на основе РЗМ производят вторичное графи-
тизирующее модифицирование, предотвращающее отбел чугуна. По вто-
рому способу в расплав чугуна вводят лигатуры комплексные, т.е.
содержащие одновременно глобулизирующие (магний, селен) и деглобу-
лизирующие (алюминий, титан) элементы, а также кальций, иногда
сурьму и другие элементы.
8.8. ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Характеристика сплавов. Основным компонентом алюминиевых
сплавов является алюминий, имеющий плотность 2703 кг/м3 и темпе-
ратуру плавления 933 К. Для производства отливок используют литей-
ные сплавы, которые в зависимости от компонентов, добавляемых к
148
алюминию в процессе плавки, подразделяют на пять групп. В первую
группу входят сплавы на основе системы алюминий — кремний (наибо-
лее распространены сплавы АЛ4, АЛ9 и др.), содержащие (мае. %):
кремния — 13—6, магния — 0,17—0,55, кроме сплава АЛ2, который, как
и силумин, фактически является исходным материалом для их плавки.
Сплавы этой группы наиболее часто используют для производства отли-
вок в кокили и литьем под давлением. Вторую группу составляют спла-
вы на основе системы алюминий — кремний — медь (АЛЗ, АЛ5, АЛ6 и
др.), кроме алюминия они содержат (мае. %): кремний — 3—8,5; медь —
1—8; магний — 0,2—0,8; марганец — 0,2—0,9 (кроме сплавов АЛ6 и
АК4М4). Третья группа включает сплавы на основе системы алюминий —
медь (АЛ7, АЛ19, АЛЗЗ), содержащие 4—6,2 % меди. В четвертую груп-
пу входят сплавы на основе системы алюминий — магний (АЛ8, АЛ 13,
АЛ22, АЛ27 и др.); они содержат 4—13 % магния. Пятую группу состав-
ляют сплавы на основе системы алюминий — прочие компоненты (АЛ1;
АЛ11; АЛ21; АЛ30; АК21М2; 5Н2,5).
Согласно ГОСТ 2685—75, в химический состав алюминиевых спла-
вов кроме алюминия могут входить или отсутствовать в них следующие
элементы: кремний, марганец, магний, медь, никель, титан, бериллий,
цирконий, церий, цинк и хром. В ряде случаев перечисленные элементы,
а также железо, олово и свинец для отдельных марок сплавов являются
вредными примесями, поэтому их максимально допустимое содержание
в сплаве регламентируется.
Сплавы первой группы обладают хорошими литейными свойствами
и высокой герметичностью. Недостатком их является склонность к обра-
зованию в структуре крупнозернистой эвтектики, особенно при наличии
в сплаве железа. Сплавы второй группы имеют повышенные механичес-
кие свойства после термической обработки. В этих же целях сплавы
третьей группы подвергают закалке и искусственному старению, после
термической обработки они имеют повышенную жаропрочность. Недо-
статками сплавов этих групп являются низкая жидкотекучесть и склон-
ность к образованию горячих трещин. Сплавы четвертой группы имеют
малую плотность, хорошие механические свойства и высокую коррози-
онную стойкость. Сплавы пятой группы обладают высокой жаропроч-
ностью.
Усадка алюминиевых сплавов при литье в кокили равна 0,9—1,3^ %
для мелких, 07—1,2% для средних и 0,6—1,0% для крупных отливок.
Нижний предел линейной усадки относится к сплавам первой группы,
а верхний — к сплавам третьей и четвертой групп.
Многие алюминиевые сплавы модифицируют для измельчения мак-
розерен, первично кристаллизующихся фаз и фаз, входящих в эвтектики,
а также для изменения форм выделяющихся хрупких фаз. Для этого в
расплав в малых количествах вводят титан, цирконий, бор, ванадий,
титан с бором и др. Измельчение макрозерен повышает однородность
структуры и механические свойства сплава в различных по толщине
стенках отливки, а также увеличивает его относительное удлинение.
149
Особенности производства отливок. При плавке на воздухе алюми-
ниевые сплавы окисляются и насыщаются водородом. При этом в 100 г
такого расплава растворяется примерно 3 см3 водорода, что ведет к
образованию в отливках газовых раковин и пор. Одновременно умень-
шаются прочностные свойства отливок за счет остающихся в них окси-
дов. По этой причине все алюминиевые сплавы, как правило, перед за-
ливкой в форму подвергают рафинированию (очистке).
Рафинирование алюминиевых расплавов от взвешенных неметалли-
ческих включений и водорода можно осуществлять продувкой инерт-
ными (азот, аргон) и активными (хлор, смесь азота с 10% хлора) газа-
ми, обработкой хлоридами (MnCl2, ZnCl2, TiCl<, С2С16), флюсами,
выдержкой в вакууме и фильтрованием через зернистые или спеченные
фильтры. Чаще всего рафинирование производят хлоридами, которые
при температуре 993—1023 К вводят в расплав в количестве 0,1—0,3 %,
после чего выдерживают его перед разливкой в течение 10—15 мин.
Рафинирование флюсом производят при 1003—1023 К в течение
такого же времени, но с расходом флюса 0,5—1 % от массы обрабаты-
ваемого расплава.
Следует отметить, что большая теплоемкость и теплопроводность
кокиля обеспечивают повышенную скорость кристаллизации и охлаж-
дения отливки. Это обеспечивает измельчение структуры металличес-
кой основы (уменьшается зерно твердого раствора, увеличивается дис-
персность эвтектики и вторичных фаз, образующихся при наличии
примесей, особенно железа) и уменьшает проявление ликвационных про-
цессов всех видов.
Наиболее вредной примесью является железо, образующее с компо-
нентами алюминиевого сплава фазу j3(AlxFe^Siz), кристаллизующуюся в
форме грубых иглообразных кристаллов, сильно снижающих пластич-
ность. Во всех случаях в сплавах желательно иметь минимальное коли-
чество железа. Для нейтрализации его в расплав алюминиевых сплавов
вводят марганец, а для повышения их прочности — магний.
При литье алюминиевых сплавов кокили должны иметь относи-
тельно тонкое покрытие (табл. 8.8), основной целью которого является
не теплоизоляционная защита материала кокиля, а предотвращение при-
варивания к его стенкам сплава отливки и улучшение ее выталкивания
из полости матрицы.
Из всех литейных сплавов алюминиевые сплавы наиболее техноло-
гичны. Для литья в кокили чаще всего применяют верхнюю литниковую
систему. Преимуществом такого способа подвода является то, что ко-
роткий стояк литниковой системы одновременно служит выпором и
своеобразной прибылью, питающей отливку сверху в процессе ее крис-
таллизации. Верхнюю литниковую систему чаще применяют в неразъем-
ных и реже в разъемных с вертикальной плоскостью разъема кокилях
для производства простых отливок высотой не более 150 мм.
Для крупных и сложных отливок рекомендуется применять снизу
подвод расплава, а при высоте отливок более 200 мм целесообразно
150
8.8. Покрытия кокиля для производства отливок
из алюминиевых сплавов
Состав краски, мае. % Температура краски, К Способ нанесения или область применения
Цинковые белила сухие - 15 Асбестовая пудра — 5 Жидкое стекло - 3 Вода — 77 423-473 Для рабочих поверхностей кокилей
Асбестовый порошок - В,7 Мел в порошке - 17,5 Жидкое стекло — 3,5 Вода - 70,3 423-473 Для каналов литниковой сис- темы
Асбестовый лист - 100 Жидкое стекло (для склеива- ния) 293-323 Для облицовки прибыли
Тальк - 30 Жидкое стекло — 16 Вода - 54 523-573 Как первый слой покрытия (облицовки) или для поверхнос- тей, не соприкасающихся с расп- лавом. Окунанием для заливочного ручного ковша
Оксид железа - 25-30 Вода - 75-70 (до плотности 1200-1300 кг/м3) 443-473 Окунанием, дополнительное покрытие пылевидным тальком
Отмоченный мел - 5 Жидкое стекло - 5 Вода - 90 — Для тиглей и плавильного инструмента
Графит - 17 Глина - 18 Жидкое стекло - 5 Вода - 60 — То же
использовать наклонный или с изгибами стояк, который создает местное
сопротивление и, следовательно, уменьшает скорость течения расплава
в литниковой системе.
Перед заливкой расплава кокиль должен быть подогрет до 423—
523 К для толстостенных и компактных, до 573—623 для тонкостенных
и до 773 К для тонкостенных крупных с развитой поверхностью и тонки-
ми ребрами отливок.
151
Температура заливки для сплавов АЛ2 равна 997—1073 К; АЛ7,
АЛ8, АЛ5 и АЛ12 - 973-1023 К; АЛ9 - 973-1073 К; АЛЗ - 973-
1123 К; АЛ4 — 973—1093 К и т.д. Верхний предел температуры предназ-
начен для изготовления тонкостенных и сложных отливок, а нижний —
соответственно для компактных и толстостенных.
Время выдержки в кокиле равно 6—10 с при литье мелких и тонко-
стенных и 1—3 мин при литье толстостенных массой от 3 до 8 кг отли-
вок. По мере освоения производства время выдержки в кокиле уточ-
няют. Полученные отливки после обрубки и зачистки в зависимости от
их назначения и типа сплава подвергают термической обработке по
стандартным режимам.
8.9. ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Характеристика сплавов. Основным компонентом магниевых спла-
вов является магний (плотность 1739 кг/м3, температура плавления
924 К). Для производства отливок используют сплавы, которые в зави-
симости от компонентов, добавляемых к магнию, подразделяют на три
группы (табл. 8.9).
8.9. Химический состав некоторых магниевых литейных сплавов
Группа сплавов Марка сплава Химический состав (мае. %) *
А1 Мп Zn Zr Другие элементы
1 МЛЗ 2,5-3,5 0,15-0,5 0,5-1,5 — —
МЛ4 5-7 0,15-0,5 2-3,5 — —
МЛ5 7,5-9 0,15-0,5 0,2-0,8 —
МЛ6 9-10,2 0,1-0,5 0,6-1,2 — —
2 МЛ8 — 5,5-6,6 0,7-1,1 0,2-0,8 Cd
МЛ 12 — — 4-5 0,6-1,1 —
3 МЛ9 — — — 0,4-1 0,2-0,8 In 1,9-2,6 Nd
МЛ19 — — 0,1-0,6 0,4-1 1,4-2,2 Y 1,6-2,3 Nd
* Остальное Mg.
Сплавы первой группы используют для производства высоконагру-
женных отливок, эксплуатируемых в атмосфере с большой влажностью.
Для повышения коррозионной стойкости в них вводят 0,1—0,5 % марган-
152
ца, а для уменьшения окисляемости 0,001—0,002% бериллия или 0,5—
0,1 % кальция. Упрочнителем сплавов является алюминий. Сплавы этой
группы относятся к числу высокопрочных. Наиболее часто применяют
сплавы МЛ5, МЛ6.
Сплавы второй группы также относят к высокопрочным. Их исполь-
зуют для отливок, работающих под большой нагрузкой при температу-
рах 473-523 К.
Сплавы третьей группы обладают хорошей коррозионной стой-
костью и высокой жаропрочностью. Отливки из них предназначены для
длительной при температурах 523—623 К и кратковременной при 673 К
работы; они имеют хорошие литейные свойства, высокую герметич-
ность, малую склонность к образованию микрорыхлот и трещин. Из
магниевых литейных сплавов получают отливки с толщиной стенки
до 3,5 мм (оптимальная толщина стенок для литья в кокиль 5—
10 мм).
Особенности производства отливок. В отличие от алюминиевых на
поверхности магниевых расплавов образуется рыхлая пленка оксида,
не предохраняющая их от дальнейшего окисления. При незначительном
перегреве магниевые расплавы легко воспламеняются, а в процессе
плавки активно взаимодействуют с азотом, образуя нитриды, и интен-
сивно поглощают водород (до 30 см3 на 100 г расплава). Нитриды и
оксиды, находясь в расплаве во взвешенном состоянии, приводят к сни-
жению механических свойств магниевых сплавов, а большое их газосо-
держание — к образованию газовых раковин и пор в отливках.
Чтобы уменьшить взаимодействие с печными газами, плавку магни-
евых сплавов ведут под флюсами или в среде защитных газов. В основ-
ном применяют флюсы ВИ2 (40—48% MgCl2, 30—40% КС1, 5 % BaCl,
3-5 % CaF) и ВИЗ (33-40 % MgCl2, 25-36 % КС1, 15-20 % CaF2,7-10 %
MgO), главной составляющей которых является карналлит. Покровные
флюсы для сплавов с РЗМ не должны содержать хлористый магний
(22-26% КС1, 17-20% NaCl, 35-39 % СаС12, 19-23 % ВаС12, 2-5 %
CaF2), так как он сильно взаимодействует с РЗМ с образованием хлори-
дов, увеличивая потери их до 20 %.
Для очистки от неметаллических включений магниевые расплавы
фильтруют через пористые фильтры из магнезита или графита, обраба-
тывают флюсами ВИ2 или ВИЗ или продувают аргоном при температурах
993—1003 К. Перед разливкой в расплав вводят до 0,1 % кальция, чем
связывают водород в устойчивые гидриды.
Для измельчения зерна и повышения механических свойств магни-
евые расплавы, содержащие алюминий, модифицируют углеродсодер-
жащими элементами (мелом, гексахлорэтаном, мрамором, магнезитом
и др.) или перегревают. Перед модифицированием в расплавы вводят
0,001—0,002 % бериллия, чтобы предотвратить их загорание. Для измель-
чения зерен в расплавы магниевых сплавов (группы 2 и 3, не содержа-
щие алюминия) вводят присадки кальция (0,05—0,15 %) или циркония
(0,5-0,7 %).
153
При заливке предусматривают ряд технологических мер, предотвра-
щающих или уменьшающих вероятность попадания флюсов и шлаков
в отливку, а также снижающих механический захват воздуха и окисле-
ние расплава. С этой целью стояки в литниковой чаше перекрывают
пробками, а также увеличивают объем чаши на 30—100 % по сравнению
с объемом отливки. Для заливки применяют расширяющуюся литни-
ковую систему с тонкими ленточными стояками, многоярусными и ще-
левыми (рис. 8.2) питателями и большими прибылями (30—50 % объема
отливки).
Рис. 8.2. Схемы литниковых систем для отливок из магниевых спла-
вов:
а - верхняя, б - сифонная, в - вертикалыю-щелевая; 1 - прибыль,
2 - отливка, 3 - стояк, 4 - литниковая воронка, 5 - щелевой пита-
тель
Для покрытия нагретых до 470—530 К рабочих поверхностей кокиля
применяют различные краски, составы некоторых из них приведены в
табл. 8.10. Краски на кокиль наносят пульверизатором.
8.10. Покрытия кокиля для производства отливок из магниевых сплавов
Состав, мае. ч.
назначение асбест борная мел оксид оксид тальк жидкое вода стекло
прока- ленный кисло- та маг- ния цин- ка
Для покрытия по- верхности каналов лит- никовой системы 25 — 20 — — — 6,5 100
Для покрытия рабо- — 4 — 15 — — 3 78
чих поверхностей ко- — 3 — — 15 3 79 •
киля при литье слож- ных отливок — 2,5 — — 18 2,5 77
Для средних и мел- ких по массе отливок * — 2 5 — 5 2 86
154
Продолжение табл. 8.10
Состав, мае. ч.
Назначение -------------------------------------------------------------
асбест борная мел оксид оксид тальк жидкое вода
прока- кисло- маг- ния цин- ка стекло
ленный та
Для покрытия ка- налов литниковой сис- темы 15 4 10 — 3 68
То же 6 2,5 — _ 5 2 84,5
Большинство магниевых сплавов имеют температуру плавления в
пределах от 873 до 923 К. Их заливают в нагретый до 570—670 К кокиль
при температуре 950—1070 К. Во всех случаях температура подогрева
кокиля и заливаемого расплава должна быть максимальной при литье
тонкостенных отливок.
Чтобы предотвратить горение магния на воздухе и избежать образо-
вание оксидов, расплав в ковше перед заливкой припыливают смесью
порошка серы и борной кислоты в отношении 1:1. Этим же припылом
покрывают струю заливаемого в форму расплава, а после окончания
заливки поверхность прибыли и чаши засыпают сухим песком или отра-
ботанной формовочной смесью.
После химической обработки отливок с целью получения плотного
защитного слоя оксида их подвергают термообработке в атмосфере сер-
нистого газа с принудительной циркуляцией.
8.10. ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
Характеристика сплавов. Основным компонентом медных сплавов
является медь (плотность 8950 кг/м3, температура плавления 1356 К).
Для производства отливок используют литейные сплавы, которые в
зависимости от компонентов, добавляемых к меди, подразделяют на
бронзы и латуни (табл. 8.11).
Медные сплавы имеют хорошие антифрикционные свойства, пластич-
ность и обрабатываемость резанием, хорошо противостоят коррозии в
любой воде и паре. Однако медь — дорогой и дефицитный металл, поэто-
му сплавы на ее основе, особенно содержащие олово, значительно
дороже чугуна и стали.
Бронзы - сплавы меди (основа) с другими элементами, напри-
мер Sn, Al, Be, Pb, Cd, Сг. Соответственно этому бронзу называют оло-
вянной, алюминиевой, бериллиевой, свинцовой и т.д.
Бронзы, особенно бронзы с высоким содержанием олова (БрОЮФ1,
БрО10Ц2), ввиду его высокой стоимости и дефицитности применяют
только для отливок ответственного назначения. Для обычных отливок
используют малооловянные и безоловянные бронзы.
155
8.11. Химический состав (мае. %) некоторых медных
литейных сплавов
Марка сплава Sn Pb А1 Мп Zn Си Другие элементы
Оловянные бронзы (ГОСТ 613—79)
БрОЮФ! 9-11 — — — — Осталь- 0,4-1,1 Р
БрР5Ц5С5 4-6 4-6 4-6 ное —
БрОЗц12С5 2-3,5 3-6 8-15 » —
Безоловянные бронзы (ГОСТ493- -79)
БрА9ЖЗЛ — 8-9,5 1,5-2,5 — » 2-4 Fe
БрА10ЖЗМц2 — 9-11 1-3 — » 2-4 Fe
БрСЗО — 27-31 — » —
Латуни (ГОСТ 17711- 80)
ЛЦ40С — 0,8-2 Осталь- 57-61 —
ЛЦ40Мц1,5 — 1-2 ное 57-60 —
ЛЦ16К4 — — —> _ » 78-81 3-4,5 Si
ЛЦ25С2 0,5-1,5 1-3 » 70-75
Безоловянные бронзы могут быть в зависимости от основного ком-
понента (кроме меди) алюминиевыми, свинцовыми и другими бронза-
ми. Такие бронзы по механическим, коррозионным и антифрикционным
свойствам превосходят оловянные. На практике чаще всего используют
безоловянные алюминиевые бронзы, например, марок БрА9Мц2Л,
БрА9ЖЗЛ, БрА10ЖЗМц2. Свинцовые бронзы имеют повышенные анти-
фрикционные свойства, но свинец в них в процессе кристаллизации
сильно ликвирует. Поэтому для получения качественных отливок, напри-
мер из сплава марки БрСЗО, необходима ускоренная кристаллизация
расплава, которая может быть достигнута в кокиле при минимальной
толщине его покрытия.
Латунь — сплав меди (основа) с цинком (до 50%), часто с до-
бавками Al, Sn, Fe, Мп, Ni, Si, Pb и других элементов (в сумме до 10 %).
