ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к

Лабораторной работе № 5

Литье в кокиль

по дисциплине

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Направление подготовки:

Специальность:

Формы обучения очная

Тула 2010 г.

Методические указания к лабораторным работам составлены доцентом С. К. Захаровым и обсуждены на заседании кафедры СЛиТКМмеханико-технологического факультета

Протокол № 1 от « 31 » августа 2010 г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СЛиТКМ механико-технологического факультета,

протокол №___ от « » ____________________________ 20___ г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучение технологического процесса получения отливок из алюминиевых сплавов в металлических формах (кокилях).

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Литье в кокиль - это технологический процесс производства отливок в постоянных металлических формах, заполняемых под действием силы тяжести расплавленного металла (рис. 1).

Рис. 1. Схема кокиля с вертикальным разъемом для отливки поршня автомобильного двигателя: 1 - левая половина кокиля; 2 - боковые куски вертикального металлического стержня; 3 - средний клин вертикального стержня; 4 - правая половина кокиля; 5 - полость формы (отливка); 6- горизонтальные металлические стержни для отверстий под палец

Кокили изготовляют из чугуна, стали, алюминиевых сплавов. Рабочие поверхности кокилей из алюминиевых сплавов часто подвергают анодированию, то есть покрывают электролитическим путем тонким слоем окиси алюминия для повышения их стойкости.

Литье в кокиль является одним из наиболее прогрессивных способов литейного производства. Оно широко применяется и в массовом производстве отливок из алюминиевых, магниевых, медных сплавов, чугуна и стали.

Литье в кокиль имеет следующие преимущества по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы:

1. Высокую плотность отливок, обеспечивающую их гидро- и пневмопрочность.

2. Возможность получения плотных отливок из сплавов со сравнительно широким температурным интервалом кристаллизации.

3. Более высокие механические свойства отливок ( s_в , НВ и d повышаются на 15 - 30 %).

4. Большую точность размеров и чистоту поверхности отливок.

5. Экономию 40 - 50 % металла за счет снижения припусков на механическую обработку.

6. Повышение в 4 - 5 раз производительности труда.

7. Повышение съема годного с единицы производственной площади.

8. Значительную экономию или полное прекращение потребления формовочных и стержневых смесей.

9. Более высокую степень механизации и автоматизации технологического процесса.

10. Улучшение условий работы и общего санитарного состояния производства.

11. Снижение себестоимости изготовления отливок.

Литье в кокиль является одним из основных способов производства отливок с высокими физико-механическими свойствами для автомобильной, авиационной, судостроительной и химической промышленности (поршни, цилиндры, головки блоков цилиндров, корпусы насосов и другие детали с высокой пневмо- и гидропрочностью).

Высокие плотность и механические свойства отливок обусловлены резким измельчением зерна и уменьшением пористости усадочно-газового происхождения. Мелкозернистая структура в кокильных отливках образуется вследствие концентрационного переохлаждения жидкости на границе с твердой фазой и вынужденной кристаллизацией сплава на активных примесях в узких зонах по сечению отливки.

При большом перепаде температуры по сечению отливки (рис.2, кривая 2) мелкозернистую структуру и незначительную пористость усадочного происхождения можно получить даже из сплава 1 со сравнительно широким температурным интервалом кристаллизации.

Большие скорости охлаждения сплавов в кокилях препятствуют также выделению растворенного газа и образования пористости газового происхождения. При охлаждении в металлической форме сплава с повышенным содержанием газа (рис.3) из раствора может выделиться незначительное количество газа (а"a'), основное же его количества останется в пересыщенном твердом растворе (а'a), то есть отливка окажется практически плотной.

Для уменьшения напряжений и трещин в отливках при кокильном литье необходимо применять сплавы с узким температурным интервалом кристаллизации, которые проявляют минимальную склонность к образованию горячих трещин.

Рис. 2. Влияние скорости охлаждения на структуру отливок: а - правая часть диаграммы состояния сплавов системы А-В; б - кривые перепада температуры по сечению отливки (1 - сплав; 2 - при литье в кокиль; 3 - при литье в песчано-глинистые формы)

Стойкость кокилей зависит от рода заливаемого сплава, массы отливок и их сложности. Она может составлять от нескольких сот заливок (для стали) до сотен тысяч (для магниевых сплавов). С целью увеличения срока службы и снижения величины напряжений в отливках кокили перед заливкой нагревают до температуры 523-673 К и покрывают краской. Слой краски резко изменяет условия теплоотвода и облегчает удаление отливки из формы. При литье легких сплавов в состав вводят окись цинка, окись кальция, тальк, графит, жидкое стекло и воду. Для медных сплавов применяют жирные краски на основе мазута и керосина с сажей.

Рис. 3. Влияние скорости охлаждения на процесс выделения газа из раствора: abcd - равновесная кривая растворимости газа в сплаве; dc'b'a' - кривая выделения газа из сплава при охлаждении в кокиле

Для быстрого и безпрепятственного извлечения отливок из полости формы имеют необходимое число разъемов. В большинстве случаев разъемы располагают в вертикальных плоскостях с необходимым типом литниковой системы (верхней, сифонной, вертикально-щелевой). Раскрытие и закрытие кокилей, а также извлечение стержней из отливок осуществляется с помощью специальных механизмов (реечных, винтовых, эксцентриковых, рычажных) или машинами (механическими, пневматическими, гидравлическими).

3. ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Кокиль для отливки поршня.

3.2. Плавильная электропечь сопротивления.

3.3. Стальной тигель.

3.4. Алюминиевый сплав.

3.5. Огнеупорная краска.

4. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

4.1. Изучить теоретическую часть.

4.2. Изучить устройство и принцип работы кокилей.

4.3. Ознакомиться с технологией получения отливки.

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

5.1. Посмотреть учебный кинофильм “Кокильное литье”.

5.2. Посмотреть слайды.

5.3. Подготовить кокиль к заливке жидким металлом.

5.4. Подготовить металл к заливке.

5.5. Залить кокиль.

5.6. Извлечь отливку из кокиля.

5.7. Дать оценку качеству полученной отливки.

5.8. Указать причину обнаруженных дефектов отливки.

6. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

6.1. Название работы.

6.2. Цель и задачи работы.

6.3. Технологический процесс изготовления отливки поршня автомобильного двигателя.

6.4. Эскизы кокиля и полученной отливки.

6.5. Перечислить дефекты обнаруженной отливки и указать их причины.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1. Что представляет собой технологический процесс литья в кокиль?

7.2. Почему литье в кокиль обеспечивает высокие физико-механические свойства отливок?

7.3. Из каких материалов изготовляют кокили?

7.4. От чего зависит стойкость кокилей?

7.5. Какие литниковые системы применяются при литье в кокиль?

7.6. Чем обеспечивается вентиляция кокилей?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Степанов Ю.А., Баландин Г.Ф., Рыбкин В.А. Технология литейного производства. Специальные виды литья. - М.: Машиностроение, 1983. - 287 с.

2. Дальский А.М. и др. Технология конструкционных материалов. - М.: Машиностроение, 1977. - 664 с.

3. Сафронов В.Я. Справочник по литейному оборудованию. - М.: Машиностроение, 1985. - 320 с.