Литье в кокиль

 

Содержание

Введение 3

1.Литьё как отрасль промышленности 4

2. Специальные виды литья 4

3.  Преимущество и проблема литья в кокиль 4

Заключение

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Введение

 

Начало возникновения литья в кокили относят к периоду становления на территории Северного Причерноморья Скифии. Народы этой страны около 2,5 тыс. лет тому назад уже умели изготовлять в кокилях наконечники стрел. Опыт скифского литья в кокили был утрачен и возрожден в России лишь в XVII в. С этого периода происходило развитие кокильного литья. Однако практически до конца двадцатых годов XX столетия для получения отливок использовали простые ручные вытряхные  кокили, которые устанавливали на подставки и простейшие по конструкции ручные станки. Позднее стали создавать кокильные машины с пневматическими и гидравлическими приводами.

В послевоенный период в  СССР и за рубежом началось создание простейших вертикально и горизонтально  замкнутых кокильных конвейеров, на которых устанавливали ручные и реже механизированные вытряхные (иногда разъемные) кокили. На этих конвейерах очистка рабочих поверхностей кокилей от краски и ее нанесение, простановка в кокили стержней, поворот вытряхного кокиля (или размыкание и смыкание разъемного кокиля), удаление из кокиля отливки в основном производились вручную.

В СССР и других странах производилось одно- и многопозиционные кокильные машины, а также комплексно-механизированные и автоматические линии по производству отливок из черных и цветных сплавов. На всех машинах и линиях последних лет выпуска операции по смыканию и размыканию (или перевороту) кокиля, простановке и удалению металлических стержней, нанесению на рабочие поверхности кокиля теплоизоляционных покрытий, подогреву до заданной температуры кокилей, удалению отливок из кокилей механизированы или автоматизированы. Для механизации вспомогательных операций в составе кокильных машин и линий начинают применять промышленные манипуляторы (роботы).

Наличие у роботов запоминающих устройств позволяет после пробного выполнения определенных операций перейти  на режим самостоятельного управления с помощью информации, хранящейся в запоминающем устройстве.

В практике кокильного литья  начинают применять механизированную и автоматизированную заливку расплавов  в кокиле. Для этих целей используют различные автоматические дозаторы и заливочные установки.

 

1. Литьё как  отрасль промышленности

 

Литейное производство — отрасль промышленности, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали).

При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии  сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Литьем получают разнообразные  конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5—500 мм. Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

Всякое производство, в  том числе и литейное, характеризуется  трудоемкостью и номенклатурой выпускаемой продукции. Различают следующие основные типы литейного производства: единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется выпуском в небольших количествах самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок может периодически повторяться.

Серийное производство характеризуется периодичным выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями.

Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов. Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных приспособлений.

 

     2. Специальные виды литья

 Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям.

