3) Специальные виды литья

Литье в металлические формы

Металлические формы — кокили являются литейными формами многократного использования. Их изготавливают из стали, чугуна и алюминиевых сплавов.

Металлическая, обычно стальная форма (кокиль) выдерживает тысячи отливок из различных цветных металлов и сплавов. Она имеет внутреннюю полость, повторяющую очертания отливки. Перед заливкой жидкого металла форму предварительно подогревают (до температуры около 80°С), а стенки внутренней полости смазывают смесью мела, графита и жидкого стекла с водой для получения более чистой поверхности отливки. Затем заливают в форму жидкий металл. После затвердевания металла форму вскрывают и извлекают из нее отливку.

По конструкции металлические формы бывают неразъемные (вытряхные) и разъемные. Вытряхные кокили применяют для отливок, конструкция которых обеспечивает свободное удаление их из формы вместе с литниковой системой при повороте формы на 180°. Разъемные кокили делают створчатыми, с горизонтальной плоскостью разъема и с вертикальной плоскостью разъема и более сложных конструкций.

Внутренняя полость кокиля (рабочая поверхность) оформляет наружную конфигурацию отливки. Отверстия, пазы и полости в отливке выполняются при помощи стержней — обычных песчаных или металлических. При этом конструкция металлических стержней должна обеспечивать их свободное извлечение из формы после затвердевания отливки. Для того чтобы можно было извлечь сложный металлический стержень, его делают составным — из трех частей.

Металлическая форма не обладает газопроницаемостью, поэтому конструкция формы должна обеспечивать удаление воздуха и газов при ее заливке. В форме наряду с выпорами предусматривают вентиляционные пробки (венты) и тонкие риски по плоскости разъема.

Металлическая форма неподатлива и оказывает сопротивление усадке отливки при затвердевании. Это затрудняет извлечение отливки из формы. Поэтому в кокилях часто предусматривают толкатели.

Повышенные механические свойства и плотность

Вследствие большой скорости охлаждения жидкого металла в кокиле образуется мелкокристал­лическая структура отливок, что способствует повышению их плотности и механических свойств.

Повышенная точность размеров и чистота поверхности отливок

Бла­годаря более точным и стабильным размерам металлических форм и более чистой их поверхности повышается точность размеров и чистота поверх­ности отливок. Точность отливок из алюминиевых и магниевых сплавов при литье в кокиль на два класса выше, чем при литье в песчаные формы.

Меньшие припуски на механическую обработку

Вследствие большей точности и чистоты поверхности отливок при литье в кокиль припуски на механическую обработку отливок на 40—50% меньше, чем при литье в песчаные формы.

Экономия формовочных и вспомогательных материалов

При литье в кокиль алюминиевых и магниевых сплавов применяют незначительную часть песчаных стержней, на которые расходуется меньше формовочных и вспомогательных материалов, чем при литье в песчаные формы.

По мере роста удельного веса литья в кокиль в общем производстве отливок расход формовочных и вспомогательных материалов резко сни­жается. Соответственно уменьшаются грузопоток и затраты на приготовление и транспортировку этих материалов.

Снижение брака

Более стабильные условия технологического про­цесса литья в кокиль по сравнению с литьем в песчаные формы дают возможность снизить брак.

Снижение расхода металла

Получение более точных отливок с мень­шими припусками на механическую обработку, уменьшение веса литни­ковой системы, а также увеличение с 20 до 30% использования отходов в шихте при литье в кокиль цветных сплавов позволяет уменьшить чер­новой вес отливок и снизить расход свежих чушковых материалов. Экономия свежих металлов при литье в кокиль достигает на отдельных отливках от 37 до 75%.

Снижение трудоемкости

При литье в кокиль сокращается производ­ственный цикл изготовления отливок, так как исключаются операции приготовления формовочных смесей и формовки, уменьшается объем изготовления и сушки песчаных стержней, плавки металла и отделки отливок. В результате значительно снижается трудоемкость производства отливок.

Снижение себестоимости

Перечисленные выше преимущества литья в кокиль приводят к снижению себестоимости отливок из цветных сплавов.

Кроме того, при литье в кокиль облегчается очистка и обрубка литья, значительно уменьшается число применяемого оборудования (фор­мовочных и стержневых машин, очистного и другого технологического и транспортного оборудования). Увеличивается съем литья с квадратного метра производственной площади и резко улучшаются санитарно-технические условия труда.

Литье под давлением

Литье под давлением применяют преимущественно для изготовления изделий из термопластов. Осуществляют под давлением 80-140 МПа на литьевых машинах поршневого или винтового типа, имеющих высокую степень механизации и автоматизации (рис. 1). Литьевые машины осуществляют дозирование гранулир. материала, перевод его в вязкотекучее состояние, впрыск (инжекцию) дозы расплава в литьевую форму, выдержку в форме под давлением до его затвердевания или отверждения, размыкание формы и выталкивание готового изделия.