Благодаря хорошей обрабатываемости давлением, широкому диапазону
свойств, красивому цвету и сравнительной дешевизне — это наиболее
широко применяемый в производстве медный литейный сплав. Наибо-
лее часто используют латунь марок ЛЦ40С и ЛЦ16К4.
Латуни имеют небольшой температурный интервал кристаллизации,
а следовательно, и хорошую жидкотекучесть; линейная усадка их состав-
ляет 1,6—2,5% (минимальная у марганцовистых, а максимальная — у
алюминиевых латуней); они обладают малой склонностью к образова-
нию усадочных раковин и пор (за исключением алюминиевых).
Бронзы по сравнению с латунями имеют более высокую жидкотеку-
честь при линейной усадке в пределах 1,4—1,6%. Однако у бронз боль-
156
шой температурный интервал кристаллизации, а следовательно, и повы-
шенная склонность к образованию усадочных раковин и пор. При пере-
воде отливок с изготовления их в песчаных формах на литье в кокили
прочностные свойства медных сплавов повышаются на 30—40 %, при
этом одновременно возрастает их герметичность.
Особенности производства отливок. Перед заливкой на подогретую
рабочую поверхность кокиля должно быть нанесено защитное покрытие.
Для этого может быть использован, например органический или водный
растворитель, в 100 мае. ч. которого вводят термореактивную смолу —
2—5 (сверх 100 мае. ч.) и огнеупорный порошок (ZrO2, MgO, А12О3,
диатомит) — 8—15 мае. ч. Используют также состав, состоящий (мае. %)
из 50 машинного масла и 50 парафина или из 50 мазута и 50 керосина.
Такие смазки при контакте с расплавом выгорают и создают восстано-
вительную газовую прослойку между стенкой отливки и кокиля.
Для литья отливок используют литниковые системы с прибылями и
другими питающими элементами. Заливку расплава в кокиль чаще всего
осуществляют при температурах 1423—1523 К (оловянных бронз),
1400—1490 К (алюминиевых бронз) и 1350—1370 К (латуней). Удаление
отливок производят при 520—920 К. Нижний предел температуры выбив-
ки относится к медным сплавам, в которых в качестве вредной примеси
присутствует железо.
Контрольные вопросы
1. Какие факторы влияют на стойкость кокилей?
2. Как можно повысить стойкость кокилей?
3. Из каких основных литейных сплавов производят отливки в кокиль?
4. Рассмотрите основные характеристики литейных сплавов.
5. Укажите основные температурные режимы литья отливок из железоуг-
леродистых и цветных литейных сплавов в кокили.
6. В чем особенность производства отливок из магниевых сплавов в кокили?
7. На какие группы подразделяют алюминиевые, магниевые и медные сплавы,
по химическому составу?
9. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ
КОКИЛЬНЫХ МАШИН
9.1. МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Основная часть современных кокильных машин и обслуживающих
их механизмов имеет гидравлические приводы и относительно редко
пневматические и электрические.
Основные свойства жидкости. Объектом изучения в гидравлике явля-
ется жидкость — физическое тело, молекулы которой очень слабо связа-
ны между собой. Жидкость способна сохранять свой объем и этим сходна
с твердым телом, но не способна самостоятельно сохранять свою форму,
157
что сближает ее с газом. Даже при незначительном воздействии силы
жидкость (также и газ) изменяет свою форму, но сохраняют объем.
Свойство жидкости (или газа) восстанавливать свой объем после прекра-
щения действий внешней силы называют упругостью объема.
Все жидкости при изменении температуры и давления изменяют
объем. Жидкость сжимается незначительно. Например, при повышении
давления от 0,1 до 10 МПа и неизменной температуре объем воды умень-
шается всего лишь на 0,5 %, Поэтому условно жидкость считают несжи-
маемой и используют это свойство в различных гидроприводах и насо-
сах. Однако при рассмотрении отдельных вопросов, например гидравли-
ческого удара, свойство сжимаемости жидкости следует учитывать. С
повышением температуры жидкость расширяется. Например, при повы-
шении температуры воды с 277 до 373 К ее объем увеличивается прибли-
зительно на 4 %. Самую большую плотность вода имеет при температуре
277 К, при замерзании она расширяется.
Свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу или скольже-
нию соприкасающихся с ней слоев называют вязкостью. Силу,
действующую на твердое тело, движущееся внутри вязкой среды (жид-
кости или газа), и направленную противоположно скорости тела, назы-
вают сопротивлением среды. Если при движении тела за ним
не возникает завихрений, то сопротивление среды пропорционально
скорости тела v. В частном случае при движении шара радиуса R сопро-
тивление вязкой среды F можно определить по формуле Стокса: F =
= 6irqRv, где т) — коэффициент внутреннего трения, или вязкости. Из
всех известных жидкостей наименьшую вязкость имеет углекислота.
Ее вязкость в 50 раз меньше вязкости воды. Газы также имеют опре-
деленную вязкость. Например, при 273 К вязкость воздуха в 104 раза
меньше вязкости воды. С увеличением температуры вязкость любой
жидкости заметно уменьшается, а газа — увеличивается.
При расчете движения жидкости необходимо учитывать силы внут-
реннего трения (вязкость). Чтобы упростить рассмотрение законов
механики жидкости, Л. Эйлер ввел понятие идеальной жидкости, т.е.
такой воображаемой жидкости, которая является абсолютно подвижной
(невязкой). При движении идеальной жидкости в ней не возникают силы
внутреннего трения (фактически они имеются, но в расчетах их не учи-
тывают) .
Молекулы, располагающиеся на поверхности жидкости, притяги-
ваются находящимися ниже молекулами. Это вызывает появление сил
поверхностного натяжения, действием которых объясняется, например,
формирование из брызг чугуна круглой дроби при полете и охлаждении
их на воздухе; капиллярное поднятие или опускание жидкости в трубах
малого диаметра или узких щелях. Если жидкость смачивает их твер-
дые стенки, происходит капиллярное поднятие, если нет — опускание
жидкости.
При испарении жидкости в замкнутом пространстве образуются
пары, которые через некоторое время насытят его, т.е. число испаряю-
158
щихся молекул будет равно числу конденсирующих молекул, а количе-
ство жидкости, находящейся в пространстве, будет максимальным. При
этом в окружающем пространстве установится давление, называемое
давлением насыщенного пара. Чем выше температура, тем больше давле-
ние насыщенного пара. При нагревании любой жидкости давление насы-
щенного пара увеличивается и, когда оно превысит внешнее давление,
жидкость закипает с образованием паров по всему объему. С увеличе-
нием давления температура кипения возрастает — это свойство жидкос-
ти используют при обработке различных материалов в автоклавах
(модифицировании чугуна магнием, стерилизации и т.д.).
Понятие давления насыщенного пара связано с вредным явлением —
кавитацией, т.е. с образованием в жидкости полостей, заполненных
газом, паром или их смесью.
Молекулы газа из окружающей среды проникают внутрь жидкости
через ее открытые поверхности. Этот процесс растворения газа в жидко-
сти продолжается до ее насыщения. Особенно интенсивно растворяются
газы в охлаждающихся расплавах. При понижении давления часть раст-
воренного газа из жидкости выделяется. На этой закономерности осно-
вана дегазация расплавов в вакуумных камерах с большой глубиной
разрежения.
При выделении из жидкости газа она вскипает. Растворенный, напри-
мер, в жидком масле воздух практически не влияет на его физико-меха-
нические свойства, однако его выделение и пенообразование при пони-
женных давлениях в гидравлических системах ухудшают эти свойства.
В обычных условиях вода содержит около 2 % (по объему) растворен-
ного в ней воздуха.
Гидростатика. Она изучает равновесие жидкости и воздействие
покоящейся жидкости на погруженные в Нее тела и поверхности (плос-
кие и криволинейные), ограничивающие жидкость.
Единицей давления является ньютон на квадратный метр (Н/м2)
или паскаль (Па). Для практических вычислений применяют также
кратные им единицы, например килопаскаль (кПа), мегапаскаль (МПа);
1 кПа= 103 Па; 1 МПа= 106 Па.
Атмосферное давление в любой точке зависит от высоты этой точки
над уровнем моря и незначительно колеблется в одной и той же точке.
Нормальное атмосферное давление на уровне моря при температуре
273 К принято равным 101,3 кПа и обозначается рат. Различают абсолют-
ное давление р^с, манометрическое (избыточное) рм и давление, более
низкое, чем атмосферное, — вакуумное PB2iK, между которыми име-
ются следующие зависимости: рм = р^с - драк = рат - р^с; р =
Жидкость давит на поверхность, с которой она соприкасается. При
определении гидростатического давления, как правило, определяют
манометрическое давление или вакуумное, так как атмосферное давле-
ние действует на расчетную конструкцию со всех сторон и поэтому его
не учитывают.
159
Внешнее давление на поверхность жидкости (или газа) передается
ею одинаково во всех направлениях (закон Паскаля). Столб жидкости
(или газа), находясь в однородном поле тяготения, создает давление,
обусловленное массой этого столба. Если жидкость условно считать
несжимаемой, то давление р можно выразить формулой: р = pgh, где [
р — плотность жидкости (или газа), g — ускорение силы тяжести, h — г
высота столба. Давление не зависит от формы столба, а определяется его ►
высотой. В сообщающихся сосудах высоты столбов жидкости обратно
пропорциональны их плотностям: hxlh2 — Рг!р\• [
Тело, погруженное в жидкость (или газ), испытывает действие |
выталкивающей силы, направленной вверх и равной весу вытесненной ।
им жидкости (закон Архимеда).
Гидродинамика. Кинематика и динамика жидкостей вбирает в себя
большой круг закономерностей физики, который в полном объеме [
может быть изучен в отдельном курсе. Ниже приведены только законо- |
мерности и формулы, которые достаточны для простого расчета трубо- [
провода и гидравлического цилиндра. Такие расчеты выполняют по урав-
нению Бернулли при постоянном расходе жидкости и одинаковых гид- [
равлических потерях.
Течение идеальной жидкости (или газа) называют стационарным, 1
если скорость и давление остаются постоянными в каждой точке прост- |
ранства, где протекают жидкость (или газ). В указанном случае через
любое поперечное сечение трубы в единицу времени проходят равные
объемы жидкости: Sx^i = S2v2, где 51 и 52 - площади двух разных
сечений трубы, a v 1 й v 2 - скорости жидкости в этих сечениях. При ,
изменении поперечного сечения трубы меняется не только скорость
движущейся жидкости, но и давление, так что в любом сечении при ста-
ционарном движении идеальной жидкости выполняется условие (основ-
ное уравнение гидродинамики — уравнение Бернулли): р = pgh +
+ 1/2pv2 = const или Pt + pg fl I + (pvi)/2 = p2 + pghi + (pvl)l2, где
p — давление, p — плотность жидкости, h — высота данного сечения тру-
бы над некоторым уровнем, v — скорость движения жидкости в данном
сечении трубы (рис. 9.1,а).
а) б)
Рис. 9.1. К выводу уравнений движения жидкости:
а - в трубе с переменным поперечным сечением (уравнение Бернул-
ли) , б - из малого отверстия в бок (закон Торричелли)
160
Из уравнения Бернулли выводится формула Торричелли: и 2 = 2gh,
где v — скорость частицы жидкости при вытекании из малого нижнею
отверстия в боковой стенке сосуда, h — высота поверхности жидкости
над отверстием (рис. 9.1, 6),g — ускорение силы тяжести.
Сопротивление F вязкой среды описано выше формулой Стокса.
Скорость равномерного (установившегося) падения шарика малых раз-
меров в вязкой жидкости определяется формулой v =g [ (р - Pm )lri] X
X [ (R2)/g], где р — плотность шарика, R — его радиус, рт — плотность
жидкости, т? — ее вязкость, g — ускорение силы тяжести. Объем жидко-
сти, протекающий в единицу времени по капиллярной трубе радиуса R
и длины I при разности давлений рх - р2 на концах трубы, равен V —
= 1/т?[(я7?4)/(8/)] (pt - р2). Конкретное значение вязкости для жид-
костей, расплавленных металлов и газов в зависимости от температуры
можно найти в справочниках по элементарной физике.
При переходе от одного поперечного сечения трубы к другому, пово-
ротах труб, наличии в трубах различных выступов и других препятствий
протекающая по трубам жидкость (или газ) испытывает местное сопро-
тивление, которое ведет к потере напора. Местные гидравлические
потери определяются следующей формулой: RM = l;[v2/(2g)] или
= £(ру2/2), где £ — коэффициент местного сопротивления; v —
средняя скорость в сечении трубы, как правило, за местным сопротив-
лением.
9.2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД
В качестве рабочей жидкости в гидравлических приводах чаще всего
используют нефтяные масла, синтетические жидкости, спиртоглицерино-
вую смесь. Эти жидкости применяют преимущественно для исполнитель-
ных гидравлических машин, т.е. при малых объемах расхода. Для смы-
кания и размыкания частей кокилей, перемещения в них металлических
стержней и т.д., где требуются большие расходы жидкости, применяют
минеральные масла (чаще Индустриальные 20, 12) и реже эмульсии.
Последние представляют собой 2—3 %-ную дисперсную смесь эмульсола
А или Б с водой. В отдельных случаях применяют эмульсии, состоящие
из 90—92 % воды, 5 % минерального масла и 5—3 % технического мыла.
Во всех случаях рабочие жидкости должны обеспечивать хорошее смазы-
вание подвижных частей, не вызывать коррозию металла, иметь мини-
мальную огнеопасность и слабое ценообразование.
Различные по мощности гидравлические механизмы используют в
качестве основных и вспомогательных приводов литейных машин,
транспортных средств и средств автоматизации производства. По прин-
ципу действия их подразделяют на два типа: статистические (или объем-
ные) и динамические. В литейном производстве применяют только
статистические гидравлические механизмы.
В гидравлическом приводе обычно имеется объемный поршневой
(реже лопастный) насос. Жидкость в исполнительный механизм может
6-1613 161
Рис. 9.2. Принципиальная схе-
ма объемного гидропривода:
1 - резервуар, 2 - гидрона-
сос, 3 - коллектор, 4 - четы-
рехходовой распределитель-
ный орган, 5 - полость гид-
роцилиндра, 6 - клапан сбро-
са избыточного давления
подаваться одним или несколькими насо-
сами непосредственно или через аккуму-
лятор — промежуточную емкость для вы-
равнивания давления и расхода. На рис.
9.2 приведена принципиальная схема гидро-
привода. В этом случае из резервуара 1
жидкость гидронасосом 2 нагнетается под
давлением в коллектор 3 и далее через
четырехходовой распределительный орган
4 — в левую (или правую) полость гидрав-
лического цилиндра. Из нерабочей правой
полости цилиндра жидкость через распре-
делительный орган 4 вытесняется в резер-
вуар 1. Клапан 6, отрегулированный на
определенное давление, предохраняет при-
веденную систему от перегрузок. Чтобы
избежать сильных пульсаций нагнетаемой
жидкости, гидронасос выполняют много-
цилиндровым или же в систему включают
аккумулятор.
Гидронасос и гидравлический цилиндр
с поршнем работают по принципу сообща-
ющихся сосудов. Вытесняемая поршнем из цилиндра гидронасоса жид-
кость по трубам поступает в рабочую полость гидравлического цилиндра
и сообщает движение поршню. Если пренебречь малой сжимаемостью
жидкости и утечками ее через возможные неплотности, то объем жид-
кости, нагнетаемой гидронасосом, можно считать равным объему жид-
кости, расходуемой исполнительным механизмом. Следовательно, в
объемном гидравлическом приводе жидкость работает как транслятор
энергии или преобразователь силы и скорости.
Для гидроприводов применяют объемные шестеренчатые, лопастные
и плунжерные с радиальным или аксиальным расположением цилиндров
насосы. Плунжерные и поршневые гидронасосы могут быть с подвиж-
ными и неподвижными цилиндрами. В плунжерных насосах используют
плоские и пространственные механизмы. При этом гидронасосы могут
иметь переменную или постоянную производительность и различную
мощность.
В гидравлических системах в качестве привода применяют гидрав-
лические механизмы с неподвижным гидроцилиндром, в котором под
действием давления жидкости перемещается плунжер или поршень со
стоком. Но возможны варианты, когда плунжер или поршень со штоком
остаются неподвижными, а относительно их перемещается гидроцилиндр.
По конструктивному исполнению гидравлические цилиндры могут
быть с поршнем одностороннего (рис. 9.3) или двустороннего действия.
В первом случае активная площадь поршня 7 неодинакова. Поэтому
при питании гидроцилиндра 6 через штуцер 4 на передней крышке 5 или
162
Рис. 9.3. Гидравлический цилиндр с односторонним штоком поршня:
1 - шток, 2 - уплотнительная набивка, 3 - манжета, 4 - штуцер на перед-
ней крышке, 5 - передняя крышка, 6 - гидроцилиндр, 7 - поршень, 8 -
шпилька, 9 - фланец, 10 - штуцер на задней крышке, 11 - задняя крышка
через штуцер 10 на задней крышке 11 от одного источника постоянного
давления перестановочные силы больше в правой полости. Шток 1 уплот-
няется манжетами 3 и пеньковой набивкой 2. Задняя крышка 11 крепит-
ся к фланцу 9 цилиндра болтами. Поршень на штоке закреплен шпиль-
ками 8. Такой гидроцилиндр используют в качестве привода многих
кокильных машин.
«
9.3. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД
По сравнению с гидравлическим пневматический привод при равных
размерах диаметра цилиндра имеет меньшую мощность. Это объясняется
тем, что обычно давление воздуха в пневматических приводах в 20—30
раз меньше, чем давление жидкости в гидравлических цилиндрах. Одна-
ко пневматические приводы имеются еще в кокильных машинах старой
конструкции, транспортных механизмах и различных исполнительных
механизмах системы автоматического управления технологическими
процессами, а также в некоторых манипуляторах.
Перемещение сжатого воздуха по замкнутым каналам по своим
закономерностям имеет много общего с движением жидкости. Однако
воздух, даже сжатый, в отличие от любой жидкости имеет меньшую плот-
ность и соответственно меньшие потери на трение при его передаче по
трубопроводам. Именно это свойство предопределило то, что сжатый
воздух широко применяют в литейном производстве и других отраслях
в качестве энергоносителя группового привода. Другими словами, одна
компрессорная станция одновременно снабжает сотни и тысячи потре-
бителей сжатого воздуха цеха или целого завода.
Используемые в промышленности нагнетательные машины для
сжатия воздуха (или других газов) по своему действию подразделяют
на поршневые, в которых сжатие воздуха производится возвратно-
поступательным движением поршня в цилиндре; ротационные, сжимаю-
щие воздух поршнями в виде пластин, скользящих в прорезях враща-
ющегося ротора; центробежные, в которых сжатие производится центро-
бежными силами при радиальном движении воздуха по лопаткам быстро
163
вращающегося колеса; осевые, повышающие давление воздуха под дей-
ствием инерционных сил при движении его в осевом направлении по ло-
паткам быстро вращающегося колеса.
Для подачи сжатого воздуха в количестве до 100 м3/мин использу-
ют одноступенчатые поршневые компрессоры, свыше 100 м3/мин— тур-
бокомпрессоры.
По мере сжатия воздуха затрачиваемая для этого энергия переходит
в теплоту (закон сохранения энергии) и нагревает воздух. При сжатии
воздуха под давлением 0,8 МПа он нагревается до 423-433 К, что уве-
личивает его вязкость. Образование такого горячего воздуха может
вызвать загорание смазки в компрессоре и других механизмах его
потребления. Кроме того, с увеличением температуры воздуха ухудшает-
ся КПД работы компрессора. Поэтому для сжатия воздуха под давлени-
ем больше 0,8 МПа применяют двух- и трехступенчатые компрессоры. В
них воздух после сжатия в первой ступени и далее после сжатия соответ-
ственно во второй и третьей ступенях охлаждается.