 Литье по выплавляемым моделям  применяют при производстве отливок  очень сложной конфигурации из  любых литейных сплавов, в том  числе из высоколегированных  сталей, имеющих высокую температуру  плавления и трудно поддающихся  механической обработке и ковке.  Этим способом можно получать  отливки массой 0,02... 100 кг, с толщиной  стенок до 0,5 мм и отверстиями диаметром до 2 мм.  
Изготовление отливок литьем в оболочковые формы  
Сущность заключается в том, что разовую литейную форму изготовляют в виде оболочки, используя для формовочной смеси в качестве связующего материала фенольные термореактивные смолы, прочно цементирующие мелкий кварцевый песок, являющийся наполнителем. Изготовление оболочковой формы исключает потребность в опоках, резко снижает расход формовочной смеси, легко механизируется и автоматизируется. Использование формовочной смеси, состоящей из 92...95 % мелкого кварцевого, магнезитового или циркониевого песка и 4...6 % термореактивной фенолформальдегидной смолы, обеспечивает малую шероховатость поверхности и более высокую точность отливок (5...8 класса), чем изготовленных в песчаноглинистых формах, так как оболочка твердеет на модели и сохраняет ее размеры.  
Литье в оболочковые формы применяют в крупносерийном и массовом производствах при получении ответственных фасонных мелких и средних отливок из различных сплавов.  
Изготовление отливок в металлических формах  
Сущность заключается в том, что вместо разовой песчано-глинистой используют металлическую форму, называемую кокилем. Обладая по сравнению с песчано-глинистыми формами приблизительно в 60 раз более высокой теплопроводностью, кокиль обеспечивает мелкозернистую структуру отливок, что повышает их прочность. При кокильном литье отпадает необходимость в модельно-опочной оснастке, в формовочных и стержневых смесях, что не только дает большую экономию, но и снижает количество пыли и улучшает санитарные условия труда; повышается точность и чистота поверхности отливки; обслуживание кокилей не требует рабочих высокой квалификации; значительно повышается производительность и уменьшаются необходимые производственные площади. Технологический процесс кокильного литья можно легко механизировать. Механизированные кокили имеют устройство, позволяющее закрывать и раскрывать их от пневматического или гидравлического привода. При массовом производстве несколько кокильных машин устанавливают на вращающиеся карусели, поворачивающиеся на необходимый угол через определенное время, за которое производится заливка кокиля.  
Наряду с преимуществами у кокильного литья есть и недостатки: высокая стоимость кокилей позволяет использовать их только в серийном и массовом производствах; опасность образования трещин в отливках из-за неподатливости металлического кокиля; чугунные отливки в кокиле получают отбеленными и требуют длительного отжига, что удорожает их производство.  
Кокильное литье применяют в условиях крупносерийного и массового производства при изготовлении несложных по конфигурации отливок с толщиной стенок 3...100 мм из чугуна, стали и цветных металлов.  
Изготовление отливок литьем под давлением  
Сущность состоит в том, что жидким металлом принудительно заполняют металлическую пресс-форму под давлением, которое поддерживают до полной кристаллизации отливки. Давление обеспечивает быстрое и хорошее заполнение формы, высокую точность и малую шероховатость поверхности отливки. Принудительное питание отливки жидким металлов исключает возможность образования усадочных раковин, пористости и не требует установки прибылей. Ускоренная кристаллизация металла в металлической пресс-форме под давлением обусловливает образование мелкозернистой структуры. Благодаря внешнему давлению растворенные в металле газы остаются в твердом растворе, что снижает газовую пористость металла. Отливки, полученные этим методом, как правило, не имеют припусков на механическую обработку и после удаления из формы являются готовыми деталями. Литьем под давлением можно получать отливки с толщиной стенки до 0,5 мм, сложной конфигурации и с отверстиями диаметром до 1 мм.  
Высокая стоимость пресс-форм, имеющих сложную конфигурацию и требующих высокой точности изготовления, обусловливает целесообразность применения литья под давлением только в крупносерийном и массовом производствах тонкостенных отливок достаточно сложной конфигурации из сплавов цветных металлов массой до 50 кг.  
Изготовление отливок центробежным литьем  
Сущность состоит в том, что жидкий металл заливают во вращающуюся с определенной скоростью литейную форму. Она вращается в течение всего времени кристаллизации металла отливки. При этом металл центробежной силой прижимается к стенкам формы, что обеспечивает получение плотных, с повышенной прочностью отливок, так как газы и шлак, обладающие меньшей плотностью в результате сепарации, вытесняются во внутренние полости отливки и затем их удаляют механической обработкой.  
Ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной и наклонной. Если диаметр отливки значительно меньше ее длины (трубы, гильзы, втулки), то ось вращения формы размещают горизонтально. Если же диаметр отливки больше, чем ее высота (колеса, шкивы, шестерни), то ось вращения располагают вертикально. В обоих случаях ось отливки совпадает с осью вращения формы и внутренняя полость получается без стержней, а толщина стенки отливки определяется количеством заливаемого металла. Этот способ используют при изготовлении отливок, имеющих форму тела вращения. При изготовлении мелких фасонных  
отливок ось вращения формы может не совпадать с осью отливки. В этом случае внутренние полости образуют с помощью стержней, а металл заливают в центральный общий литник, из которого по радиально расположенным питателям он попадает в полость формы. Такой способ называется центрифугированием.  
Использование высокопроизводительных центробежных установок, отсутствие стержней и работ, связанных с их производством, намного повышает производительность труда, а отсутствие литниковой системы и прибылей значительно экономит металл.  
Центробежное литье применяют в массовом, серийном и единичном производстве отливок из различных сплавов в металлических и песчаных формах. Этим способом отливают трубы, цилиндровые втулки, гильзы автотракторных двигателей, заготовки для поршневых колец, шестерни, шкивы, орудийные стволы, а также получают двухслойные (биметаллические) отливки, поочередно заливая форму различными сплавами. Центробежный способ получения литых чугунных труб является самым распространенным.  В труболитейных цехах успешно эксплуатируют линии центробежного литья чугунных труб диаметром 80...125, 100...150 и 200...300 мм с автоматическими установками для изготовления стержней раструба. Поверхность труб при этом получается отбеленной, и возникают начительные внутренние напряжения. Поэтому после удаления из формы трубы отжигают при температуре 850...920 °С.

