Классификация и конструкция кокилей

Существующие кокили классифицируют следующим образом:

– по расположению поверхности разъема – на неразъемные, с вертикальной, горизонтальной и сложной плоскостью разъема;

– числу рабочих полостей (гнезд) – одноместные для крупных отливок и многоместные – для небольших отливок;

– способу охлаждения – воздушное (естественное и принудительное), жидкостное (водяное, масляное) и комбинированное;

– материалу кокиля – стальные, чугунные, медные, из алюминиевых сплавов;

– степени механизации – ручные, механизированные и автоматизированные.

Конструктивные элементы кокиля рассмотрены на примере разъемного кокиля (рис. 5.1). Разъемные кокили состоят из двух полуформ 1, которые фиксируются направляющими штырями 3. Половины форм соединяют замками 2. Отверстия или внутренние полости в отливках получают с помощью металлических 5 или песчаных 9 стержней. Заливка металла в рабочую полость формы осуществляется по каналам литниковой системы, включающей в себя литниковую чашу 7, стояк 4 и питатели 11. Для питания массивных частей отливки и предотвращения образования усадочных раковин в теле отливки в форме предусмотрены открытые 10 и закрытые 12 прибыли. Для отвода из рабочей полости формы воздуха и выделяющихся из расплава газов предусмотрены выпоры 8 и специальные вентиляционные каналы.

Рис. 5.1. Конструкция разъемного кокиля

Изготовляют кокили из отливок и поковок серого, высокопрочного чугуна, стали, а также из сплавов цветных металлов с последующей механической обработкой или без нее.

Размеры формообразующей полости должны назначаться с учетом усадки литейного сплава при затвердевании и расширении материала кокиля при нагреве.

Перед заливкой металла на рабочую полость формы наносят огнеупорное покрытие, облицовку, краску, состав которых зависит от заливаемого в форму сплава.

Огнеупорные покрытия наносятся для того, чтобы повысить срок службы кокиля, предохранить его от разъедания расплавлен­ным металлом, предотвратить приваривание металла к кокилю, регули­ровать время затвердевания различных частей отливки и облегчить ее извлечение из формы.

В качестве огнеупорных материалов используют пылевидный кварц, шамотный порошок, окислы и карбиды металлов, огнеупорные глины, тальк, асбест. Связующим при этом служит жидкое стекло. Хорошее прилипание облицовки к поверхности металлической формы обеспечивается за счет применения активаторов – буры, борной кислоты, кремнефтористого натрия и др. Хорошая чистота поверх­ности отливки достигается за счет нанесения на поверхность фор­мы слоя краски, состоящей из тех же компонентов, что и облицовка.

При производстве стальных и чугунных отливок кокиля обли­цовывают слоем плакированной песчаной смеси, отверждаемой при нагреве (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Получение отливки в облицованном кокиле:

а – формирование отливки; б – облицованный
полукокиль; в – заливка металла; г – отливка

Для этого в зазор между нагретой плитой с моделью 2 и кокилем 1 (рис. 5.2) вдувается песчано-смоляная смесь 3, которая под воздействием выделяемого моделью тепла затвердевает. Толщина облицовки составляет 5...8 мм.

Отвердевшую оболочку с полукокилем снимают с модели. Аналогичным способом изготовляют вторую половину облицованного кокиля, затем их собирают и заливают металлом. После охлаждения отливку 5 извлекают из формы, а облицовочный слой удаляют с рабочей поверхности кокиля путем дробеструйной обработки.

Заливка кокилей металлом осуществляется по каналам литниковой системы, которая должна обеспечивать спокойное (без брызг) поступление расплава в форму, улавливание инородных частиц, получение плотной отливки.

При этом используют пять типов литниковых систем, которые отличаются по способу подвода металла (рис. 5.3): с верхним, нижним, боковым подводом, а также комбинированные литниковые и ярусные системы; по гидродинамическому признаку литниковые системы подразделяются на сужающиеся, если самым узким сечением является сечение питателя, и расширяющиеся, где узкое место сечения – сечение стояка.

Рис. 5.3. Типы литниковых систем: а – верхняя; б – нижняя;
в – боковая; г – комбинированная; д – ярусная

Обычно литниковая система состит из чаши, стояка, коллек­тора, шлакоуловителя, питателя, прибыли и выпора. Прибыль и вы­пор необходимы также для удаления из кокиля воздуха и газов. Перед заливкой металла кокили нагревают, для того чтобы снизить термические напряжения в его стенках, повысить жидкотекучесть сплава и возможность получения качественных отливок.

Температура нагрева форм перед заливкой чугуна составляет 200...400 °С, стали – 150...300 °С, алюминиевых сплавов 200...400 °С и магниевых – 250...360 °С.