В системах группового пневмопривода успешно используют свойст-
во воздуха сильно уменьшаться в объеме под действием сил сжатия.
Дело в том, что сжатый воздух нагнетается компрессором в систему
потребления непрерывно и в постоянном количестве в единицу времени,
а расходуется неравномерно. Поэтому в пневмосети между компрессо-
ром и потребителями устанавливается ресивер один или несколько.
Ресивер — это емкость большой вместимости, предназначенная для на-
копления сжатого воздуха при избытке его нагнетания перед потребле-
нием, а также для сглаживания колебаний давления, вызываемых пуль-
сирующей подачей с прерывистым избыточным расходом этого энерго-
носителя. Кроме того, ресиверы являются своеобразными отстойни-
ками для удаления из воздуха распыленного масла и избыточной
влаги.
В литейном производстве, а также во многих других производствах
потребляется сжатый воздух давлением до 0,6 МПа. Однако практически
все литейное оборудование может работать и при давлении сжатого
воздуха 0,5—0,55 МПа, а иногда и меньшем.
Если в сети уменьшается или прекращается потребление сжатого
воздуха и его давление превышает 0,7 МПа, то на ресиверах аварийно
срабатывают клапаны сброса избытка воздуха.
9.4. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Исполнительные механизмы (ИМ) в различных системах автомати-
ческого управления технологическими процессами предназначены для
непосредственного воздействия на управляемый объект или органы его
управления. Для систем автоматизации литейных процессов характерно
наличие двух режимов управления: дистанционного и автоматического.
164
В системах автоматизации литейного производства применяют разно-
образные ИМ. По конструкционному исполнению их подразделяют на
электромеханические, электромагнитные, гидравлические, пневмати-
ческие и комбинированные.
ИМ электромеханические используют для управления поворотом
заливочных ковшей, работой дозаторов, открыванием и закрывани-
ем кокилей, а также перемещением в них металлических стержней
и т.д.
ИМ электромагнитные представляют собой совокупность электро-
магнита с перемещаемым им механическим устройством, которое
предназначено для управления различными процессами производства
отливок.
ИМ гидравлические широко применяют в автоматизированных
машинах, линиях и комплексах литейных цехов. Объясняется это тем,
что они допускают значительные 5—7-кратные перегрузки, имеют боль-
шой выходной момент при малых размерах и могут обеспечивать боль-
шие угловые ускорения. На практике чаще всего используют гидравли-
ческие поршневые ИМ простого (а) и двойного (d) действия (рис. 9.4).
Следует отметить, что при увеличении рабочей скорости движения порш-
ня в цилиндре такой ИМ до 80 мм/с необходимо применять тормозные
устройства (дроссельные, конические тормозные хвостовики, пружи-
ны и т.д.).
Рис. 9.4. Исполнительный гид-
равлический механизм:
а - простого действия, б -
двойного действия
ИМ пневматические выполняют по такой же схеме, как и гидравли-
ческие. Однако сжимаемость газа снижает быстродействие системы,
особенно при значительных нагрузках и ускорениях. Такие ИМ делят
на поршневые и мембранные. В литейном производстве чаще всего
применяют пневматические поршневые ИМ, что в значительной степени
объясняется несложностью их конструкции и малой стоимостью.
При выборе ИМ для многочисленных систем автоматизации литей-
ного производства надо отдавать предпочтение тем, которые обеспечи-
вают высокую надежность в эксплуатации. Такими ИМ являются элект-
ромагнитные и электромеханические.
Контрольные вопросы
1. Перечислите приводы, которые используют в кокильных машинах и обору-
довании для их обслуживания.
2. Почему в новом кокильном механизированном и автоматизированном
оборудовании используют преимущественно гидравлический привод?
3. Для каких целей применяют различные ИМ?
165
10. КОКИЛЬНЫЕ МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ
ДЛЯ ИХ ОБСЛУЖИВАНИЯ
10.1. КЛАССИФИКАЦИЯ КОКИЛЬНЫХ МАШИН, АВТОМАТОВ
И КОМПЛЕКСОВ
В литейных цехах кроме ручных и крановых кокилей, а также ко-
кильных машин с ручным приводом применяют большое число кокиль-
ных машин преимущественно с гидравлическим приводом, механизиро-
ванных и автоматических кокильных линий, а в последнее десятилетие
различных автоматизированных кокильных комплексов.
Параметры и структура используемых в стране кокильных машин
типа 5900 приведены в табл. 10.1, а типа 8200 — в табл. 10.2. К кокиль-
ным машинам условно относят и установки литья под низким давлени-
ем, основные модели которых приведены в табл. 10.3.
В производстве применяют также многопозиционные, преимущест-
венно карусельные кокильные машины, универсальные и специализиро-
ванные кокильные линии и комплексы, работающие на базе широкого
использования промышленных роботов и манипуляторов.
Кокильные машины с ручным и пневматическим приводом еще
применяют в литейном производстве. Принцип их работы (открытие
или закрытие матриц по разъему или опрокидывание вытряхных коки-
лей) не требует особого пояснения и показан на эскизах (см. табл. 7.2
и 7.3; 4.5).
10.2. КОКИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
На кокильных машинах производят следующие технологические
операции для производства отливок: очистку кокиля и нанесение на его
рабочие поверхности термоизоляционных и огнеупорных покрытий;
установку различных стержней; сборку кокиля и его запирание; залив-
ку расплава в кокиль по заданному режиму; охлаждение кокиля для
кристаллизации и выдержки до заданной температуры отливки; разъем
кокиля и выталкивания из него отливки с литниковой системой; съем
и передачу отливки в тару или на транспортирующее устройство. Пере-
численные технологические операции, за исключением установки стерж-
ней в кокиль, могут выполняться в автоматическом режиме.
Машины типа 5900. Ими оснащены многие цехи литейного производ-
ства, данные машины приведены в табл. 10.1. Следует отметить, что ма-
шины кокильные однопозиционные исполнения II, имеющие только две
подвижные плиты для крепления половин кокилей, не нашли практи-
ческого применения и по этой причине в табл. 10.1 не рассмотрены.
Рассмотрим отдельные кокильные машины типа 5900 исполнения
I — модели 5912, исполнения III — модели 5924, исполнения IV — модели
5944.
166
10.1. Основные параметры и структура кокильных машин типа 5900
Исполнение I Исполнение III Исполнение IV Исполнение V
Параметр------------------------------------------------------------------------------------------------
5912 5913 5914 5915 5916 5922 5923 5924 5926А 5944 5946А 5955А
(5946 Б)
Размеры основных плит
для крепления кокиля,
мм:
ширина 400 500 600 800 1000 400 500 630 1250 630 1250 630
высота Размеры поддона, мм: 320 400 500 630 800 320 400 500 630 500 • 630 500
длина — — — — 500 400 500 800 500 800 (1000) 800
ширина Размеры плиты для крепления верхнего стерж- ня, мм: 400 500 630 1250 630 1250 630
длина —— — — — — — — — — 500 800 —
ширина Размеры торцовой пли- ты, мм: —— 400 500
длина —- — — — — — — — — — — 400
высота Наименьшее расстоя- ние между основными — \ 500
плитами, мм 400 500 500 630 630 400 500 500 630 500 630 (1000) 700
168
Продолжение табл. 10.1
Исполнение I Исполнение III Исполнение IV Исполнение V
Параметр-----------------------------------------------------------------------------------------------
5912 5913 5914 5915 5916 5922 5923 5924 5926А 5944 5946А 5955А
(5 946Б)
Металлоемкость коки-
ля наибольшая, кг:
для чугуна 25 40 70 120 160 25 40 70 120 70 120 80
для алюминия 5 10 15 20 25 8 12 20 30 20 30(50) 30
Ход плиты, мм: каждой из основных 320 400 400 500 630 200 200 250 320 250 320 320
толкателей — — — — — 50 50 100 100 100 100 100
верхнего стержня — — — — — — — — — 400 500 —
торцовой — — — — — — — — — — — 160
Машинное время хо- лостого цикла, с 7 9 15 20 25 10 15 15 25 45 65 60
Установленная мощ- ность, кВт 7,5 7,5 10 10 10 7,5 7,5 13 13 13 13 13
Универсальная стационарная машина модели
5912 с вертикальным разъемом кокиля и одной подвижной плитой изоб-
ражена на рис. 10.1. Она имеет неподвижную 1 и подвижную 2 плиты,
смонтированные на станине 6 коробчатого профиля. На плитах для вер-
тикального разъема крепятся части кокиля, которые при смыкании
точно центрируются. Механизм подвижной плиты выполнен в виде агре-
гата. Справа от станины размещены шкаф 5 с гидроаппаратурой, комму-
никации и устройства для выталкивания отливки из подвижной части
кокиля. На передней стороне машины имеется кнопочный пульт 3 и пост
4 управления гидроагрегатом и насосом системы централизованного сма-
зывания. Для удаления отливки из подвижной час!и кокиля применены
два подвижных стопора, которые удерживают траверсу выталкивателей
до тех пор, пока направляющие подвижной плиты не выведут стопоры
и не освободят траверсу. В конце хода выталкиватели автоматически
возвращаются в исходное положение. Для удаления отливки из непод-
вижной части кокиля применяют рычажный механизм, приводимый в
движение гидроприводом.
Рис. 10.1. Универсальная стационарная машина модели 5912
с вертикальным разъемом кокиля и одной подвижной плитой:
1 - неподвижная плита, 2 - подвижная плита, 3 - кнопочный
пульт управления, 4 - пост управления гидроагрегатом и насо-
сом системы централизованного смызывания, 5 - шкаф с гид-
роаппаратурой, 6 - станина
Машина имеет гидравлический привод, может работать в наладочном
и полуавтоматическом режимах. Конструктивное исполнение машины
позволяет устанавливать на нее разъемный кокиль с одним дополнитель-
ным металлическим стержнем, входящим в комплект оснастки; исполь-
зовать для перемещения центрального металлического стержня меха-
169
низм выталкивания отливки из неподвижной части кокиля; заливать
расплав в кокиль из автоматического дозатора или вручную.
Универсальная стационарная машина модели
5924 с вертикальным разъемом кокиля и двумя подвижными плитами
и поддоном для извлечения верхнего стержня (рис. 10.2) имеет станину
1, подвижные плиты 6 для крепления частей кокиля, съемник 5 отливок,
механизм 8 перемещения нижнего стержня, пульт 4 для управления
машиной в наладочном и полуавтоматическом режимах, шкаф 7 с гидро-
панелью и педаль управления 3. Пульт управления и золотниковые
панели смонтированы непосредственно на машине.
Рис. 10.2. Универсальная однопозиционная машина модели 5924 с вертикальным
разъемом кокиля и двумя подвижными плитами и поддоном для извлечения
верхнего стержня:
1 - станина, 2 - поддон, 3 - педаль управления, 4 - пульт управления, 5 - съем-
ник отливок, 6 - плита для крепления частей кокиля, 7 - шкаф с гидропа-
нелыо, 8 - механизм перемещения нижнего стержня
Универсальная стационарная машина модели
5944 с вертикальным разъемом кокиля, двумя подвижными плитами,
поддоном и механизмом для извлечения верхнего стержня (рис. 10.3)
предназначена для производства отливок сложной конфигурации в
кокиле, состоящем из четырех подвижных частей и более. В машине
плита 6 для крепления кокиля перемещается по двум диагонально рас-
положенным цилиндрическим направляющим, которые закреплены в
неподвижных стойках. Конструкция системы выталкивателей позволяет
удерживать отливку после ее удаления из частей кокиля на поддоне,
что является необходимым условием для автоматической ее уборки
съемником 5 отливки. В машине механизм 7 перемещения верхнего
металлического стержня смонтирован на колонке поворотной траверсы.
170
вокруг которой он может поворачиваться на 90°. На траверсе крепятся
цилиндр для перемещения верхнего стержня и два цилиндра для подрыва
стержней в момент их извлечения из отливок. На левой стойке механиз-
ма боковых плит установлен съемник 5 отливок, выполненный по типу
пантографа. Поворот съемника производится гидравлическим приво-
дом, захват отливки и раскрытие съемника — пневматическим
приводом.
Рис. 10.3. Универсальная стационарная машина модели 5944 с вертикальным
разъемом кокиля, двумя подвижными плитами, поддоном и механизмом
для извлечения верхнего стержня:
1 - станина, 2 - поддон, 3 - педаль управления, 4 - пульт, 5 - съемник (ма-
нипулятор) отливок, 6 — плиты для крепления частей кокиля, 7 — механизм
перемещения верхнего стержня, 8 — шкаф гидропанелей, 9 — механизм
перемещения нижнего стержня
Машины типа 8200. Параметры и структура кокильных машин типа
8200 приведены в табл. 10.2. Производство их освоено Тираспольским
заводом литейных машин имени С.М. Кирова. Эти кокильные машины
нового поколения по техническим параметрам и принципу работы
незначительно отличаются от машин типа 5900.
В литейном производстве широко используют различные горизон-
тальные четырех-, пяти-, шести- и восьмипозиционные кокильные маши-
ны. На рис. 10.4 показана шестипозиционная карусельная машина
модели 59К613. Она имеет платформу 1, масса которой воспринимается
центральным опорным подшипником качения. Периодическое вращение
кокильных секций 2 осуществляется с помощью гидравлической распре-
делительной колонки управления 4. При этом заливка расплава в
171
Э
172
10.2. Основные параметры и структура кокильных машин типа 8200
Параметр Исполнение I Исполнение III Исполнение IV Исполнение V
82103 82105 82А303 82А305 82307 82А403 82А405 82407 82А503 82А505 82507
Размеры основных плит для крепления кокиля, мм: ширина 500 800 500 800 1250 500 800 1250 500 800 1250
высота 400 630 400 630 1000 400 630 1000 400 630 1000
Размеры поддона, мм: ширина 500 800 1250 500 800 1250 500 800 1250
длина — — 400 630 1000 400 630 1000 400 630 1000
Размеры плиты для крепления верхнего стержня, мм: длина 500 630 1000 500 630 1000
ширина — — — — — 400 500 800 400 500 800
Размеры торцовой плиты, мм: длина 500 500 1000
ширина — — — — — — — — 400 400 800
Наименьшее рассто- яние между основными плитами, мм 500 630 500 630 800 500 630 800 500 630 800
Ход плит, мм:
каждой из ос-
новных 500 630 250 320
нижнего стерж-
ня — — 50 50
верхнего стерж-
ня — — — —
торцовой — — — —
Металлоемкость ко-
киля для алюминия, кг 16 40 16 40
Усилие отвода, кН:
основных плит 50 125 50 160
нижнего стерж-
ня — — 100 160
выталкивателя — — 63 120
верхнего стер-
жня — — — —
торцовой плиты — — — —
Машинное время хо-
лостого цикла, с 10 18 26 35
Установленная мощ-
ность, кВт 3,0 5,5 5,5 5,5
< , ***^*<г
400 250 320 400 250 320 400
100 50 50 100 50 50 100
— 320 500 630 320 500 630
— — — — 160 200 250
100 16 40 100 16 40 100
250 50 160 250 50 160 250
250 100 160 250 100 160 250
160 63 120 160 63 120 160
— 160 320 500 160 320 500
— — — — 160 160 250
40 34 48 50 40 55 60
7,5 5,5 5,5 7,5 5,5 5,5 7,5
кокили производится из двух дозаторов 3. Кокильные секции машины
для удобства простановки песчаных стержней выполняются наклонными
и при работе перемещаются по соответствующему копиру, который обес-
печивает заданное положение кокиля в момент заливки в него расплава
и формирования отливки.
Рис. 10.4. Карусельная шестипозиционная кокильная машина
модели 59К613
Машины для литья под низким давлением. Сущность литья под
низким давлением рассмотрена в § 2.5, а техническая характеристика
пяти выпускаемых моделей установок приведена в табл. 10.3. Эти уста-
новки, применяемые для производства отливок из цветных сплавов,
имеют размер плиты от 500X400 до 1250X1000 мм в зависимости от
модели установки и продолжительности холостого цикла от 32 до 50 с.
Максимальная масса отливок косвенно определяется размерами рабо-
чего места на плите для крепления частей кокиля.
Специализированные кокильные машины. Кроме перечисленных
кокильных машин в производство внедрено много специализированных,
в том числе и многопозиционных карусельных кокильных машин с раз-
личной степенью механизации и автоматизации. Специализированные
машины предназначены для изготовления отливок одного наименова-
ния в условиях массового производства. Такие, например, карусельные
кокильные машины существенно не отличаются по устройству от рас-
174
10.3. Установки литья под низким давлением
175
Наименование Мо-
установки дель Размеры Наимень- Ход рабочего шее рас- плиты, места на стояние мм плите для между крепления плитами, частей мм формы, мм
Установка литья под низким давлением с вер- тикальной плоскостью разъема, верхним стерж- нем, двухпозиционная 83234 630X400 400 500
Установка литья под низким давлением с вер- тикальной плоскостью разъема, одной подвиж- ной плитой, верхним стержнем 83305 800X500 500 500
Установки литья под низким давлением с гори- зонтальной плоскостью разъема 83103 500X400 200 500
83104 630X500 630 630
83107 1250X100 300 ~ 800
Основные параметры
Усилие раскрытия формы, кН Продолжи- тельность холостого цикла, с Мощ- ность, кВт Габаритные размеры, мм Масса, т
200 50 38 4500X1700X3420 13,0
200 45 36 3020X1600X3560 9,2
200 40 3500X1600X3500 5,0
300 32 29,1 2260X1500X 2540 5,0
82 40 35 3000X2200X3900 9,0
смотренной на рис. 10.4 машины, поэтому ниже приведены только осо-
бенности их конструкции.
Восьмипозиционная машина модели Л484 предназначена для произ-
водства из ВЧШГ отливок для тракторных плугов массой до 50 кг. Осо-
бенностью конструкции ее является наличие удлиненного водоохлаж-
даемого металлического стержня и водоохлаждаемых частей кокиля.
Восьмипозиционная машина модели Л390 предназначена для литья
тонкостенных отливок типа крышек электродвигателей из серого чу-
гуна массой до 4 кг. Особенностью ее является отсутствие в кокильных
секциях индивидуальных силовых цилиндров. Размыкание и смыкание
частей кокиля производится с помощью стационарного механизма,
состоящего из четырех гидравлических цилиндров, расположенных
в средней части карусели.
Шестнадцатипозиционная машина модели Л430М предназначена
для производства отливок из серого чугуна в водоохлаждаемые кокили
ребристых станин электродвигателей массой 30 кг. Особенностью ее
является то, что наружная поверхность отливки и литниковая система
оформляются корпусом кокиля и крышкой. Внутренняя рабочая
полость оформляется металлическим стержнем.
Двенадцатипозиционная машина модели А4801 предназначена для
литья из ВЧШГ ступиц автоприцепов. Установка стержней и заливка
расплава производятся в кокиль при горизонтальном расположении
плоскости разъема, а операции затвердевания, удаления отливки и обслу-
живания кокиля выполняются при вертикальном расположении плос-
кости разъема.
Следует отметить, что все карусельные кокильные, перечисленные
выше, и другие машины имеют вертикальную ось вращения. Исключение
составляет отечественная четырехпозиционная машина модели ЛМВ450
для литья радиаторов с горизонтальной осью вращения.
10.3. ЗАРУБЕЖНЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ КОКИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
В СССР кроме отечественных кокильных машин в ряде случаев
эксплуатируется кокильное оборудование из ЧССР, ПНР и реже из
Италии.