При переработке термопластов методом литья под давлением литьевую форму термостатируют (температура ее не должна превышать температуры стеклования или температуры кристаллизации), а при переработке реактопластов нагревают до температуры отверждения. Давление литья зависит от вязкости расплава материала, конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и формуемых изделий. Литье при сверхвысоких давлениях (до 500 МПа) уменьшает остаточные напряжения в материале, увеличивает степень ориентации кристаллизующихся полимеров, что способствует упрочнению материала и обеспечивает более точное воспроизведение размеров деталей.

Давление в литьевой форме при заполнении расплавом полимера повышается постепенно (в конце выдержки под давлением достигает 30-50% от давления литья) и распределяется по длине оформляющей полости неравномерно вследствие высокой вязкости расплава и быстрого ее нарастания при охлаждении или отверждении.

Литье под давлением позволяет изготовлять детали массой от долей грамма до нескольких килограммов. При выборе машины для формования изделия учитывают объем расплава, необходимый для его изготовления, и усилие смыкания, требующееся для удержания формы в замкнутом состоянии в процессе заполнения расплавом оформляющей полости.

Для выравнивания давления и улучшения условий заполнения формы применяют литье под давлением с предварит. сжатием расплава, инжекционное прессование, литье под давлением с наложением механический колебаний и др. методы.

Литье под давлением с предварительным сжатием расплава осуществляют на литьевой машине, сопловый блок которой снабжен краном. При закрытом кране производят сжатие расплава полимера в материальном цилиндре машины до давления литья. После открытия крана расплав под высоким давлением с большой скоростью заполняет полость литьевой формы и дополнительно нагревается за счет работы сил трения. Для предотвращения механодеструкции пластмасс скорость течения расплава по литниковым каналам иногда ограничивают. Предварительное сжатие расплава позволяет в 1,5-2 раза уменьшить время заполнения формы и увеличить путь течения расплава до момента его застывания, что позволяет отливать длинномерные тонкостенные детали.

Литье под давлением является одним из самых прогрессивных методов получения отливок из цветных сплавов.

Сущность процесса литья под давлением состоит в том, что в стальную пресс-форму под большим давлением и с большой скоростью вводится рас­плавленный металл. При этом происходит мгновенное заполнение всей полости формы любой сложной конфигурации. Этот метод обеспечивает получение тонкостенных отливок с чистой поверхностью и точными раз­мерами. Литье под давлением по сравнению с другими способами получения отливок имеет ряд преимуществ:

Высокая точность размеров отливки

В основном точность размеров отливок соответствует 5-му классу точности по ГОСТу 2689-54. Точность размеров отливки зависит от точности изготовления пресс-формы, состава сплава и его температуры, температуры формы и продолжительности выдержки металла под давлением.

Высокий класс чистоты поверхно­сти отливок

Шероховатость поверх­ности отливок соответствует 6-му классу чистоты по ГОСТу 2789-59. Чистота поверхности отливок зависит в первую очередь от чистоты обра­ботки пресс-формы (ухудшается по мере износа формы) и от применяе­мых сплавов. Шероховатость поверх­ности алюминиевых и магниевых от­ливок соответствует 5-8-му классу чистоты.

Минимальный объем механиче­ской обработки отливок

В сочетании с высокой точностью размеров и вы­сокой чистотой поверхности детали, отлитые под давлением, в большин­стве случаев не требуют последующей механической обработки.

Минимальный расход металла

Этим методом можно изготовлять тонкостенные отливки, получение которых другими методами литья невоз­можно. Изготовление отливок без припусков на механическую обработку при­водит к минимальному расходу дорогостоящих цветных металлов.

Высокая прочность

Благодаря быстрому охлаждению отливки приоб­ретают мелкозернистую структуру и повышенную прочность. Чем меньше толщина стенки отливки, тем больше ее прочность.

По сравнению с другими способами литье под давлением позволяет полностью механизировать и автоматизировать технологический процесс получения отливок и имеет самый короткий производственный цикл. Указанные преимущества литья под давлением приводят к значитель­ному повышению производительности труда, улучшению условий труда и снижению себестоимости отливок в несколько раз.

Однако преимущества литья под давлением проявляются главным образом в крупносерийном и массовом производстве, когда очень быстро окупаются затраты на изготовление стальных пресс-форм. Стойкость пресс-форм зависит от применяемых сплавов и является одним из основных фак­торов, определяющих себестоимость деталей, получаемых литьем под давлением, и целесообразность применения этого способа.

Литье под давлением широко применяется в автомобилестроении, при­боростроении, авиационной промышленности, в радиотехнике и электро­промышленности, а также и в других отраслях машиностроения. Этому способствует создание все более мощных машин литья под давлением, позволяющих расширить ассортимент отливок, увеличить их габаритные размеры и сложность, а также повысить качество отливок.