      3.  Преимущество и проблема литья в кокиль

 

Кокиль - металлическая форма, которая заполняется расплавом  под действием гравитационных сил, обладающая по сравнению с песчаной значительно большей теплопроводностью, теплоемкостью, прочностью, практически нулевыми газопроницаемостью и газотворностью, может быть использован многократно. Таким образом, сущность литья в кокили состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм, металлические части которых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки.

Эти свойства материала кокиля обусловливают рассмотренные ниже особенности его взаимодействия с металлом отливки. 1. Высокая эффективность  теплового взаимодействия между  отливкой и формой: расплав и затвердевающая отливка охлаждаются в кокиле быстрее, чем в песчаной форме, т.е. при одинаковых гидростатическом напоре и температуре заливаемого расплава заполняемость кокиля обычно хуже, чем песчаной формы. Это осложняет получение в кокилях отливок из сплавов с пониженной жидкотекучестью и ограничивает минимальную толщину стенок и размеры отливок. Вместе с тем повышенная скорость охлаждения способствует получению плотных отливок с мелкозернистой структурой, что повышает прочность и пластичность металла отливок. Однако в отливках из чугуна, получаемых в кокилях, вследствие особенностей кристаллизации часто образуются карбиды, ферритографитная эвтектика, отрицательно влияющие на свойства чугуна: снижается ударная вязкость, износостойкость, резко возрастает твердость в отбеленном поверхностном слое, что затрудняет обработку резанием таких отливок и приводит к необходимости подвергать их термической обработке (отжигу) для устранения отбела. 2. Кокиль практически неподатлив у более интенсивно препятствует усадке отливки, что затрудняет извлечение ее из формы, может вызвать появление внутренних напряжений, коробление и трещины в отливке. Однако размеры рабочей полости кокиля могут быть выполнены значительно точнее, чем песчаной формы. При литье в кокиль отсутствуют погрешности, вызываемые расталкиванием модели, упругими и остаточными деформациями песчаной формы, снижающими точность ее рабочей полости и соответственно отливки. Поэтому отливки в кокилях получаются более точными. Точность отливок в кокилях обычно соответствует 12 - 15-ам квалитетам по СТ СЭВ 145 - 75. При этом точность по 12-му квалитету возможна для размеров, расположенных в одной части формы. Точность размеров, расположенных в двух и более частях формы, а также оформляемых подвижными частями формы, ниже. Коэффициент точности отливок по массе достигает 0.71, что обеспечивает возможность уменьшения припусков на обработку резанием. 3. Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля минимально, что способствует повышению качества поверхности отливки. Отливки в кокиль не имеют пригара. Шероховатость поверхности отливок определяется составами облицовок и красок, наносимых на поверхность рабочей полости формы, и соответствует Rz=80-18 мкм, но может быть и меньше. 4. Кокиль практически газонепроницаем, но и газотворность его минимальна и определяется в основном составами огнеупорных покрытий, наносимых на поверхность рабочей полости. Однако газовые раковины в кокильных отливках - явление не редкое. Причины их появления различны, но в любом случае расположение отливки в форме, способ подвода расплава и вентиляционная система должны обеспечивать удаление воздуха и газов из кокиля при заливке. Эффективность производства и область применения. Эффективность производства отливок в кокилъ, как, впрочем, и других способов литья, зависит от того, насколько полно и правильно инженер-литейщик использует преимущества этого процесса, учитывает его особенности и недостатки в условиях конкретного производства. Ниже приведены преимущества литья в кокиль на основе производственного опыта.