В ЧССР создан ряд универсальных кокильных машин четырех типов:
первый GGH — с вертикальной плоскостью разъема кокиля и одной под-
вижной плитой; второй GGU-3-HS — с вертикальной плоскостью разъема
кокиля, двумя подвижными плитами и поддоном (см. рис. 10.5); тре-
тий GGU-3-YO — с вертикальной плоскостью разъема кокиля, двумя под-
вижными плитами, поддоном и консольным поворотным механизмом
верхнего стержня (см. рис. 10.6); четвертый GGU-3-YP — с комбинирован-
ным разъемом (вертикальным и горизонтальным) кокиля, с двумя под-
вижными плитами, поддоном, верхней подвижной плитой(см. рис. 10.7).
Эти машины снабжены одним или двумя гидравлическими приво-
дами различной мощности и имеют площадь рабочих плит от 480X400 до
176
* 800X630 мм. В машинах типа GGH отсутствует вторая неподвижная пли-
та. Это уменьшает размеры и массу машины, а также освобождает зад-
нюю сторону подвижной плиты для установки механизма выталкивания
t отливки из кокиля.
Машины второго типа имеют сварную станину, в центральной части
которой размещается механизм выталкивания отливки из поддона.
Справа и слева на станине размещены стойки, связанные между собой
диагонально расположенными цилиндрическими направляющими. Эти
машины выпускаются двух моделей. В машине модели GGU-3-H1S (рис.
10.5, а) по направляющим перемещается одна подвижная плита. Цилиндр
для ее перемещения закреплен на правой стойке, а в левой стойке разме-
щен цилиндр для выталкивания отливки. Машина модели GGU-3-H2S
(рис. 10.5, б) в отличие от приведенной выше имеет две подвижные
плиты и два гидравлических привода для их перемещения. В централь-
ной части на станине закреплена жесткая стойка, к которой присоединя-
ются неподвижные части кокиля. При такой компоновке машина факти-
чески превращается в двухпозиционную, т.е. более производительную,
если установить на нее два кокиля, имеющих по одной подвижной
плите.
Рис. 10.5. Машины (а, б) типа GGU-3-HS (ЧССР)
К машинам третьего типа относят машины модели GGU-3-H2S-YO
(рис. 10.6, а) и модели GGU-3-H3P-YO (рис. 10.6,6). Машина (см.
рис. 10.6, а) фактически создана на базе машины, показанной на рис.
10.5,6. У нее механизм перемещения верхнего стержня смонтирован
Рис. 10.6. Машины (а, б) типа GGU-3-YO (ЧССР)
177
Рис. 10.7. Машины (а, б, в) типа GGU-3-YP (ЧССР)
Рис. 10.8. Машина ПНР с переменной плос-
костью разъема кокиля.
7 — рычажная передача, 2 — подшипник, 3 — не-
подвижная плита для крепления части кокиля,
4 — подвижная плита для крепления части
кокиля, 5, 7 — направляющие, 6, 8 - гидро ци-
линдры, 9 - станина
9
на поддоне и после извлечения стержня из отливки поворачивается, ос-
вобождая место для механизированного съема отливки, например
манипуляторо м.
В отличие от описанной машины показанная на рис. 10.6, б имеет
механизм с цилиндром для привода стержней, расположенных в плос-
кости, перпендикулярной движению основных плит.
Машины четвертого типа моделей GGU-3-H2S-YP (рис. 10.7, а),
GGU-3-H2P-YP (рис. 10.7, б) и GGU-3-H2P-YS (рис. 10.7, в) являются
наиболее сложными по конструкции. Они имеют механизм верхней
горизонтальной плиты, который состоит из неподвижной плиты, смонти-
рованной на колоннах, подвижной плиты и гидроцилиндра. Используют
такие машины для производства сложных отливок из алюминиевых
сплавов массой до 15 кг.
Машины ЧССР снабжены унифицированной электро гидравличес-
кой напорной станцией модели ЕНТ-63, каждая из которых подклю-
чается к шести гидроцилиндрам, работающим независимо друг от
друга.
В ПНР создан ряд кокильных машин трех основных групп: для
кокилей с вертикальной, горизонтальной и переменной в пределах
от 0 до 90° плоскостями разъема. Представляют интерес машины с пе-
ременной плоскостью разъема (рис. 10.8). К достоинствам этих машин
следует отнести удобство установки песчаных стержней при горизон-
тальном положении кокиля; возможность заливки расплава при пере-
менном расположении разъема; управление работой машины по про-
грамме.
10.4. МЕХАНИЗМЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ
КОКИЛЬНЫХ МАШИН
Для производства отливок в кокильных машинах необходимо вы-
полнять следующие операции: наносить защитное покрытие на рабочую
поверхность кокиля; если необходимо, вставлять в него стержни, смы-
кать его, заливать расплав в кокиль, охлаждать расплав и отливку в
нем, размыкать кокиль и удалять из него отливку, обрубать и зачищать
отливку.
Все эти операции выполнялись вручную или с ограниченным приме-
нением простейших машин и устройств. По мере совершенствования
процессов литья были созданы механизмы и устройства для механи-
зации и автоматизации основных переделов производства отливок. В
настоящее время созданы различные автоматические линии на базе
широкого использования в них промышленных манипуляторов, роботов
и микропроцессоров, кокильные автоматизированные комплексы, кон-
струкции и работа которых приведена в гл. 11.
Нанесение покрытий на рабочую поверхность кокилей. Защитные
покрытия на кокили, эксплуатируемые в составе машин, автоматов,
автоматических линий и комплексов, как правило, наносят в виде кра-
179
сок методом пульверизации. Эта операция может выполняться при руч-
ном управлении работой форсунок в полости кокиля, а также фиксиро-
ванным их размещением относительно его рабочих поверхностей.
В роботизированных комплексах для нанесения покрытий приме-
няют промышленные манипуляторы с подвижным блоком форсунок,
вводимых по заданной программе в раскрытую полость кокиля. В этом
случае покрытие рабочих поверхностей кокиля краской может соче-
таться с обдувом его наиболее перегретых или всех частей сжатым воз-
духом с целью интенсивного охлаждения.
Манипуляторы могут вводиться в охлаждаемую полость прямоли-
нейно и криволинейно. Наиболее часто применяют манипуляторы с
прямолинейным движением звеньев и блоков форсунок (моделей ЛМС-
63, ЛМС-80, ЛМС-100 и ЛМС-125) для кокильных машин и литья под
давлением.
Простановка стержней в кокили. В ручные и механизированные
кокили мелкие по массе стержни вставляют вручную, а более крупные —
с использованием кранового оборудования. В роботизированных комп-
лексах простановку стержней в кокили производят промышленными
роботами, имеющими гидропневматический привод рабочих органов
и специальный мягкий схват с вакуумными присосками. Как правило,
в специализированном массовом производстве на стержнях для их
транспортирования и простановки предусматривают различные отвер-
стия, замки и фиксаторы. Следует отметить, что роботы и манипуляторы
проставляют в кокильные и разовые формы стержни более точно, чем
это может сделать человек.
Дозирование и заливка расплава в кокили. В ручные и частично
механизированные кокили различной металлоемкости расплав заливают
ложками и ковшами, в том числе и крановыми. На автоматических
линиях и роботизированных комплексах для заливки расплава в кокили
чаще всего применяют манипуляторы и роботы, действия которых
совмещаются с работой различных дозаторов.
Применение дозаторов позволяет увеличить производительность
труда не менее чем на 15%, улучшить качество отливок, повысить
точность дозирования от ±1,5 до 3,5 %, избежать захвата оксидов и
шлака, снизить колебания температуры расплава при транспорти-
ровании и заливке, упростить регулирование массы, заливаемой в ко-
киль или другую форму порции расплава, избежать разбрызгивания
расплава.
Для дозирования и заливки цветных сплавов (чаще всего алюмини-
евых) широко используют различные по конструкции дозаторы. Их
разделяют на два типа: роботы-дозаторы и печи-дозаторы. Роботы-доза-
торы размещают рядом с раздаточной печью, где они выполняют опера-
ции перемещения порций расплава из печи в кокиль или камеру прессо-
вания машины литья под давлением. Печи-дозаторы конструктивно
выполнены совместно с раздаточной печью и выполняют операции
перемещения расплава в кокиль (или другую форму). К печам-дозато-
180
j рам относят электромагнитные, пневматические и вакуумные заливочно-
| дозирующие устройства.
1 К дозаторам типа робот-дозатор предъявляют следующие требова-
; ния: окисные плены не должны попадать в мерный ковш и в форму;
расплав не должен налипать на поверхность ковша; ковш должен опу-
скаться в ванну с расплавом плавно и без всплесков, а также плавно
перемещаться к кокилю; заливка расплава должна осуществляться с
заданной точностью и плавно.
Требования к дозаторам типа печь-до затор заключаются в следую-
щем: расплав не должен ’’намерзать” в металлопроводе; расстояние от
сливного отверстия до заливочного окна камеры прессования должно
быть минимальным; угол наклона заливочного лотка должен обеспечи-
вать заполнение полости кокиля без выплескивания; металлопровод
должен быть съемным и легко заменяемым.
Дозирование алюминиевых сплавов производят и с помощью пневма-
тических вытеснительных устройств, которые имеют мало подвижные де-
тали и выдают дозу расплава из объемов, расположенных ниже уровня
расплава в раздаточной подогреваемой печи. Такие дозаторы работают под
низким давлением сжатого воздуха на зеркало расплава в раздаточной
печи. При этом порция расплава вытесняется через металлопровод непо-
средственно в кокиль или для этого используется промежуточный мер-
ный ковш, расплав из которого вытесняется в форму под дополнитель-
ным давлением. В ряде случаев дозирование расплава в форму осущест-
вляется методом его вакуумного всасывания из раздаточной печи.
Механические ковшовые устройства применяют широко во всех
странах. Создано более ста конструкций таких дозаторов, которые
различаются между собой по конструкции мерного заливочного ковп!а,
способам дозировки и переноса порции расплава в форму с помощью
различных манипуляторов. В СССР созданы и серийно выпускаются
ковшовые манипуляторы для заливки алюминиевых сплавов дозами
от 0,2 до 10 кг моделей ЛМЗ-1,25, ЛМЗ-2, ДМ-1, ДМ-4, МАК-3,
ЛМ10Ц82.0,4и др.
Электромагнитные установки для дозирования расплава — наиболее
перспективны для автоматизации процессов заливки цветных сплавов.
Их широко применяют во всех странах и в СССР.
Отечественная установка модели МДН-6-А представляет собой
двухин дукторную канальную печь с дополнительным электромагни-
том, предназначенным для создания магнитного поля в зоне сочлене-
ния горизонтального и центрального вертикального участков канала.
Интенсивность и направление движения расплава в канале зависят от
силы и фазы тока, протекающего по его участкам, а также от величины
и фазы магнитного поля электромагнита. Дозирование алюминиевых
и цинковых сплавов осуществляется по времени с периодической кор-
ректировкой продолжительности включения режима ’’заливка”.
Высокая температура расплава чугуна создает определенные труд-
ности для его дозирования и автоматической разливки. По этой при-
181
чине для заливки чугуна в кокили и разовые формы часто используют
различные ковшовые дозирующе-заливочные машины.
Ковшовая заливочная машина модели Л396 (рис. 10.9) поставляется
комплектно с миксером вместимостью 2 т. Расплав из миксера, обогре-
ваемого газом, через лоток 3 подается в ковш 5 вместимостью 75 кг.
Ковш размещен на поворотной раме 4. С помощью гидроцилиндра 6
он наклоняется и выдает в кокиль дозу расплава с точностью ±2—3 %.
Машина имеет второй гидроцилиндр 7, предназначенный для слива остат-
ков расплава в изложницу 8, размещенную на тележке. Машина работает
в автоматическом режиме — заливка прекращается по сигналу электро-
контактного датчика уровня, встроенного в выпор заливаемого кокиля.
Тираспольский завод литейных машин имени С.М. Кирова выпускает
также установки для заливки чугуна с дистанционным управлением
моделей 99311—99315 с вместимостью ковша соответственно от 93—160
до 1000—1600 кг.
Рис. 10.9. Ковшовая заливочная машина в комплек-
те с миксером, обогреваемым газом:
1 - миксер, 2 - ограждение, 3 - лоток, 4 - поворот-
ная рама, 5 - ковш, ( - гидроцилиндр поворота
ковша, 7 - гидроцилиндр для механизации слива
остатков расплава, 8 - изложница
Удаление отливок из кокиля. Для извлечения отливок из кокиля
после его разъема применяют различные манипуляторы, которые имеют
жесткую конструкцию, пневматический или гидравлический привод
схвата и обычно гидравлический привод для перемещения рычагов при
подрыве и перемещении отливки в обрубный штамп или на транспорт-
ное средство. В этих целях применяют манипуляторы отечественного
производства моделей Циклон 5.02, РМ-2, МАК-1м, ЛМ10Ц61.01. При
182
этом манипуляторы моделей Циклон 5.02 и МАК-1м имеют пневмати-
ческий привод. На практике применяют также аналогичные по назначе-
нию манипуляторы производства ФРГ, Италии и других стран.
Отделение литников и обрубка отливок. Во всех случаях от получен-
ной отливки производят отбивку литников, а в автоматизированных
комплексах удаление заливов в обрубных штампах.
На рис. 10.10 приведена схема машины ударного типа для отбивки
литников 2 от чугунной отливки 7, полученной в любой форме. В этой
машине отливка ориентированно прижимается захватом 3 к плите 4,
размещенной на станине 5. Ударник 7 может перемещаться относитель-
но торсионного вала 6 с помощью рычага и штока пневмоцилиндра. Для
увеличения махового момента ударник 7 через ось и паз 9 связан с ры-
чагом 70. Отбитые литники и отливки падают на транспортер по склизу
72. Механизм ударного действия имеет ограждение 77. Привод ударного
механизма пневматический и действует от ресивера, обеспечивающего
разовый большой расход сжатого воздуха. Машина входит в состав
кокильной линии модели А35 и может использоваться для обслуживания
другого оборудования.
Рис. 10.10. Машина для отбивки литников:
1 - отливка, 2 - литник, 3 - захват, 4 - плита, 5 - станина,
6 - вал, 7 - ударник, 8 - ось, 9 - паз, 10 - рычаг, 77 - огражде-
ние, 12 - склиз
183
Для обдирки и зачистки отливок, изготовленных на роботизиро-
ванных комплексах, применяют промышленные роботы, снабженные
плазменными горелками, механизмы для абразивной зачистки на базе
манипулятора с антропоморфной рукой. Особенностью конструкции
последнего манипулятора является наличие поворотной стрелы (W —
= 4) с телескопическим концевым звеном, несущим шлифовальную
головку. Манипулятор обеспечивает одновременное или независимое
движение головок по горизонтали, вертикали и вокруг оси с програм-
мным или визуальным управлением. Чаще всего такой манипулятор
управляется оператором из кабины с помощью рукоятки, связанной
с антропоморфной рукой. Силовая обратная связь позволяет оператору
маневрировать основной стрелой управляющей рукоятки. Для управ-
ления зачисткой предусматривается телекамера. Фиксация отливки на
столе производится электромагнитным устройством или тисками с гид-
равлическим приводом.
Для огневой зачистки отливок применяют аналогичные манипуля-
торы с горелкой на концевом звене, с тремя степенями свободы, но без
телеуправления. Отдельные модели универсальных промышленных
роботов программируют на зажим и заданную ориентацию отливки в
позиции заточки или обрубки.
Для механизации обрубки и зачистки отливок от приливов в ряде
случаев используют манипулятор (рис. 10.11), выполняющий захват,
фиксацию, подъем, поворот на 90° в горизонтальной плоскости, опуска-
ние, разжим, ориентацию и укладку отливки. На основании 1 манипуля-
тора размещен механизм ориентации отливок, состоящий из гидроци-
линдра 2, поворотной планшайбы 5, регулируемых шатунов 4 и дву-
плечих ориентирующих рычагов 5, снабженных на концах фиксатора-
ми 6. Рычаги укреплены на боковых поверхностях сварной коробки 75.
С боку основания расположена стойка 14 с траверсой 8, в которой
предусмотрен силовой гидроцилиндр 9 механизма захвата отливок 13.
Нижний конец штока 77 гидроцилиндра 9 присоединен к механизму
захвата, состоящего из шатунов 10 и рычагов 7. После захвата и фикса-
ции отливка 13 гидро цилиндром 76 перемещается вверх. При этом
включается в работу гидроцилиндр 72 поворота отливки в горизонталь-
ной плоскости на 90°. Затем за счет обратного движения штока сило-
вого гидроцилиндра 76 отливка движется вниз. После достижения ниж-
него крайнего положения рычаги 7 отходят и освобождают отливку.
Для ориентации отливки в заданном положении подается давление
в силовой гидроцилиндр 2, шток которого, перемещаясь, поворачи-
вает планшайбу 3 и приводит в движение шатуны 4 и ориентирующие
двуплечие рычаги 5. При встречном движении рычагов 5 отливка 13
ориентируется для обрубки. Управление всеми механизмами манипуля-
тора электрогидравлическое по сигналам конечных выключателей.
Давление в гидросистеме 3 МПа.
При производстве мелких отливок из цветных сплавов часто исполь-
зуют вырубные штампы. В эти штампы отливка помещается и удаляется
184
Рис. 10.11. Манипулятор для обрубки отливок
после обрубки манипулятором. Особенно часто такие штампы применя-
ют для обрубки отливок, полученных литьем под давлением.
Промышленные роботы применяют и для автоматического контроля
качества отливок по размерам, скрытым дефектам (рентгеновский
контроль) и т.д.
10.5. ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ КОКИЛЬНЫХ МАШИН
Правила установки, подготовки к работе и эксплуатации любой ко-
кильной машины, а также оборудования для обслуживания ее опреде-
ляются инструкциями завода-изготовителя или паспортом на оборудо-
вание.
Установку частей кокиля на машину производят при максимальном
размыкании рабочих плит и отрегулированных штоках гидропривода.
Перед установкой проверяют работу на холостом ходу всех приводов
и механизмов обслуживания машины. При этом подвижные плиты,
поддоны, а также стержни должны иметь плавное перемещение в пре-
делах своего хода и замедленный останов в крайних положениях. Осо-
бенно внимательно проверяют места стыковки трубопроводов с гидро-
185
и пневмоприводами, а также системы охлаждения кокиля и подвода
краски для нанесения покрытий.
Во всех случаях перед началом каждой смены и в процессе ее тща-
тельно контролируют состояние рабочих поверхностей кокиля и метал-
лических стержней, т.е. элементов, в контакте с которыми формируется
поверхность и различные полости отливки. После этого проверяют
качество работы направляющих и различных стыковочных элементов,
работающих в условиях скольжения.
Перед началом работы проверяют наличие песчаных стержней (если
их применяют), инструмента, а также исправность работы форсунок
для нанесения защитных покрытий, а иногда и для местного интенсив-
ного охлаждения сжатым воздухом. После этого включают систему
подогрева кокиля и осуществляют эту операцию согласно требованиям
производственной инструкции. В процессе работы кокиль периодически
охлаждают в заданном режиме, а иногда и дополнительно подогрева'ют.
В ряде случаев подогрев кокиля производят так называемым# промы-
вочными заливками в него расплава (от одной до трех) до получения
в нем отливки без недолива и неспая.
В процессе литья кокиль эксплуатируется в установившемся тепло-
вом режиме, при этом следят за исправностью работы машины, а также
качеством получаемых отливок. По толщине заливов определяют точ-
ность смыкания частей кокиля. Неисправный кокиль заменяют новым.
