Объектыи средстваисследования

Методические указания к

Лабораторной работе № 5

Литье в кокиль

 

по дисциплине

 

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

 

Направление подготовки:

Специальность:

Форма обучения очная

 

 

Тула 2017 г.

 

 

Методические указания к лабораторным работам составлены ассистентом Е.А. Страховой и обсуждены на заседании кафедры СЛиТКМполитехнического института

Протокол №  1  от «29» августа 2016 г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов

 

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СЛиТКМ политехнического института,

протокол №___ от « » ________________ 20___ г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучение технологическогопроцессаполучения отливок в металлических формах (кокилях).

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Литье в кокиль ‑ это технологический процесс производства отливок впостоянныхметаллическихформах,заполняемыхпод действием силы тяжести расплавленного металла (рис. 1).

Рис. 1.Схемакокилясвертикальнымразъемом

для отливки поршня автомобильного двигателя:

1 - левая половина кокиля; 2 - боковые части вертикального металлического стержня; 3 - средний клин вертикального стержня;4 - правая половина кокиля; 5 - полость формы (отливка); 6- горизонтальные металлические стержнидляотверстий под палец

 

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

Кокили изготавливают из чугуна, стали, алюминиевых сплавов. Рабочие поверхностикокилейизалюминиевыхсплавовчасто подвергают анодированию, т.е. покрывают электролитическим путем тонким слоем окиси алюминия, для повышения их стойкости.

Основные операции технологического процесса. Перед заливкой расплава новый кокиль подготавливают к работе: поверхность рабочей полости и разъем тщательно очищают от следов загрязнений, ржавчины, масла, проверяют легкость перемещения подвижных частей, точность их центрирования, надежность крепления.

С целью увеличения срока службы и снижения величины напряжений в отливках кокили перед заливкой нагревают до температуры 250 - 400 ºC, на поверхность рабочей полости и металлических стержней наносят слой огнеупорного покрытия – облицовки и краски. Основной причиной разрушения кокиля являются сложные термохимические процессы, вызываемые неравномерным циклическим нагревом и охлаждением рабочей стенки кокиля во всех трех ее измерениях (по толщине, длине, ширине). Слой краски резко изменяет условия теплоотвода и облегчает удаление отливки из формы. Состав облицовок и красок зависит в основном от типа заливаемого сплава, а их толщина – от требуемой скорости охлаждения отливки: чем толще слой огнеупорного покрытия, тем медленнее отливка охлаждается. Вместе с тем слой огнеупорного покрытия предохраняет рабочую поверхность формы от резкого повышения ее температуры при заливке, оплавления и схватывания с металлом отливки. При литье легких сплавов (Al, Mg) 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.

Для уменьшениянапряженийитрещинвотливкахпри кокильном литьенеобходимоприменятьсплавысузким температурным интерваломкристаллизации,которыепроявляют минимальную склонность к образованию трещин(чем больше скорость образования центров кристаллизации и меньше скорость их роста, тем меньше размер кристалла (зерна), выросшего из одного центра, и, следовательно, более мелкозернистой будет структура металла).

Стойкость кокилей зависитотродазаливаемогосплава, массы отливокиихсложности.Она может составлять от нескольких сот заливок (для стали) до сотен тысяч (для цветных сплавов), см. таблицу.

Таблица

Приблизительная стойкость кокилей

Заливаемый сплав	Отливки	Материал кокиля	Стойкость кокиля (число отливок)
Сталь	Мелкие Крупные	Чугун	400…600 50…100
Чугун	Мелкие Крупные Крупные	Чугун   Сталь 15Л	1000…8000 200…1000 400…1000
	Мелкие Средние	Медный сплав	3000…10000 3000…8000
Медные	Мелкие Средние	Чугун	1000…10000 1000…8000
	Мелкие Средние	Сталь	1000…1500 500… 3000
Алюминиевые, магниевые, цинковые	Мелкие Средние Крупные	Чугун	Сотни тысяч Десятки тысяч Несколько тысяч

 

Для быстрогоибеспрепятственного извлечения отливок формы имеют необходимое число разъемов.Вбольшинстве случаев разъемырасполагаютввертикальныхплоскостяхс необходимым типомлитниковойсистемы(верхней,сифонной, вертикально-щелевой). Раскрытиеизакрытиекокилей,а также извлечение стержнейизотливокосуществляетсяспомощью специальных механизмов(реечных,винтовых,эксцентриковых, рычажных) илимашинами(механическими,пневматическими, гидравлическими).

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

1. Повышенная скорость охлаждения способствует получению плотных отливок с мелкозернистой структурой и уменьшению пористости газового происхождения.

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

3. Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля минимально, что определяет высокое качество поверхности отливки. Отливки не имеют пригара.

4. Кокиль имеет минимальную газотворность, определяемую в основном составами огнеупорных покрытий, наносимых на поверхность рабочей полости.

5. Большая точность размеров,экономия 40 - 50 % металла за счет снижения припусков на механическую обработку.

6. Форма многоразовая, процесс малооперационный: производительность труда возрастает в 4 - 5 раз.

7. Повышение съема годного металла с единицы производственной площади; снижение себестоимости изготовления отливок.

8. Значительная экономия или полное прекращение потребления формовочных и стержневых смесей.

9. Более высокая степень механизации и автоматизации технологического процесса.

10. Улучшение условий работы и общего санитарного состояния производства.

Однако способ литья в кокили имеет и недостатки:

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. Неподатливость кокиля, которая приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда и трещин.

4. Кокиль практически газонепроницаем, газовые раковины в кокильных отливках – явление нередкое. Поэтому расположение отливки в форме, способ подвода расплава и вентиляционная система должны обеспечивать удаление воздуха и газов из кокиля при заливке.

Преимущества и недостатки кокильного способа определяют в итоге рациональную область его использования. Вследствие высокой стоимости кокилей экономически целесообразно применять этот способ литья только в серийном или массовом производстве. Серийность при литье чугуна должна составлять более 20 крупных или более 400 мелких отливок в год, а при литье алюминия – не менее 400 - 700 отливок в год.

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

ОБЪЕКТЫИ СРЕДСТВАИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Кокиль для отливки поршня.

3.2. Плавильная электропечь сопротивления.

3.3. Стальной тигель.

3.4. Алюминиевый сплав.

3.5. Огнеупорная краска.

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

4.1. Изучить теоретическую часть.

4.2. Изучить устройство и принцип работы кокилей.

4.3. Ознакомиться с технологией получения отливки.

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.

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.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1. Что представляет собой технологический процесс литья в кокиль?

7.2. Почемулитьевкокильобеспечиваетвысокие физико-механические свойства отливок?

7.3. Из каких материалов изготавливают кокили?

7.4. От чего зависит стойкость кокилей?

7.5. Какие литниковые системы применяютсяпри литье в кокиль?

7.6. Чем обеспечивается вентиляция кокилей?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Степанов Ю.А., Баландин Г.Ф., Рыбкин В.А. Технология литейного производства.Специальныевидылитья. - 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.