1. Повышение производительности  труда в результате исключения  трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок от  пригара. Поэтому использование  литья в кокили, по данным различных предприятий, позволяет в 2 - 3 раза повысить производительность труда в литейном цехе, снизить капитальные затраты при строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счет сокращения требуемых производственных площадей, расходов на оборудование, очистные сооружения, увеличить съем отливок с 1 м2 площади цеха. 2. Повышение качества отливки, обусловленное использованием металлической формы, повышение стабильности показателей качества: механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров отливок. 3. Устранение или уменьшение объема вредных для здоровья операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей Среды. 4. Механизация и автоматизация процесса изготовления отливки, обусловленная многократностью использования кокиля. Для получения отливок заданного качества легче осуществить автоматическое регулирование технологических параметров процесса. Автоматизация процесса позволяет улучшить качество отливок, повысить эффективность производства, изменить характер труда литейщика-оператора, управляющего работой таких комплексов.

 Недостатки литья в  кокиль: 1. Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его  изготовления. 2. Ограниченная стойкость  кокиля, измеряемая числом годных  отливок, которые можно получить  в данном кокиле. От стойкости  кокиля зависит экономическая  эффективность процесса. 3. Сложность  получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы - делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни. 4. Неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам. Этот способ литья применяют как правило в серийных и массовых производствах. Эффективность литья в кокиль обычно определяют в сравнении с литьем в песчаные формы. Экономический эффект достигается благодаря устранению формовочной смеси, повышению качества отливок, их точности, уменьшению припусков на обработку, снижению трудоемкости очистки и обдувки отливок, механизации и автоматизации основных операций и, как следствие, повышению производительности и улучшению условий труда. Литье в кокиль следует отнести к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду

Заключение

 Литье в кокиль является  одним из наиболее широко применяемых  видов литья в настоящее время.  Из-за автоматизации технологического  процесса, литье в кокиль становится  наиболее экономически выгодным  при изготовлении больших партий  отливок или начале серийного  производство конкретной детали. Поэтому быстрыми темпами развиваются специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное, под давлением, центробежное и другие, позволяющие получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности.

Литература

Дорошенко С.П. Комовник Т.Ч., Макаревич А.П. Литейное производство: Введение в специальность – Киев: Вища школа, 1987 -182 с. Ладыжский Б.Н., Орешкин В.Д., Сухарчук Ю.С. Литейное производство – Москва: Машиностроение, 1953 – 207 с.

Специальные способы литья [Текст] : Справочник / Г. А. Анисович, В. Н. Бабаич, Г. А. Балахонцев ; под ред. В. А. Ефимова. - М. : Машиностроение, 1991. - 436 с. : ил. ; 21см.

1. Дронов В.П., В.П.Максаковский, В.Я.Ром, Экономическая и социальная география" "Просвещение" М.2001

2. Кистанова В.В. и Копылова Н.В.,"Размещения производственных сил" под редакцией М.2002

3. Лавров С.Б. Глобальная география.  М., 2003;

4. Лаврищев А.Н."Экономическая  география СССР, "Экономика"  М.2000

5. Максаковский В.П. География. Учебник. М., 2002;

6. Родионова И.А., Бунакова Т.М. Экономическая география: Учебное пособие. - М., 2001.

7. Хрущев А.Т., "География промышленности  СССР" "Высшая школа" М.2000

8. Хачатурова Т.С "Экономика природопользования" под редакцией ., М.2001.

1. Рубцов Н.Н.  Специальные виды литья. М.: Машгиз, 1955. 331с.

2. Ю. А. Степанов, и др. Технология литейного производства. М. «Машиностроение», 1983., 283 с.

3. Г. А. Прейс, Н. А. Сологуб, И. А. Рожнецкий и др. Технология конструкционных материалов. К.: Выща шк.,1991. 391с.

4. Технология важнейших  отраслей промышленности. Под ред.  А. М. Гинберга, М.: Высшая шк., 1985. 496с.

5. Технология конструкционных  материалов. Под общей ред. А.  М. Дальского. М.: «Машиностроение», 1992, 448с.