Замену кокиля и металлических стержней производит кокилыцик-
сборщик самостоятельно или со слесарем-наладчиком цеха.
В процессе работы кокильщик-сборщик визуально и периодически
с использованием измерительного инструмента контролирует качество
изготовленных отливок. Одновременно он производит исправление
дефектов на рабочей поверхности кокиля и металлических стержней,
а также устраняет неполадки в работе выталкивателей. Как перед рабо-
той, так и в процессе ее он смазывает все трущиеся детали кокиля
и машины.
Ремонт системы управления, гидро- и электроаппаратуры выпол-
няет ремонтная служба цеха или завода.
Кокильщик-сборщик 3-го разряда проверяет комплектность и
состояние оснастки и работы кокильной машины, а также механизмов и
устройств для ее обслуживания перед началом смены; контролирует
наличие ручного инструмента, песчаных стержней, красок для покрытия
кокилей, исправность трубопроводов и шлангов для пульверизации
краски; производит по инструкции перед началом работы подогрев ко-
киля и в последующем регулирует тепловой режим его работы; очища-
ет от остатков облицовки рабочие поверхности кокиля, за исключением
каналов литниковой системы, и наносит новую заданным слоем; если
облицовку не применяют, покрывает рабочую поверхность кокиля за-
щитной краской; проверяет комплектность и точность знаков на стерж-
нях, собирает в блоки стержни и устанавливает их в полость кокиля
в заданной последовательности; контролирует работу машины в нала-
186
дочном и автоматическом режимах, а также визуально и периодически с
использованием шаблонов проверяет качество наружной поверхности и
геометрических размеров отливки и заливов по разъемам и знакам
стержней; устраняет мелкие дефекты в кокиле и неисправности в эксп-
луатируемой машине; оповещает мастера или технолога цеха в случае
появления дефектов на отливках, а также ремонтную службу и мастера в
случае возникновения неисправностей оборудования; после смены уби-
рает рабочее место и машину, а также производит ее профилактическое
обслуживание; рабочее место и машина после соответствующей уборки
сдаются мастеру или сменщику.
Контрольные вопросы
1. Какие машины и оборудование для их обслуживания используют при литье
в кокили?
2. Какие работы выполняют роботы и манипуляторы?
3. Перечислите правила эксплуатации кокильных машин и используемой на
них оснастки.
11. КОМПЛЕКСНО-МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ И
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
КОКИЛЬНЫЕ ЛИНИИ И КОМПЛЕКСЫ
11.1. КОМПЛЕКСНО-МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ЛИНИИ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК В кокили
Поточное производство всех видов продукции обеспечивает наиболь-
шую производительность труда по сравнению с механизированным. По-
этому в абсолютном большинстве даже универсальные кокильные ма-
шины в новых и реконструируемых цехах размещают и используют по
методу и организации поточного производства.
Известно множество проектно-планировочных решений поточного
размещения однопозиционных и других кокильных машин в цехах.
На рис. 11.1 приведена линия, созданная на базе кокильных машин
модели 5915. Линия состоит из девяти кокильных машин 1, стенда 3
с раздаточным ковшом, перемещаемым по монорельсу 4, разливочных
ковшей для заливки в кокили стали. Линия имеет элеватор 9, отваль-
ный бункер 10 и систему приточно-вытяжной вентиляции. Машины уста-
новлены на уровне пола цеха в один ряд с шагом 2400 мм. Гидроагре-
гаты 2, шкафы управления и стенды смонтированы на площадке рядом
с машинами на уровне их верхней отметки.
Пластинчатый конвейер 6 для транспортирования выбитых отливок,
проходной очистной барабан 7, ленточный конвейер 8 и нижняя часть
элеватора размещены в туннеле ниже уровня пола цеха. Заборные части
вытяжной вентиляции размещены над пластинчатым конвейером, под
187
Рис. 11.1. Комплексно-механизированная линия на базе машин модели 5915:
1 - кокильная машина, 2 - гидроагрегат, 3 - стенд, 4 - монорельс, 5 - разли-
вочный ковш, 6 - пластинчатый конвейер, 7 - очистной барабан, 8 - ленточный
конвейер, 9 - элеватор, 10 - отвальный бункер, 11 - приточно-вытяжная вен-
тиляция
провальными окнами кокильных машин и над очистным барабаном.
На линии используют шестиместные водоохлаждаемые кокили с раз-
мерами 750X700X640 мм для отливки из стали 110Г13Л.
Перед заливкой расплава рабочие поверхности кокиля нагревают
сжиганием газа в инжекционных горелках. При этом его первоначально
нагревают до 383—393 К. Рабочие поверхности кокиля перед первой,
а при установившемся режиме через каждые три заливки покрывают
защитным слоем (0,1—0,3 мм) водной краски, состоящей из 10 % сажи,
7 маршалита, 3 огнеупорной глины, 5 жидкого стекла, 0,4 смачивателя
ОП-7 и 0,05 % марганцевокислого калия.
При первой заливке расплава температура рабочей поверхности
кокиля достигает примерно 423 К: после второй — 623—643 К, после
чего поддерживается в заданном режиме регулированием темпа заливок
и интенсивности охлаждения.
На рис. 11.2 показана схема комплексно-механизированной линии
модели А35 для производства отливок из высокопрочного чугуна. В
состав линии входят связанные между собой транспортными средствами
участки: плавильный, заливочно-кокильный, термической обработки
и очистки отливок. В линии расплав от вагранки 6 (может быть замене-
на другим плавильным агрегатом) по монорельсу 4 передается в ковше
вместимостью 500 кг в камеру для модифицирования 5 и после обра-
188
8 9 10 11 12 13 /4
5 4 J 2 1
Рис. 11.2. Комплексно-механизированная линия модели А35 для производства
из высокопрочного чугуна стоек тракторного плуга:
7, 7 - карусельные шести- или восьмипозиционные кокильные машины, 2 —
пульт управления, 3 - заливочная машина, 4 - монорельс, 5 - камера
для модифицирования чугуна, 6 вагранка или другой плавильный агрегат,
8 — манипулятор для извлечения отливки из кокиля и транспортирования ее,
9 - механизм для отделения литниковой системы от отливки, 10 — конвейер,
11 - приемный стол, 12 - манипулятор для передачи отливки в термоагрегат,
13 - кантователь поддонов, 14 - монорельс, 75 - термоагрегат, 16 - кантова-
тель, 7 7 - бак, 18 - дробеструйная камера
ботки модификаторами под избыточным давлением 0,5—0,6 МПа перели-
вается в заливочную машину 3 двухпозиционного типа. Из нее расплав
заливается в кокили, закрепленные на рабочих плитах восьми- или
шестипозиционных карусельных машин 7 и 7. Управление кокильными и
заливочными машинами производится с общего пульта. Отливки стоек
тракторных плугов извлекаются из кокиля манипулятором 8 и перено-
сятся им в машину 9 для отбивки литников. Далее отливки по конвей-
еру 10 передаются на приемный стол 77, где манипулятором 12 перено-
сятся на поддоны термоагрегата 75. Прошедшие графитизирующий
отжиг отливки с помощью кантователя 76 передаются в бак 7 7 охлажде-
ния и далее в дробеструйную камеру 18 для очистки. После этого следы
от литниковой системы и возможные остатки заливов удаляются шлифо-
вальными кругами. Параллельно с этим кантователи 13 после освобож-
дения поддонов от отливок подают их к монорельсу 14 и далее опять
загружают их новыми отливками.
В линии попеременно эксплуатируются две карусельные кокильные
машины: восьмипозиционная гидравлическая машина модели Л484 и
шестипозиционная пневматическая машина модели Л125.
Для изготовления в массовом производстве отливок применяют
различные кокильные линии, в том числе наиболее часто моделей А48,
А57 и А58. Линию модели А48 используют для изготовления на двенад-
цатипозиционной карусельной кокильной машине отливок ступиц авто-
мобильных прицепов из чугуна. Масса отливки до 26 кг, производи-
тельность линии до 115 отл/ч. Линия модели А58 предназначена для
изготовления чугунных станин электродвигателей массой от 27,5 до
189
31,5 кг. Она создана на базе шестнадцатипозиционной кокильной кару-
сельной машины модели Л430М. Линия модели А57 создана на базе
использования двух восьмипозиционных карусельных кокильных
машин для изготовления в обычных кокилях отливки щитов и лап
электродвигателей из чугуна массой от 3 до 8 кг. Производительность
линии 200—220 отл/ч.
11.2. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК
В ОБЛИЦОВАННЫХ КОКИЛЯХ
Облицовка кокиля уменьшает силу теплового воздействия на его
материал и, как правило, резко замедляет отвод теплоты как от распла-
ва, так и от охлаждающейся в кокиле отливки. Исключение составляют
облицовки из металлических материалов, например алюминиевого
сплава (см. § 11.3).
На современных автоматических линиях используют песчано-смоля-
ную облицовку рабочих поверхностей кокиля. При этом она формирует-
ся за счет вдува смеси в пространство между нагретым кокилем и мо-
делью, т.е. по процессу, схожему с изготовлением оболочковых форм
(см. § 2.2). Оптимальная плотность облицовки на кокиле достигается
при давлении вдува не менее 0,3 МПа. Однако создать такое стабильное
давление трудно при заполнении тонких полостей между поверхностями
кокиля и модели, особенно в местах, удаленных от вдувных отверстий.
Поэтому вдувные отверстия рекомендуется размещать равномерно и с
минимальным шагом относительно формируемого слоя оболочки.
В настоящее время созданы и продолжают совершенствоваться
многие автоматические линии производства отливок в облицованные
кокили. Для изготовления в условиях массового производства чугунных
отливок используют линии моделей А75, А76, А82М, А120, А87, А96
(табл. 11.1) и др.
Нанесение облицовки на линии модели А82М производится четырех-
позиционным карусельным пескодувным агрегатом 1 (рис. 11.3). С
агрегата кокиль переносится на рольганг 3 манипулятором. На рольган-
ге, если необходимо, вручную проставляют в кокиль один или несколько
разовых стержней. Далее части кокиля передаются в агрегат сборки 4,
после чего по рольгангу 5 на заливку, которая производится автомати-
зированной установкой. Залитые расплавом кокили передаются в термо-
стат 7 для ускоренного охлаждения, а в случае остановки линий он
используется для накопления собранных незалитых кокилей. С этой
целью термостат выполнен двухъярусным. Залитые кокили передаются
на поперечный участок 6 для разборки. На этом участке с помощью ряда
агрегатов кокиль разбирается, а отливка вместе с литниковой системой
выталкивается. Далее механически с помощью манипулятора прошивки
производится очистка вдувных отверстий и удаление облицовки с рабо-
чих поверхностей кокиля с помощью очистного устройства 8. На участке
9 кокиль охлаждается до заданной температуры и по рольгангам переда-
190
Рис. 11.3. Автоматическая линия модели А82М для производства отливок в облицованных кокилях:
1 _ пескодувно-карусельный агрегат, 2 - модельная плита, 3 - рольганг, 4 - агрегат сборки, 5 - рольганг участка заливки, 6 -
участок разборки кокилей, 7 - термостат, 8 - очистное устройство, 9 - охладительный участок в кожухе, 10 - кантователь
192
11.1 Автоматические линии для изготовления отливок в облицованных кокилях
Техническая характеристика линии
Модель линии Размеры полу- кокиля, мм Высота полу- кокиля, мм Произво- дительность цикловая, форм/ч Металлоем- кость ко- киля, кг Количест- во комп- лектов кокилей Мощ- ность, кВт Габаритные размеры, мм Масса, т
А120М 1000X1000 250 50 160 26 610 50000X10000X4700 177
А87 1300X700 250 50 200 28 397,5 52210X7700X5065 162,3
А96 1400X1200 250 45 250 45 622 82300X13400X5460 348,5
ется в кантователь 10 и далее манипулятором помещается в пескодувно-
карусельный агрегат 1 для нанесения новой облицовки.
Линия модели А96 отличается от А82М и А120 тем, что в ее состав
входит сдвоенная пескодувная машина челночного типа, а подогрев
кокиля и стабилизация его термического цикла производится в газовых
печах.
f 11.3. КОМПЛЕКСЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
I ОТЛИВОК в кокили
Отечественные роботизированные комплексы для специализирован-
ного производства отливок из цветных сплавов в кокили выполняются
на базе выпускаемых серийно одно- и многопозиционных кокильных
машин, промышленных манипуляторов и роботов.
В контурном роботизированном комплексе для производства слож-
ных отливок на двух-, однопозиционных кокильных машинах заливоч-
ный промышленный робот консольной конструкции устанавливается
в центре роботизированного комплекса и может поворачиваться на угол
30°. Робот предназначен для точного дозирования и заливки алюминие-
вого расплава из двухтигельной электропечи в кокили машин; снабжен
сифонным заливочным ковшом, имеющим в нижней части отверстие,
через которое поступает в его полость расплав при погружении ковша в
тигель. Этот способ исключает попадание шлака и оксидных пленок в
дозируемую порцию расплава. Масса дозы расплава регулируется
контактным методом с помощью электродов, укрепленных на верти-
кальной штанге рядом с ковшом.
Наполненный заданной дозой расплава ковш поворачивается в го-
ризонтальном положении, поднимается над тиглем печи и переносится
к одной из кокильных машин. После заливки расплава и его затвердева-
нии в регламентированное время кокиль раскрывается и отливка под-
весным манипулятором, укрепленным на монорельсе, извлекается из
формы, передается на решетку, а затем на конвейер.
Специализированный роботизированный комплекс на базе двух
о дно позиционных кокильных машин для производства отливок головок
блока двигателей показан на рис. 11.4. Отливки изготовляют из алю-
миниевого сплава с использованием песчаных базовых и выпорных
стержней. Масса отливок со стержнями — 40 кг, без стержней — 20 кг,
масса головки — 12 кг. В состав комплекса входят две однопозици-
онные кокильные машины 7, стеллажи для базовых 7 и выпорных 6
песчаных стержней, поворотный стол для сборки стержней, раздаточная
индукционная печь 75 с вертикальным тиглем, ковшовый зал ив очно-
\ дозирующий манипулятор 74, робот 13 для укладки стержней в кокиль
5, извлечения и транспортирования отливок, телевизионная камера 77,
экран 8 визуального контроля качества и установки стержней, приемные
столы 9 (для годных отливок) и 72 (для бракованных), пульт управле-
ния 4 и шкаф 3 управления комплексом.
7-1613 193
6
7
Рис. 11.4. Роботизированный комплекс кокильного
литья головок блока двигателей:
1 - кокильная машина, 2 — поворотный стол, 3 —
шкаф управления, 4 - пульт управления, 5 - кокиль,
6, 7 — стеллажи для базовых и выпорных стержней,
8 - экран визуального контроля качества и установ-
ки стержней, 9 - приемный стол для годных отли-
вок, 10 - транспортная система, 11 - телевизионная
камера, 12 - стол для бракованных отливок, 13 -
промышленный робот для укладки стержней в ко-
киль, извлечения и транспортирования отливок,
14 - ковшовый заливочно-дозирующий манипуля-
тор, 15 - раздаточная индукционная печь
Обе кокильные машины управляются одним оператором. Песчаные
стержни на сборку подаются в контейнерах. После визуального контроля
их качества оператор ставит стержни на стол 2 и управляет его поворотом.
Поиск стержней робот производит в той же последовательности, в какой
они должны проставляться, и устанавливает их в кокиль с необходимой
точностью. Далее после сборки кокиль закрывается и производится залив-
ка в него манипулятором мерной дозы расплава. Параллельно робот вы-
полняет аналогичные работы для кокиля второй машины. После заданного
охлаждения отливки в кокиле он раскрывается, робот захватывает и изв-
лекает отливку, а затем передает ее в зону телекамеры для визуального
контроля и далее на приемный стол годных отливок. Бракованные отлив-
ки автоматически передаются на вспомогательный стол 12, Управление
оборудованием комплекса производится телемеханическим автоматом с
использованием автономной системы управления на базе микропроцес-
сора.
194
Универсальный схват промышленного робота производит три раз-
личные операции (рис. 11.5): установку базового стержня в кокиль,
установку выпорного стержня, захват и извлечение отливки из кокиля.
Схват снабжен несущим фланцем 7, к которому крепятся выдвижные
кронштейны 3 с эластичными надувными фиксаторами 4. С боковых
сторон к фланцу крепятся фигурные рычаги-захваты 2. В базовых 5
(рис. 11.5, а) и выпорных 6 (рис. 11.5, б) стержнях предусмотрены
конические отверстия Л, в которые вводятся термостойкие фиксаторы
4, ориентирующие и удерживающие стержни при транспортировании
и установке их в кокиль. Для этого в полость фиксаторов подается
сжатый воздух, фиксаторы упираются в соответствующие стенки кони-
ческих отверстий А и удерживают стержни при манипуляции ими. После
установки в кокиль давление сжатого воздуха в полости фиксаторов
снимается и они свободно выходят из отверстий А. После окончания
простановки стержней кронштейны 3 с фиксаторами поднимаются.
Одновременно рычаги-захваты 2 опускаются, входят в фигурные поло-
сти Б отливки 7, фиксируют и извлекают ее из кокиля (рис. 11.5,в).
Далее схватом робота отливка транспортируется на приемный стол для
последующих контрольных операций.
Рис. 11.5. Многофункциональный
схват робота:
а - установка базового стержня в
кокиль, б - установка выпорного
стержня в кокиль, в — извлечение
отливки 7 из кокиля;
1 - несущий фланец, 2 - фигурный
рычаг-захват, 3 - выдвижной крон-
штейн, 4 — эластичный надувной
фиксатор, 5 — базовый стержень, 6 —
выпорной стержень
Специализированный роботизированный комплекс на базе четырех-
позиционной карусельной кокильной машины (рис. 11.6). Комплекс
предназначен для изготовления из алюминиевого сплава головок блока.
В комплекс входят карусельная четырехпозиционная кокильная
машина 7, стол 2 с контейнером 3 для базовых стержней, стол 4 с кон-
195
Рис. 11.6. Роботизированный четырехпози-
ционный комплекс кокильного литья:
1 - карусельная установка, 2, 4, 8 - столы,
3 - контейнеры для базовых и выпорных
стержней, 5 — стол для сборки и подготов-
ки стержней, 6 — промышленный робот для
простановки стержней в кокиль, 7 — про-
мышленный робот для извлечения и тран-
спортирования отливок на приемный стол,
9 — пульт управления, 10 — манипулятор
дозирования и заливки расплава в кокили,
11 — раздаточная печь
тейнером 3 для выпорных стер-
жней, стол 5 для сборки и под-
готовки стержней, робот 6 для
простановки стержней в кокиль,
робот 7 для извлечения и тран-
спортирования отливок на при-
емный стол 8, манипулятор 10
для заливки расплава в кокили
и раздаточная тигельная печь
11. Комплекс имеет единый
пульт управления 9; произво-
дительность линии 60 отл/ч.
В настоящее время предус-
мотрено создание комплексов
моделей А81733С и А81745.
Комплекс для производства
отливок из цветных сплавов
модели А81733С имеет размер
рабочего места на плите 500Х
Х400 мм, ход плиты 250 мм,
производительность до
120 отл/ч. Состав комплекса:
карусельная шестипозиционная
кокильная машина, манипуля-
тор дозирования и заливки
расплава, манипулятор для
удаления и передачи отливок.
Комплекс с программным
управлением для производства
отливок из высокопрочного и серого чугуна модели А81745 имеет
размер рабочего места на плите 800X600 мм, ход плиты 320 мм, произ-
водительность до 100 отл/ч. Состав комплекса: карусельная кокильная
машина модели 81745, заливочная установка модели У42, механизм
удаления и передачи отливок, устройство для автоматической очистки
рабочих поверхностей кокиля и нанесения на них защитных покрытий.
В настоящее время создан принципиально новый кокильный комп-
лекс модели А82А605С, освоение которого ведется на Ярославском
электромашиностроительном заводе. Особенностью этого комплекса
является возможность формирования тонкостенных ребристых чугун-
ных отливок в кокилях с расплавляемой алюминиевой облицовкой,
которая может использоваться многократно.
Не разбирая конструкции комплекса, созданного на базе кокильной
машины модели 82505, на ряде схем рассмотрим технологическую
последовательность изготовления в кокиле с расплавляемой облицовкой
чугунной станины электродвигателя серии 160 с его использованием.
В исходном положении (см. рис. 11.7) боковые плиты 3 кокиля,
состоящие из четырех секций с вертикальным разъемом, разомкнуты,
196
основание 1 и стержень 2 находятся в крайнем нижнем положении*
модель 5 отливки — в крайнем верхнем положении и повернута на 90
(см. стрелки на рис. 11.7). Формообразующие облицовку части кокиля
и стержня нагреваются до 390—420 К за счет теплоты сгорания природ-
ного газа. Для сборки кокиля модель 5 наводится на него и опускается
(рис. 11.7), боковые кокильные плиты смыкаются, стержень поднимает-
ся в верхнее положение (вводится в модель). Через лоток 7 в полость
А -л
Рис. 11.7. Кокиль в собран-
ном виде:
1 — основание, 2 — стержень,
3 — боковая плита, 4 — пере-
ходная плита, 5 - модель
отливки, 6 — отверстие,
7 - лоток, 8 - кольцо, 9 -
разделительная пластина,
10 — V-образный канал
между стержнем 2 и моделью 5 при температуре 950—970 К заливают
расплав марки АЛ9. При достижении расплавом уровня наклонных от-
верстий 6 он перетекает в четыре полости, которые формируют внеш-
нюю поверхность облицовки на четырех боковых кокильных плитах.
197
На разрезе кокиля АЛ (см. рис. 11.7) показана разделительная пластина
9, на которой выполнены V-образные каналы 10, служащие для перели-
вания расплава из одной полости в другую. В этом случае между четырь-
мя полостями, в которых формируется литая облицовка, происходит
выравнивание уровня расплава алюминиевого сплава.
Через 70—80 с после окончания заливки алюминиевого расплава
четыре подвижные плиты кокиля отводятся от модели вместе с полу-
ченной на них облицовкой 1 (рис. 11.8). При этом литниковая система
на границе соединения с облицовкой отламывается. Модель отливки сни-
мается со стержня, поднимается и поворачивается на 90°.
Рис. 11.8. Кокиль в разобранном виде после заливки в него алюмини-
евого сплава для получения выплавляемой облицовки 1
После охлаждения облицовки стержня и боковых подвижных плит
до температуры 570-620 К они сдвигаются и образуют полость кокиля
для формирования отливки (рис. 11.9). Литниковая система-захват
имеет вертикальный питатель 7, соединяющийся с полукольцевым кол-
лектором 2 и через него с приемной чашей 3, Через последнюю при
температуре 1550-1570 К в полость кокиля в течение 10—12 с заливают
расплав чугуна для получения отливки.
После окончания заливки расплава чугуна сразу производится под-
рыв стержня. При этом алюминиевая облицовка отделяется от стержня
и остается на внутренней полости отливки. Основание перемещается
вверх, отливка вместе с наружной и внутренней облицовкой поднима-
ется на 100—200 мм. Литниковая система-захват за литники, соединен-
ные с чугунной отливкой и покрывающей ее облицовкой, удаляет отлив-
ку из кокиля, боковые кокильные плиты отводятся от стержня
(рис. 11.10).
Поворотом консоли с литниковой системой-захватом отливка с
облицовкой подается в тигель плавильной печи с алюминиевым распла-
вом, имеющим температуру 950—970 К, опускается в него на 90—120 с
и для быстрого расплавления вращается в нем (рис. 11.11). Такое ,
198
1 - вертикальный питатель, 2 - полу-
кольцевой коллектор, 3 - литниковая
чаша, 4 - кулачок, 5 - ползун, 6 - кор- Рис. 11.10. Удаление отливки в облицов-
пус, 7 - гидропривод, 8 - облицовка ке из разомкнутого кокиля
центрального металлического стержня,
9 - облицовка боковой кокильной пли-
ты, 10 - чугунная отливка в кокиле
с облицовкой
вращение ускоряет теплообмен облицовки с расплавом алюминиевого
сплава, а следовательно, и ее расплавление. Одновременно улучшается
равномерность и качество алюминирования чугунной отливки в распла-
ве. Оплавившуюся облицовку используют вторично.
Отливка с алюминированной поверхностью с помощью литниковой
системы-захвата извлекается из тигля с алюминиевым расплавом и
переносится на приемный рольганг. При подъеме ползуна гидравли-
ческим приводом происходит отламывание литниковой системы от
отливки.
199
Рис. 11.11. Расплавление об-
лицовки в расплав алюмини-
евого сплава
Наличие на отливке алюминированного
покрытия позволяет ее использовать в
электродвигателе без нанесения слоя крас-
ки, что способствует повышению отвода
теплоты от работающего электродвигателя.
Применительно к другим отливкам
процесс алюминирования позволяет исклю-
чить грунтование и в ряде случаев их отжиг.
Процесс производства тонкостенных чу-
гунных отливок с тонкими ребрами с ис-
пользованием расплавляемой облицовки
позволяет повысить качество заготовок, а
также расширить технологические возмож-
ности изготовления тонкостенных изделий
без образования традиционного при исполь-
зовании обычных кокилей отбела. Однако
реализация этого процесса требует высокой
культуры производства и точного соблюде-
ния соотношений стенки кокиля, отливки
и облицовки, а также тщательной оптими-
зации всех технологических параметров
литья.
Следует отметить, что облицевать рабо-
чие поверхности кокиля можно любой
обычной песчано-глинистой смесью, имею-
щей достаточную прочность.
Контрольные вопросы
1. Как работают механизированные кокильные линии, созданные на базе стан-
дартных кокильных машин?
2. Какие автоматические кокильные линии используют в литейном производ-
стве?
3. В каких случаях для производства отливок используют промышленные
роботы и манипуляторы?
4. Как можно изготовить отливку из чугуна в кокиле с расплавляемой алю-
миниевой облицовкой?
12. СВЕДЕНИЯ О СТАНДАРТИЗАЦИИ И КАЧЕСТВЕ ОТЛИВОК
12.1. СВЕДЕНИЯ О СТАНДАРТИЗАЦИИ
Стандарт в широком смысле слова — образец, эталон, модель, прини-
маемый за исходный для сопоставления с ним других подобных объек-
тов. Стандарт как нормативно-технический документ устанавливает
200
комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации и утверж-
дается компетентным органом. Стандарт может быть разработан как на
материальные предметы (продукция, эталоны, образцы вещества), так и
на нормы, правила, требования различного характера. Применение стан-
дартов способствует улучшению качества продукции, применению уни-
фикации и взаимозаменяемости, развитию автоматизации производства,
росту эффективности эксплуатации и ремонта изделий.
Существующие в СССР стандарты различают по сфере действия на
государственные (ГОСТ); отраслевые (ОСТ); республиканские (РСТ);
предприятий (объединений) (СТП).
СССР является активным участником Международной организации
по стандартизации (ИСО). Особенно успешно ведутся работы по стандар-
| тизации в странах СЭВ; разработано несколько тысяч стандартов (СТ
J СЭВ), которые для всех стран—членов СЭВ применяются без изменения
f и переоформления.
На основе ГОСТов и в дополнение к ним предприятиями и отрасля-
г ми разрабатываются технические условия (ТУ), руководящие техниче-
ские материалы (РТМ) и т.д.
Стандарты подразделяют на две группы. Первая группа включает
стандарты, содержащие требования к качеству продукции и ставящие
целью ее улучшение. Вторая группа объединяет стандарты, ограничиваю-
щие дальнейшее расширение номенклатуры изделий, узлов и т.д.
Стандарты активно влияют на качество изделий, что обусловливает
их регулярный пересмотр в сторону ужесточения качественных требо-
ваний. Стандарты лежат в основе работ по аттестации продукции на Знак
качества и Государственной приемкой.
В современных условиях распространены следующие работы по
стандартизации, которые имеют большое значение для ускорения науч-
но-технического прогресса:
широкое развитие методов комплексной стандартизации, охват
этой программой большинства видов продукции, документации и разви-
тие в этих целях принципов и методов больших систем;
разработка и развитие методов оптимизации структуры комплекс-
ных стандартов, направленных на решение важнейших народнохозяйст-
венных задач, а также методов оптимизации номенклатуры и количест-
венных характеристик, закладываемых в стандарты;
применение системы принципов для разработки программ комплек-
сной и опережающей стандартизации.
- Каждая такая комплексная система является ГОСТом, который
; включает в себя систематизированный перечень взаимоувязанных
I стандартов. Важнейшими из них являются ЕС КД — единая система кон-
структорской документации; ЕСТПП — единая система технологической
подготовки производства; ССБТ — система стандартов по безопасности
труда. Созданы также комплексные системы стандартов по классифи-
кации и кодированию документов, по метрологическому обеспечению
промышленного производства и исследовательских работ и т.д.
201
12.2. ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК
Изготовленные любым способом отливки контролируют по качест-
ву, контроль осуществляют работники литейного цеха, ОТК и в отдель-
ных случаях представители Госприемки.
В зависимости от качества отливок, требований стандартов и ТУ их
подразделяют на годные, условно годные (исправимый брак) и брак.
Отливки, у которых совокупность регламентированных показателей
качества (ГОСТ 4.439—86) соответствует ТУ и другой документации,
относят к годным. Отливки, имеющие незначительные дефекты, исправ-
ление которых экономически целесообразно, отправляют на исправле-
ние. Отливки, дефекты которых исправить нельзя или экономически
невыгодно, считают бракованными и их отправляют на переплав.
Согласно ГОСТ 19200—80, отливки из чугуна и стали могут иметь
50 разновидностей дефектов, которые подразделяют по следующим
группам: несоответствие по геометрии (14 видов), дефекты поверхно-
сти (13 видов), несплошность в теле отливки (16 видов), включения
(3 вида) несоответствие по структуре (4 вида). v
Несоответствие по геометрии. 1. Недолив — дефект в виде неполно-
го образования контура отливки вследствие незаполнения полости
литейной формы металлом при заливке. i
2. Неслитина — дефект в виде произвольной формы отверстия |
или сквозной щели, образовавшийся в стенке отливки вследствие несли-
яния потоков металла пониженной жидкотекучести при заливке.
3. Обжим — дефект в виде нарушений конфигурации отливки,
возникающей вследствие деформации формы из-за механических воздей-
ствий до или во время заливки.
4. Подутость — дефект в виде местного утолщения отливки вслед-
ствие распирания неравномерно или недостаточно уплотненной песчаной
формы заливаемым металлом. '
5. Перекос — дефект в виде смещения одной части отливки отно-
сительно осей или поверхностей другой части по разъему формы,
модели или опок вследствие их неточной установки и фиксации при
формовке и сборке.
6. Стержневой перекос — дефект в виде смещения отверстия, поло-
сти или части отливки, выполняемых с помощью стержня, вследствие
его перекоса.
7. Разностенность — дефект в виде увеличения или уменьшения
толщины стенок отливок вследствие смещения, деформации или всплы-
вания стержня. t
8. Стержневой залив — дефект в виде залитых металлом отверстия
или полости в отливке из-за непроставленного в литейную форму стерж- (
ня или его разрушения.
9. Коробление — дефект в виде искажения конфигурации отливки
под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении, а также в
результате изготовления неправильной модели.
202
10. Незалив — дефект в виде несоответствия конфигурации отливки
чертежу вследствие износа модели или недостаточной отделки формы.
11. Зарез — дефект в виде искажения контура отливки при отрезке
литников, обрубке и зачистке.
12. Вылом — дефект в виде нарушения конфигурации и размера от-
ливки при выбивке, обрубке, отбивке литников и прибылей, очистке и
транспортировании.
13. Прорыв металла — дефект в виде неполного образования или
искажения формы отливки, возникающий при заливке вследствие недо-
статочной прочности формы.
14. Уход металла — дефект в виде пустоты в теле отливки, ограни-
ченный тонкой коркой затвердевшего металла, образовавшийся вслед-
ствие вытекания металла из формы при слабом ее креплении.
Дефекты поверхности. 1. Пригар — дефект в виде трудно отделяе-
мого специфического слоя на поверхности отливки, образовавшегося
вследствие физического и химического взаимодействия формовочного
материала с металлом и его оксидами.
2. Спай — дефект в виде углубления с закругленными краями на по-
верхности отливки, образованного не полностью слившимися потоками
металла с недостаточной температурой или прерванными при заливке.
3. Ужимина — дефект в виде углубления с пологими краями, запол-
ненного формовочным материалом и прикрытого слоем металла, обра-
зованного вследствие отслоения формовочной смеси при заливке.
4. Нарост — дефект в виде выступа произвольной формы, образовав-
шегося из загрязненного формовочными материалами металла вследст-
вие местного разрушения литейной формы.
5. Залив — дефект в виде металлического прилива или выступа,
возникающего вследствие проникновения жидкого металла в зазоры
по разъемам формы, стержней или по стержневым знакам.
6. Засор — дефект в виде формовочного материала, захваченного пото-
ками жидкого металла и внедрившегося в поверхностный слой отливки.
7. Плена — дефект в виде самостоятельного или оксидного слоя на
поверхности отливки, образовавшегося при недостаточно спокойной
заливке.
8. Просечка — дефект в виде невысоких прожилок на поверхности
отливки, возникших вследствие затекания металла в трещины на по-
верхности формы или стержня.
9. Окисление — дефект в виде окисленного слоя металла с поверх-
ности отливки, получившийся после отжига из белого чугуна на ковкий
чугун.
10. Поверхностное повреждение — дефект в виде искажения повер-
хности, возникший при выбивке отливки из формы, очистке и транспор-
тировании.
11. Складочность — дефект в виде незначительных гладких возвыше-
ний и углублений на поверхности отливки, возникающих вследствие
пониженной жидкотекучести металла.
203
12. Грубая поверхность — дефект в виде шероховатости с парамет-
рами, превышающими допустимые значения.
13. Газовая шероховатость—дефект в виде сферообразных углубле-
ний на поверхности отливки, возникающих вследствие роста газовых
раковин на поверхности раздела металл — форма.
Несгоюшности в теле отливки. 1. Горячая трещина — дефект в виде
разрыва или надрыва тела отливки усадочного происхождения, возни-
кающего в интервале температур затвердевания. Трещина располагается
по границам кристаллов, имеет неровную окисленную (темную) поверх-
ность, на которой иногда видны дендриты.
2. Холодная трещина — дефект в виде разрыва тела затвердевшей
отливки вследствие внутренних напряжений или механического воздей-
ствия. Трещина имеет чистую светлую и реже с цветами побежалости
зернистую поверхность.
3. Газовая раковина — дефект в виде полости, образованной выде-
лившимися из металла или внедрившимися в металл газами.
4. Ситовидная раковина — дефект в виде углубленных тонких
раковин, ориентированных нормально к поверхности отливки,
вызванных повышенным содержанием водорода в кристаллизующемся
слое.
5. Усадочная раковина — дефект в виде открытой или закрытой
полости с грубой, шероховатой, иногда окисленной поверхностью, обра-
зовавшейся вследствие усадки при затвердевании металла.
6. Песчаная раковина — дефект в виде полости, полностью или час-
тично заполненный формовочным материалом.
7. Шлаковая раковина — дефект в виде полости, полностью или
частично заполненный шлаком.
8. Залитый шлак — дефект в виде частичного заполнения литейной
формы шлаком.
9. Графитовая пористость — дефект отливок из серого чугуна в виде
сосредоточенных или паукообразных выделений графита, вызывающих
неплотности металла при испытании гидравлическим или газовым
давлением.
10. Усадочная пористость — дефект в виде мелких пор, образовав-
шихся вследствие усадки металла во время его затвердевания при недо-
статочном питании отливки.
11. Газовая пористость — дефект в виде мелких пор, образовавших-
ся в отливке в результате выделения из металла при его затвердевании.
12. Рыхлота — дефект в виде скопления мелких усадочных раковин.
13. Непровар жеребеек — дефект в виде несплошности соединения
металла отливки с поверхностью жеребеек (холодильников) вследствие
их загрязнения, несоответствия масс, понижения температуры заливае-
мого металла.
14. Вскип — дефект в виде скопления раковин и наростов, образо-
вавшихся в местах переувлажнения литейной формы или проникновения
газов из стержней в полость литейной формы.
204
15. Утяжина — дефект в виде углубления с закругленными краями
на поверхности отливки, образовавшегося вследствие усадки металла
при затвердевании.
16. Металлическое включение — дефект в виде инородного металли-
ческого включения, имеющего поверхность раздела с отливкой.
17. Неметаллическое включение — дефекты в виде неметаллических
частиц, попавших в металл механически или образовавшихся вследствие
химического взаимодействия компонентов при расплавлении и заливке
металла.
18. Королек — дефект в виде шарика металла, отдельно застывшего
и несплавившегося с отливкой и образовавшегося брызгами при непра-
вильной заливке.
Несоответствие по структуре. 1. Отбел — дефект в виде твердых,
трудно поддающихся механической обработке мест в различных частях
отливки из серого чугуна, вызванных скоплением структурно свобод-
ного цементита.
2. Половинчатость — дефект в виде проявления структуры серого
чугуна в отливках из белого чугуна.
3. Ликвация — дефект в виде местных скоплений химических эле-
ментов или соединений в теле отливки, возникающих в результате изби-
рательной кристаллизации при затвердевании.
4. Флокены — дефект в виде разрыва тела отливки под влиянием
растворенного в стали водорода и внутренних напряжений, проходящего
полностью или частично через объемы первичных зерен аустенита. Фло-
кены в изломе термически обработанной пробы (отливки) имеют вид
сглаженных поверхностей без металлического блеска (матового цвета)
на общем сером фоне волокнистой составляющей.
Следует отметить, что некоторые из указанных дефектов относятся
и к отливкам из цветных сплавов. Основная часть перечисленных дефек-
тов не имеет места при производстве отливок в кокили.
Методы исправления дефектов отливок. Чаще всего дефекты в
отливках исправляют сваркой, металлизацией, замазкой и про-
питкой.
Горячая дуговая заварка дефектов в чугунных отливках может про-
изводиться чугунными электродами, полуавтоматической дуговой
сваркой порошковой проволокой; горячей сваркой, низкотемператур-
ной газопорошковой наплавкой, сваркой без подогрева.
Следует отметить, что чугун является трудносвариваемым сплавом,
так как в сварном шве (наплавке) очень часто образуется структура
отбела, трещины и поры. Для предотвращения отбела производят
местный или общий подогрев отливки или для заварки используют мате-
риалы, которые можно обрабатывать резанием. Чаще всего производят
подогрев общий или местный до 870—930 К (горячая сварка) и наплав-
ку в виде чугуна; выполняют небольшой подогрев до 420—670 К (хо-
лодная сварка) с использованием материала, поддающегося механичес-
кой обработке резанием.
205
Горячая дуговая заварка чугунных отливок электродами произво-
дятся при их общем или местном подогреве до 920—970 К. Раковины
и другие наружные дефекты должны быть разделаны перед заваркой
под углом 35—40°, а трещины под углом 80—90°. Высота наплавки
должна быть на 2—5 мм выше наружной поверхности отливки. Для
сварки можно использовать чугунные прутки диаметром 8—14 мм
(ГОСТ 2671—80). Для полуавтоматической дуговой сварки применяют
и порошковую проволоку марки ППЧ-ЗМ. Горячую газовую заварку
производят присадочными чугунными прутками диаметром 6—14 мм с
применением в качестве флюсов прокаленной буры или ее смеси с угле-
кислым натрием или углекислым калием (поташем).
Низкотемпературную газопорошковую наплавку производят горел-
кой модели ГАЛ-4-72, в которой сжигают ацетилен (ГОСТ 5457—75)
и кислород (ГОСТ 5583—78). Процесс наплавки заключается в том, что
самофлюсующийся сплав наносят на поверхность дефекта подачей его
через пламя ацетиленовой горелки.
Заварку чугуна без подогрева осуществляют только на необраба-
тываемых поверхностях с использованием медно-никелевых электродов
МНЧ-2, железоникелевых электродов ОЗЖН-1, а также медно-стальных
и стальных электродов.
Металлизацию применяют для покрытия заваренных дефек-
тов, а также для устранения сыпевидной пористости на поверхности
отливок. Перед металлизацией поверхности отливки зачищают. Материа-
лом для металлизации служит молибден, который за один проход нано-
сится на отливку слоем примерно 0,03 мм. За несколько проходов на
отливку наносится слой толщиной 0,3—0,8 мм.
Для исправления дефектов на необрабатываемых поверхностях
крупных чугунных отливок используют замазки на основе эпок-
сидных смол ЭД-5 и ЭД-6. К замазкам добавляют пластификатор и от-
вердитель. Для придания нужного цвета в замазку добавляют 3—5 %
алюминиевого порошка или графита. Используется много различных
составов замазок, которые после зачистки дефекта в его объеме необра-
тимо твердеют за 10—12 ч. Затвердевшая замазка зачищается наждачной
бумагой вровень с поверхностью отливки.
Пропитку применяют для закупоривания пор и других мелких
отверстий в стенках отливок. Для этого используют бакелитовый лак
(спиртовой раствор, ГОСТ 901—78), жидкое стекло (10 %-ный раст-
вор) ; натуральную олифу и др. Все эти пропитки необратимо твердеют
и делают отливку пригодной для использования в гидросистемах. При
длительном хранении стальных и чугунных отливок на воздухе происхо-
дит самопроизвольное закупоривание пор под действием коррозии.
12.3. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
На современном этапе развития общественного производства одной
из главных проблем является улучшение качества выпускаемой продук-
206
ции. Решается эта проблема комплексно на основе использования как
технологических, так и организационно-технических форм и методов.
Технический контроль в литейном производстве, являющийся важ-
нейшим звеном в системе управления качеством отливок, охватывает
широкий круг вопросов, связанный с контролем материалов, техноло-
гических процессов и готовых отливок. В комплексной системе управ-
ления качеством продукции литейного производства (КС УКПЛ) глав-
ное место отводится организации технического контроля.
По ГОСТ 16504—81 технический контроль предусматривает провер-
ку соответствия продукции или процесса, от которого зависит ее каче-
ство, установленным техническим требованиям. Эти требования содер-
жатся в стандартах, ТУ, чертежах, технологических картах, производст-
венных инструкциях.
Объектами контроля в литейном производстве являются исходные
материалы, технологическая оснастка, оборудование, технологические
операции и процессы, литейные формы и стержни, готовые отливки.
Основная задача технического контроля сводится к своевременному
обнаружению отклонений от установленных норм в объектах контроля
и к предотвращению производства отливок, не соответствующих уста-
новленным требованиям. Эта задача решается на всех этапах процесса
изготовления отливок.
Согласно ГОСТ 14.318—83, технический контроль подразделяют на
входной, операционный и приемочный. Входной контроль —
это проверка сырья, материалов, оснастки, комплектующих изделий
и других объектов контроля, поступающих от предприятий или с уча-
стков собственного производства.
Операционный контроль — это контроль технологичес-
ких операций или процессов по мере их выполнения или после их завер-
шения. Наиболее современным его видом является активный конт-
роль, который производится непосредственно в процессе изготовления
отливок с помощью измерительных приборов, встроенных в техноло-
гический процесс. Самая совершенная форма организации активного
контроля — создание автоматизированных систем управления техноло-
гическими процессами (АСУТП), которая контролирует все основные
переделы и факторы, влияющие на качество изготовляемых отливок.
Число таких параметров в зависимости от способа и технологии произ-
водства отливок доходит до 200.
Приемочный контроль — это контроль готовых отливок
по завершению всех технологических операций.
В зависимости от полноты охвата (ГОСТ 14.318—84) устанавли-
вает следующие виды технического контроля: сплошной, выборочный,
непрерывный, периодический, летучий.
При сплошном контроле качество продукции устанавли-
вается по результатам проверки всех материалов, операций и отливок.
Этот способ контроля применяют при производстве отливок ответствен-
ного назначения.
207
При выборочном контроле качество всей партии отливок
устанавливается по результатам проверки нескольких, выбранных
наугад заготовок.
Непрерывный контроль предполагает проверку неста-
бильных технологических процессов и осуществляется, как правило,
автоматическими и полуавтоматическими средствами.
При стабильных технологических процессах применяется перио-
дический контроль.
Летучий контроль — периодический внезапный конт-
роль качества отливок, форм, стержней, исходных материалов и т.д.
Правила обеспечения внезапности устанавливаются стандартом пред-
приятия.
В литейных цехах применяют также инспекционный конт-
роль, при котором производятся повторная и выборочная проверки
отливок, принятых ОТК. Эту функцию на большинстве предприятий
выполняют органы Государственной приемки.
Контроль качества в литейном цехе осуществляют мастера и конт-
ролеры ОТК, которые функционально подчинены этому отделу. Анало-
гичные функции, обычно выборочного контроля, выполняют на ряде
предприятий работники Госприемки.
В системе мер повышения качества отливок важная роль принадле-
жит государственной и заводской аттестации. В литейных цехах из года
в год увеличивается число отливок, которым присвоен государственный
Знак качества (по категориям качества высшей и первой).
Качество отливок включает не все свойства отливок, а только те,
которые связаны с возможностью удовлетворения определенных потреб-
ностей в соответствии с назначением отливки. Например, для ряда отли-
вок требуется повышенная твердость, для других — износостойкость,
для третьих — определенная структура и т.д. Важными показателями их
качества являются надежность, технологичность, эстетичность, эконо-
мичность, а также степень стандартизации и унификации.
Контроль изготовления разовых форм и стержней. При машинной
и автоматизированной формовке главными показателями качества
формы является равномерность набивки и плотность, геометрическая
точность размеров, газопроницаемость, податливость и шероховатость
рабочей поверхности. Все эти параметры контролируют визуально, с
помощью приборов, в том числе и автоматически в рамках операци-
онного контроля.
Для получения отливок в песчаных формах, особенно в кокилях,
важное значение имеет использование качественных литейных стержней.
Высокую размерную точность имеют стержни, затвердевание которых
происходит в стержневых ящиках. При изготовлении стержней в нагре-
ваемой оснастке необходимо следить за температурой и продолжитель-
ностью их твердения.
При изготовлении стержней из песчано-смоляных смесей с кислотны-
ми отвердителями и из жидкостекольных смесей с эфиром в качестве
208
отвердителя необходимо систематически контролировать длительность
отверждения, температуру смеси и качество связующих.
Контроль процесса плавки. Качество отливок, их надежность, долго-
вечность и другие заданные свойства в значительной мере определяются
составом и качеством шихтовых материалов и процессом их плавки.
Основную массу отливок изготовляют из чугуна, меньшую из стали
и относительно малую долю из цветных сплавов. Исходя из этого, ниже
рассмотрены основные виды контроля преимущественно чугунных и
частично стальных отливок.
Входной контроль шихтовых материалов. Задачей входного конт-
роля является проверка шихтовых материалов на соответствие требо-
ваниям ГОСТов, а также сертификатами накладным. Химический состав
чугунов литейных коксовых регламентируется ГОСТ 4832—80, чугунов
передельных коксовых — ГОСТ 805—80, чугунов литейных специаль-
ных — ГОСТ 4834—49, чугунов литейных древесноугольных — ГОСТ
4833—49; форросилиций от марки ФС18 до ФС90 по содержанию крем-
ния должен соответствовать ГОСТ 1415—78; ферромарганец доменный
марок Мн5 и Мнб по содержанию марганца должен соответствовать
ГОСТ 4755—80; феррохром — ГОСТ 4757—79. Лом чугунный покупной
категории А, вида 17А и 18А (ГОСТ 2787—75) контролируют по со-
держанию кремния и хрома и должен иметь габаритные размеры не
более 300X200X150 мм. Лом стальной категории А, вида 1А должен
иметь габаритные размеры не более 300X200X150 мм и контролировать-
ся по содержанию кремния и хрома. Флюсы (известковый камень)
должны соответствовать требованиям ТУ 21-Р-С8СР-276— 76, а шпат пла-
виковый — ГОСТ 7618—70.
Плавку литейных сплавов производят в соответствии с технологи-
ческими инструкциями. При плавке чугуна в вагранке контролируют
производительность по массе металлозавалки; массу и максимальные
размеры металлошихты при металлозавалке; массу топливной колоши;
расход кокса в процентах к массе металлозавалки; удельный расход
воздуха в единицу времени и на 1 м2 сечения вагранки; температуру
и состав колошниковых газов; уровень металлической заливки в шахте
печи; температуру чугуна на желобе вагранки или копильника; хими-
ческий состав чугуна (по кремнию, углероду, иногда сере); жидкотеку-
честь, глубину отбела и газосодержание, механические свойства.
При плавке чугуна в индукционных типа ИЧТ и других печах контро-
лируют перечисленные параметры, а также напряжение и силу тока,
потребляемую мощность, расход электроэнергии, состояние тигля,
расход и давление воды.
В обоих случаях производится экспресс-контроль химического
состава чугуна и при необходимости корректировка состава подшихтов-
кой ферросплавов. Для определения углерода часто применяют анализа-
тор АН-29, производительность которого до 1000 анализов за 24 ч. Для
определения содержания кремния, марганца и хрома используют спект-
ральный анализ. Применяют также многоканальный вакуумный фото-
209
электрический специальный прибор модели ДФС-31, который за 2—3 мин
определяет содержание в сплаве углерода, кремния, марганца, хрома,
никеля, серы и фосфора. О влиянии химического состава и модифици-
рования на графитизацию чугуна часто судят по излому клиновой пробы
на отбел.
Температуру расплавов измеряют контактными и бесконтактными
способами. Контактный способ измерения основан на применении тер-
мопар (вольфрам-рений, платинородиевые, хромель-алюмель). Бескон-
тактным способом измеряют температуру оптическими пирометрами.
В промышленности применяют оптические пирометры ОППИР-09 (пре-
дел измерения 1073—2273 К), ОППИР-017 и его модификации ОП-48
(до 3273 К) и ЭОП-51М (до 10273 К). Для непрерывного замера темпе-
ратуры расплава используют оптический преобразователь АПИР-С, кото-
рый может вести измерения в автоматическом режиме.
Контроль качества отливок. Визуальный контроль отливок позво-
ляет обнаружить такие дефекты, как нарушение геометрической формы
отливки, недолив, неспай, различные трещины, пригар, ужимины,
наросты. Шероховатость поверхности отливки должна соответствовать
требованиям ГОСТ 2789—73, а прочностные свойства — ГОСТ 1412—79.
Испытание на растяжение проводят по ГОСТ 1497-73 на образцах
диаметром 20 мм с расчетной длиной 100 мм; на изгиб — по ГОСТ
2055—43, на твердость — по ГОСТ 2055—43. Химический состав сплава
определяют по ГОСТ 22536.0—77 — 22536.13—77, микроструктуру —
по ГОСТ 3443—77. Размеры отливок должны иметь допуски, предусмот-
ренные ГОСТ 26645—85 для чугунных и стальных отливок.
Большинство перечисленных методов испытания связано с полным
или частичным разрушением отливок. Поэтому все шире на практике
применяют методы неразрушающего контроля (МНК). Их подразделяют
на акустические, капиллярные, магнитные, оптические, радиационные,
радиоволновые, тепловые, течеискания и электромагнитные.
Визуально-оптический контроль является первым этапом проверки
качества отливок, при котором на расстоянии 250 мм невооруженным
глазом могут быть определены дефекты размером не менее 0,015 мм.
При использовании лупы, бинокулярного микроскопа, эндоскопа и дру-
гих приборов могут быть определены более мелкие дефекты соответст-
венно кратности увеличения прибора. Например, лупы ЛПК-471, ЛП-1
обеспечивают 7х увеличение; есть лупы и 7—20х увеличением; бино-
кулярные микроскопы БМ-51-2, МБС-2 обеспечивают 8—50х увеличе-
ние. Для контроля удаленных поверхностей отливок необходимо приме-
нять телескопические лупы моделей ЛПШ-474 и ТЛА. Контроль поверх-
ностей отливок, не доступных прямому наблюдению, осуществляют с
помощью эндоскопов — жестких прямых, жестких коленчатых с посто-
янным или изменяющимся углом колена и гибких.
Методы радиационной дефектоскопии основаны на
том, что при прохождении через контролируемый объем ионизированно-
го излучения происходит ослабление его интенсивности. Степень ослабле-
210
ния зависит от толщины и плотности материала объекта. Чем плотнее
и толще материал объекта, тем меньше интенсивность прошедшего через
него излучения. Раковины и различные неметаллические включения
в отливке практически не уменьшают интенсивность прошедшего через
них излучения.
Способы регистрации интенсивности излучения после его проникно-
вения через контролируемый объект подразделяют на три группы:
радиографический, радиоскопический и радиометрический.
При радиографическом способе изображение просвеченной отливки
фокусируется на фотопленке или на ксерографической пластине. Наи-
более почерневшие места на фотопленке показывают в плоскости пло-
щадь и место размещения дефектов. При этом метод регистрации позво-
ляет определить и глубину залегания дефектов (способ съемки отливки
со смещением источника излучения).
По сравнению с пленочным методом ксерография обладает рядом
преимуществ, важнейшими из которых являются быстрота получения
ксерограммы и многократное использование ксерографической пласти-
ны (до 500—2000 экспозиций).
Радиоскопия — метод получения на экране видимого изображения
просвечиваемого объекта; применяют для выявления в отливках рако-
вин, трещин и других дефектов.
Радиометрический контроль основывается на измерении интенсив-
ности излучения объекта с помощью газоразрядных счетчиков или
ионизированных камер.
Существуют различные методы радиационной дефектоскопии в зави-
симости от типа источника ионизирующего излучения. Для контроля
качества отливок применяют рентгенодефектоскопию, гамма-дефекто-
скопию и бетатронную дефектоскопию.
В рентгенодефектоскопии контроль отливок производится на рент-
геновских аппаратах, основным элементом которых является рентгенов-
ская трубка. Чем выше анодное напряжение на трубке, тем выше прони-
кающая способность рентгеновского излучения. Выпускаемая отечест-
венная аппаратура для промышленного просвечивания отливок и других
изделий может иметь напряжение: до 60, 120, 200, 300 и до 400 кВ. Это
позволяет контролировать стальные отливки толщиной от 2 до ПО мм,
алюминиевые — от 40 до 250 мм и магниевые — от 60 до 300 мм.
Гамма-излучение по сравнению с рентгеновским имеет повышенную
проникающую способность. В качестве радиоактивных изотопов исполь-
зуют искусственные радиоактивные вещества — кобальт-60, цезий-37,
иридий—192 и др. Для просвечивания отливок толщиной более 75 мм ре-
комендуется использовать изотоп кобальт-60, для отливок толщиной
15—70 мм — цезий-137 и иридий-192, для отливок толщиной менее
15 мм — европий-152 и тулий-170.
Для гамма-дефектоскопии широко используют аппараты ГУП-1 г-5-2,
ГУП-Со-0,5-1, РИД-41 и др. Аппарат ГУП-Со-0,5-1 позволяет контролиро-
вать отливки из стали с толщиной стенки 50, 110 и 250 мм.
211
следует обходить места загрузки и выгрузки различных грузов и не
стоять под поднятым или перемещаемым грузом;
запрещается переходить железнодорожные пути при закрытом
шлагбауме или на световой (иногда звуковой) сигнал, извещающий
о приближении поезда;
проходя по цеху, оборудованному транспортными средствами
(кранами, авто- и электротележками, тельферами и т.д.), необходимо
быть внимательными к сигналам и гудкам, подаваемым водителями и
крановщиками;
нельзя касаться оголенных проводов, самовольно нажимать пуско-
вые кнопки механизмов, включать и выключать рубильники пуска раз-
личных машин, работа на которых не входит в круг обязанностей;
при движении по цеху необходимо обходить места выдачи в ковш
расплава и заливку его в различные формы;
запрещается брать отливку в руки, предварительно не проверив,
остыла ли она.
Перечисленные требования безопасности являются базовыми для
всех работающих в литейном цехе. Кроме общих для работающих на
производстве разработаны и специальные правила применительно к усло-
виям проведения конкретных работ. Эти сведения поступивший на
работу получает и изучает в цехе в форме первичных и периодически
повторяемых инструктажей.
Первичный инструктаж кокильщика-сборщика заключается в сле-
дующем:
приготовление стержневых смесей из песчано-смоляных смесей
должно производиться согласно требованиям ГОСТ 12.3.024—80;
для очистки и удаления с поверхности стержневых ящиков пыли и
других частиц должны применяться пылеотсасывающие устройства;
сушку и охлаждение стержней необходимо проводить способами,
исключающими вредные выделения (газов, пыли и др.) в рабочую
зону;
вкатывание и выкатывание тележек, предназначенных для сушки
стержней, должно быть механизировано;
покрытие рабочих поверхностей стержня и кокиля противопригар-
ными красками должно проводиться способами, исключающими попа-
дание аэрозолей в воздух рабочей зоны;
рабочее покрытие кокиля перед заливкой должно быть просушено;
транспортирование расплава к местам его заливки в кокили должно
быть механизировано и проводиться по установленным правилам. В от-
дельных случаях допускается ручная переноска расплава в ковшах и
тиглях при ширине проходов не менее 2 м и массе переносимого металла
одним работающим не более 15 кг;
литейные ковши и тигли независимо от их вместимости должны на-
полняться расплавом не более чем на 0,88 высоты их рабочей полости:
недопустимо держать ковш в руках на весу при его заполнении
расплавом;
214
максимальная высота верхнего уровня заливочной чаши над зали-
вочной площадкой не должна превышать 0,7 м;
обрубка должна производиться при температуре отливки, не превы-
шающей 318 К.
В заключение первичного инструктажа рабочего знакомят с требова-
ниями безопасности труда и производственной санитарии. Этот инструк-
таж сопровождается показом и пояснением безопасных способов и при-
емов работы.
К выполнению литейных работ допускаются лица, прошедшие обу-
чение, инструктаж и проверку знаний в соответствии с требованиями
ГОСТ 12.0.004-79, о чем делается соответствующая запись в журнале,
где расписываются инструктируемый и инструктирующий.
После инструктажа новый рабочий получает средства индивидуаль-
ной защиты (спецодежду, очки, головной убор и т.д.), соответствующие
требованиям ГОСТ 12.4.011—75.
Повторный инструктаж обычно проводят через 6 мес, а внеплано-
вый — по мере необходимости при изменении условий работы и наруше-
нии установленных правил безопасности труда. Кроме различных инст-
руктажей для углубления и закрепления знаний по безопасности труда
обычно не реже одного раза в год проводят курсовое обучение по
программе, утвержденной начальником цеха или главным инженером
завода.
Рабочим литейных специальностей выдают инструкции по безопас-
ности труда. Одновременно их вывешивают на рабочих местах. После
окончания инструктажа или обучения организуется аттестация рабочих
по знаниям требований безопасности труда, после чего им выдаются
соответствующие удостоверения.
13.2. ТРЕБОВАНИЯ ЭЛЕКТРО* И ПРОТИВОПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
В ЛИТЕЙНОМ ЦЕХЕ
Электробезопасность труда. Каждый работающий должен знать, что
при прохождении электрического тока через тело человека возможны
электрический удар с поражением внутренних органов и в первую оче-
редь нервных центров, управляющих работой сердца и дыханием; ожоги
электрической дугой и металлизация кожи, а также ушибы и другие
травмы, которые могут произойти при падении человека в момент пора-
жения его током. Степень тяжести зависит от сопротивления тела чело-
века, силы тока, напряжения, рода и частоты тока, продолжительности
его воздействия, индивидуальных свойств организма и пути прохожде-
ния тока через тело человека.
Безопасным для человека считают переменный электрический ток
не более 0,02 А. Электрический ток 0,025—0,03 А является опасным, а
ток более 0,05 А вызывает тяжелое поражение и даже смерть. Человек
может перенести продолжительное воздействие тока до 0,01 А. Ток боль-
шей силы при воздействии до 30 с вызывает поражение.
215
Электробезопасность работающих в литейном цехе обеспечивается
строгим соблюдением следующих правил:
нельзя включать и выключать (кроме аварийных случаев) различ-
ные электропусковые устройства оборудования и механизмов, работа
на которых не входит в круг служебных обязанностей;
запрещается прикасаться к проходящим или оборванным проводам,
электрооборудованию, открывать дверцы панелей и электрошкафов,
которые находятся под напряжением;
перед началом смены необходимо проверить исправность заземле-
ния электрооборудования, инструмента, электроприборов;
категорически запрещается вкллочать в работу электрическое обору-
дование, если на его пусковом щитке вывешено объявление ’’Включать
запрещено” или ’’Включать нельзя, ведутся ремонтные работы”;
для защиты от воздействия тока необходимо применять диэлектри-
ческие перчатки, резиновую обувь, резиновые коврики, инструмент и
приборы с электрической изоляцией.
Доврачебная помощь при поражении электрическим током. Основ-
ным условием успеха при оказании доврачебной помощи пострадавшему
от электрического тока является быстрота действия и умение оказать
помощь.
При поражении электрическим током необходимо прежде всего
как можно быстрее освободить пострадавшего от действия тока, так
как от времени действия тока зависит тяжесть травмы. С этой целью
производят отключение сети соответствующего оборудования или,
пользуясь диэлектрическими перчатками, освобождают пострадавшего
от токоведущих частей, к которым он прикасается. При этом ока-
зывающий помощь не должен сам прикасаться к токоведущим пред-
метам и пострадавшему без применения надлежащих мер предосто-
рожности.
Меры доврачебной помощи зависят от состояния, в котором нахо-
дится пострадавший после освобождения его от электрического тока.
Если пострадавший в сознании, но до этого был в обмороке, или нахо-
дится в бессознательном состоянии, но с сохранившимся устойчивым
дыханием и пульсом, его следует уложить на подстилку из одежды,
расстегнуть одежду, стесняющую дыхание, создать приток свежего воз-
духа, растереть и согреть тело и обеспечить полный покой, удалив посто-
ронних людей. Пострадавшему, находящемуся в бессознательном состоя-
нии, нужно давать нюхать нашатырный спирт, опрыскивать лицо холод-
ной водой.
При возникновении у пострадавшего рвоты необходимо повернуть
его голову и плечи в сторону для удаления рвотной массы.
Если пострадавший, находящийся в бессознательном состоянии,
придет в сознание, ему следует дать выпить 15—20 капель настойки
валерьяны и горячего чая.
Если пострадавший дышит очень редко и судорожно, но у него про-
щупывается пульс, необходимо сразу же сделать искусственное дыхание.
216
При отсутствии дыхания и пульса у пострадавшего из-за резкого
ухудшения кровообращения мозга расширяются зрачки, нарастает
синюшность кожи и слизистых оболочек. В этих случаях помощь должна
быть направлена на восстановление жизненных функций путем искусст-
венного дыхания и наружного (непрямого) массажа сердца.
Известны случаи, когда в результате непрерывного проведения ис-
кусственного дыхания и массажа сердца в течение 3—4 ч, а в отдельных
случаях 10—20 ч пораженные электрическим током были возвращены
к жизни.
Пожарная безопасность — состояние объекта, при котором с установ-
ленной вероятностью исключается возникновение и развитие пожара,
а также предотвращаются воздействия на людей опасных факторов по-
жара и обеспечивается защита материальных ценностей. В этих целях
необходимо прежде всего ограничить хранение горючих веществ, особен-
но легко воспламеняемых жидкостей (ЛВЖ).
В местах работы с ЛВЖ должны быть установлены знаки безопас-
ности по ГОСТ 12.4.026—76. Подача ЛВЖ и вредных веществ в различные
смесители должна быть автоматизирована.
Литейные работы, связанные с опасностью возникновения пожара
и взрыва, должны выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ
12.1.010—76, ГОСТ 12.1.004—76 и ’’Типовых правил пожарной безопас-
ности для промышленных предприятий”, утвержденных ГУПО МВД
СССР.
Технологические процессы литейного производства, связанные с
применением ЛВЖ и вредных веществ, а также с выделением теплоты
и пыли должны производиться на специально оборудованных участках.
Производственные помещения, в которых осуществляются литейные
работы, должны соответствовать требованиям СНиП 11-М.2—72, а нормы
естественного и искусственного освещения — СНиП 11-4—79. Производ-
ственные помещения должны быть оборудованы средствами пожарного
тушения по ГОСТ 12.4.005-74.
Для предотвращения и ликвидации пожаров на предприятиях имеет-
ся служба пожарной охраны; в отдельных министерствах и ведомствах —
ведомственная или военизированная пожарная охрана. Кроме того, в
цехах и подразделениях заводов создаются добровольные пожарные дру-
жины и назначаются ответственные лица за безопасность отдельных
помещений.
Для предотвращения пожара необходимо выполнять следующие
основные правила:
курение разрешается только в специально отведенных местах;
каждое помещение цеха должно оборудоваться автоматической
сигнализацией на случай возникновения пожара, а также в ряде случаев
иметь необходимый инвентарь и средства для тушения пожара силами
добровольной пожарной дружины и другими работниками;
запрещается оставлять около плавильных и нагревательных печей
ЛВЖ и баллоны с газом;
217
нельзя оставлять рядом с горючими материалами и в деревянных
ящиках промасленную ветошь и тряпки, которые могут самовоспламе-
ниться;
не допускается хранить в большом количестве каменноугольную
пыль, которая склонна к постепенному самонагреванию и последующе-
му самовоспламенению;
особую осторожность необходимо проявлять при изготовлении отли-
вок из магниевых сплавов, которые всегда являются источником повы-
шенной пожароопасности.
При тушении пожара в зависимости от горящего материала исполь-
зуют различные средства. Для тушения дерева, угля используют ком-
пактные струи воды, а распыленную воду - для тушения горячих жид-
костей с температурой вспышки выше 318 К. Углекислый газ из огне-
тушителей типа ОУ рекомендуется применять для тушения твердых
материалов, ЛВЖ, электроаппаратуры и электродвигателей, находящих-
ся под напряжением. Тушение магния, натрия, калия, селитры и ацетона
нельзя производить огнетушителями типа ОП.
13.3. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Литейный цех является источником больших тепловыделений, раз-
личных газов, пыли, вредных химических соединений, отработанных
формовочных материалов, шлаков, загрязненной воды и т.д.
Содержание в воздухе рабочих помещений вредных паров, газов
и пыли, пожаровзрывоопасных веществ и условия микроклимата систе-
матически контролируется службами предприятия в соответствии с тре-
бованиями ГОСТ 12.3.027-81.
Контроль состояния воздушной среды производится по ГОСТ
12.1.005—86, 12.1.014—79, 12.1.016—79 и Методическим рекомендациям,
утвержденным Министерством здравоохранения СССР.
Поступающие в литейный цех шихтовые и формовочные материалы
должны иметь токсилогическую характеристику.
Для удаления масла и других ЛВЖ металлическая стружка должна
подвергаться подогреву и сушке.
Разделка материалов (лигатур, флюсов и т.п.), содержащих
вредные компоненты, должна быть автоматизирована или механизи-
рована.
Варка жидкого стекла из твердого силикатного материала должна
проводиться в специальных автоклавах и осуществляться в изолирован-
ных помещениях.
Отработанные формовочные to стержневые смеси подлежат регенера-
ции или вывозятся в отвал.
Отработанные смеси, содержащие вредные вещества, при невозмож-
ности или нецелесообразности их нейтрализации и регенерации должны
218
быть захоронены в соответствии с ’’Санитарными правилами проектиро-
вания, строительства и эксплуатации полигонов захоронения неутили-
зируемых промышленных отходов № 1746—77, утвержденными Мини-
стерством здравоохранения СССР”.
Литейные цехи должны иметь общую приточно-вытяжную вентиля-
цию, а участки по переделам (заливка расплава, выбивка отливок, очи-
стка и грунтование отливок и др.) должны быть оборудованы вытяжной
вентиляцией с устройством боковых пылеприемников, решеток в полу
или верстаке.
Работы в СССР по охране окружающей среды применительно к
литейному производству ведутся в направлении уменьшения токсич-
ности используемых материалов, сокращения выбросов в атмосферу
различных вредных газов, очистки и вторичного использования стоков
промышленных вод, уменьшения и более полного использования отхо-
дов производства. Например, для реконструируемых и вновь построен-
ных литейных цехов и центролитов предусматривается процесс плавки
только в электрических плавильных агрегатах. Для плавки чугуна
взамен вагранок, которые сильно загрязняют атмосферу, используют
индукционные плавильные печи промышленной частоты ИЧТ6, ИЧТ10
и более мощные. Там, где по ряду причин невозможно в реконструи-
руемом цехе поставить электрические плавильные агрегаты для плавки
чугуна, открытые вагранки заменяют закрытыми с рекуперацией тепло-
ты отходящих газов, с дожиганием и очисткой их.
Различные агрегаты, работающие на твердом или жидком топливе,
заменяются на электрические или переводятся на использование при-
родного газа.
Повсеместно внедряется оборотное водоснабжение, а сбрасываемая
в водоемы вода проходит тщательную очистку вплоть до биологической.
Существенно загрязняют воздух в цехе и за его пределами продукты
горения различных связующих в формовочных и стержневых смесях
и особенно ХТС. Для изготовления ХТС начинают применяться менее
токсичные связующие. Отработанные формовочные и стержневые смеси
после регенерации используют многократно, а некоторую их часть
вместо отвала применяют на строительстве дорог и для изготовления
кирпича.
В настоящее время повсеместно внедряется в производство безот-
ходная или малоотходная технология изготовления отливок различными
способами, в том числе и в кокили.
Большие тепловыделения при плавке сплавов и охлаждении отливок
в ряде мест утилизируются и используются для теплоснабжения соот-
ветствующих производств.
Новые литейные предприятия, как правило, выносятся за пределы
населенных пунктов, размещаются с учетом розы господствующих
ветров и отделяются от жилых массивов широкими полосами лесонасаж-
дений.
219
Контрольные вопросы
1. Назовите основные правила безопасного передвижения по территории
предприятия.
2. Рассмотрите виды и порядок проведения инструктажей по безопасности
труда.
3. Какие необходимо соблюдать требования безопасности труда при выпол-
нении литейных работ согласно ГОСТ 12.3.027—81?
4. Какие требования электробезопасности и пожарной безопасности должны
соблюдаться в литейном цехе?
5. Какие мероприятия по охране окружающей среды проводятся в литейном
цехе?
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Абрамов Г.Г. Справочник молодого литейщика. М., 1983.
Высококачественные чугуны для отливок / В.С. Шумихин, В.П. Кутузов,
АИ. Храмченко и др. / Под ред. Н.Н. Александрова. М., 1982.
Грачев В.А., Расулов С.А. Получение высококачественных чугунов для
отливок. Ташкент, 1983.
Литейное производство / А.М. Михайлов. Б.В. Бауман, Б.Н. Благов и др. / Под
ред. А.М. Михайлова. М., 1987.
Озеров В. А., Мукурина А.С., Сосненко М.Н. Основы литейного
производства. М., 1987.
Петриченко А.М., Померанцев А.А., Парфенов В.В. Термо-
стойкость литейных форм. М., 1982.
Сафронов В. Я. Справочник по литейному оборудованию. М., 1985.
С в я т к и н Б.К. Литье в кокили. М., 1984.
Шульте Ю.А. Производство отливок из стали. Киев, Донецк. Вища школа.
Головное издательство, 1983.
♦i
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................................. 3
1. Краткие сведения о производстве отливок в разовых песчаных формах 5
1.1. Основы разработки литейной технологии......................... 5
1.2. Модельный комплект и его элементы............................. 7
1.3. Основные и вспомогательные формовочные материалы и смеси.... 10
1.4. Изготовление литейных стержней и форм........................ 16
1.5. Завершающие пределы изготовления отливок..................... 21
1.6. Роботизированные комплексы для литейного производства........ 25
2. Специальные способы литья........................................ 28
2.1. Литье по выплавляемым и выжигаемым моделям................... 28
2.2. Литье в оболочковые формы.................................... 34
2.3. Литье по газифицируемым литейным моделям..................... 37
2.4. Литье под давлением ......................................... 39
2.5. Литье под низким давлением................................... 44
2.6. Центробежное литье........................................... 47
2.7. Литье с кристаллизацией под давлением ....................... 48
2.8. Непрерывное и полунепрерывное литье.......................... 49
2.9. Понятие о других специальных способах литья.................. 52
3. Общие сведения о производстве отливок в кокили................... 53
3.1. Краткая история возникновения и развития литья в кокили...... 53
3.2. Область применения кокильных отливок......................... 54
3.3. Достоинства и технико-экономические показатели производства отли-
вок в кокили...................................................... 55
4. Кокили .......................................................... 58
4.1. Технические требования к конструкции и материалу кокилей.... 58
4.2. Классификация кокилей........................................ 61
4.3. Литниковая система кокиля и ее элементы...................... 65
4.4. Система вентиляции кокиля.................................... 68
4.5. Режим и способы подогрева кокиля............................. 69
4.6. Система охлаждения кокиля.................................... 71
4.7. Механизмы для запирания кокиля............................... 74
4.8. Вспомогательные конструктивные элементы кокиля............... 75
4.9. Требования к материалам кокиля............................... 75
4.10. Виды и факторы разрушений кокиля ........................... 76
4.11. Профилактика, ремонт и хранение кокиля...................... 78
5. Литейные стержни................................................. 79
5.1. Разновидности литейных стержней.............................. 79
5.2. Требования, предъявляемые к стержню.......................... 82
5.3. Элементы песчаного стержня и процессы его изготовления....... 83
221
5.4. Металлические многократные и разовые стержни................. 91
5.5. Устройства и механизмы для извлечения металлических стержней . . 95
6. Выбор и расчет литниковой системы кокиля ........................ 97
6.1. Способы подвода расплава..................................... 97
6.2. Выбор литниковой системы.................................... 100
6.3. Расчет размеров литниковой системы.......................... 101
7. Основы конструирования кокиля................................... 107
7.1. Разработка конструкции отливки по чертежу детали............ 107
7.2. Выбор плоскости разъема и положения отливки в кокиле ....... 111
7.3. Определение числа отливок, изготовляемых в одном кокиле.... 114
7.4. Выбор и расчет толщины стенок кокиля и ребер жесткости...... 114
7.5. Конструирование наружных контуров кокиля и знаков для установ-
ки литейных стержней............................................ 116
7.6. Размещение вентиляционных каналов в кокиле.................. 117
7.7. Конструирование различных элементов кокиля.................. 118
7.8. Примеры конструкций кокиля.................................. 119
7.9. Изготовление кокиля......................................... 123
8. Технология производства отливок в кокили ....................... 124
8.1. Стойкость кокиля и методы ее повышения...................... 124
8.2. Правила подготовки кокиля к работе.......................... 127
8.3. Защитные покрытия рабочих поверхностей кокиля............... 129
8.4. Правила ввода в эксплуатацию нового кокиля.................. 131
8.5. Общие сведения о литейных сплавах........................... 131
8.6. Производство отливок из стали............................... 134
8.7. Производство отливок из чугуна.............................. 140
8.8. Производство отливок из алюминиевых сплавов . .............. 148
8.9. Производство отливок из магниевых сплавов................... 152
8.10. Производство отливок из медных сплавов..................... 155
9. Гидравлические и пневматические приводы кокильных машин......... 157
9.1. Механика жидкостей и газов.................................. 157
9.2. Гидравлический привод....................................... 161
9.3. Пневматический привод....................................... 163
9.4. Исполнительные механизмы.................................... 164
10. Кокильные машины и механизмы для их обслуживания................ 166
10.1. Классификация кокильных машин, автоматов и комплексов..... 166
10.2. Кокильные машины........................................... 166
10.3. Зарубежные стационарные кокильные машины................... 176
10.4. Механизмы и устройства для обслуживания кокильных машин ... 179
10.5. Правила эксплуатации кокильных машин....................... 185
11. Комплексно-механизированные и автоматизированные кокильные линии
и комплексы........................................................ 187
11.1. Комплексно-механизированные линии для производства отливок
в кокили......................................................... 187
11.2. Автоматические линии для изготовления отливок в облицованных
кокилях.......................................................... 190
11.3. Комплексы автоматизированные для изготовления отливок в
кокили ................................................... 193
12. Сведения о стандартизации и качестве отливок.................... 200
12.1 Сведения о стандартизации................................... 200
222
12.2. Дефекты отливок........................................... 202
12.3. Организация технического контроля......................... 206
13. Безопасность труда в литейном производстве и охрана окружающей
среды.............................................................. 213
13.1. Требования безопасности на территории предприятия и литейного
цеха .......................................................... 213
13.2. Требования электро- и противопожарной безопасности в литейном
цехе........................................................... 215
13.3. Охрана окружающей среды................................... 218
Список рекомендуемой литературы.................................... 220
Учебное издание
Святкин Борис Константинович
Егорова Марина Борисовна
ПРОИЗВОДСТВО
отливок
в кокили
Редактор Г.В. Садыков
Младший редактор О.В. Каткова
Художник В.В. Гарбузов
Художественный редактор В.А. Щербаков
Технические редакторы КВ. Фельдман, Л.Ф. Попова
Корректор Г.А. Чечеткина
Оператор Г.А. Шестакова
ИБ № 7631
Изд. № М-392. Сдано в набор 13.01.89. Подп. в
печать 20.06.89. Формат 60*881/16. Бум. оф-
сетная № 2. Гарнитура Пресс-Роман. Печать
офсетная. Объем 13,72 усл. печ. л. 13,97 усл.
кр.-отт. 15,00 уч-.изд. л. Тираж 8050 экз. Зак.
№1613. Цена 40 коп.
Издательство ’’Высшая школа”, 101430, Моск-
ва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14.
Набрано на наборно-пишущих машинах изда-
тельства.
Отпечатано в Московской типографии № 8
Государственного комитета СССР до печати,
101898, Москва, Центр, Хохловский пер., 7.