Общая характеристика металла
Основными составляющим бронзового сплава являются медь и олово. Существует добавки в виде металлов и неметаллов, но они содержатся в небольших количествах. В зависимости от процентного присутствия меди сплав меняет цвет. Он бывает красный, желтый или серо-стальной.
Важной характеристикой бронзового сплава является его пластичность. Вместе с тем материал обладает достаточной твердостью. Учитывая эти качества и изменяя содержание составляющих, получают сплав с разными характеристиками
Один поддается ковке, другой используется как исходный материал для получения отливок
Учитывая эти качества и изменяя содержание составляющих, получают сплав с разными характеристиками. Один поддается ковке, другой используется как исходный материал для получения отливок.
Художественное литье «Купина»
Температуры плавления
Важной характеристикой бронзового сплава является температура плавления. Максимальная ее величина достигает 1350 градусов. Она изменяется в зависимости от присутствия добавок, которые повышают тугоплавкость бронзы
Сюда входят алюминий, титан или цинк. При изменении процентного состава легирующих составляющих температура плавления бронзы варьируется в пределах 975–1350 градусов
Она изменяется в зависимости от присутствия добавок, которые повышают тугоплавкость бронзы. Сюда входят алюминий, титан или цинк. При изменении процентного состава легирующих составляющих температура плавления бронзы варьируется в пределах 975–1350 градусов.
Учитывая то, что бронза обладает вязкостью, нагрев ведется до температуры превышающей плавление сплава на 100 градусов.
Следует также отметить и основные недостатки литья в кокиль:
1. Высокая стоимость, сложность и трудоемкость его изготовления.
2. Ограниченная стойкость, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле. Так средняя стойкость из стали 40Х составляет 20-35 тысяч, применение высококачественных жаропрочных сталей типа 4Х5МФС позволяю повысить среднюю стойкость до 200-300 тысяч съемов. 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. Невысокая податливость кокиля приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда и наличие трещин.
Область применения напрямую зависит от материала его рабочей стенки, что отражено в табл. 1.
Таблица 1 – Материалы для рабочих стенок кокилей и область их применения.
Табл 1. Материалы рабочей стенки
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 обрезки и зачистки 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.
Литье в кокиль – точная технология производства отливок из алюминия.
Литье в кокиль (многоразовую металлическую форму) – это достаточно дорогостоящая, но проверенная и точная литейная технология, применяемая при производстве отливок из алюминиевых сплавов.
Несмотря на высокую первоначальную стоимость оснастки, технология литья в кокиль имеет ряд основных преимуществ, по сравнению с другими технологиями, а именно:
- отливки получают с более плотной структурой;
- значительно улучшается внешний вид отливок и чистота поверхности;
- повышается точность отливок и идентичность их размеров;
- уменьшается металлоемкость отливки и стоимость механической обработки за счет уменьшения литейных припусков;
- увеличивается выход годного литья;
- устраняются операции с формовочными смесями;
- при крупносерийном производстве снижается себестоимость продукции;
- значительно повышается производительность труда литейщиков.
Для изготовления кокилей специалисты «ПРАКТИК плюс» в основном применяют серый или высокопрочный чугун, а также углеродистые или легированные стали. Серый чугун, применяемый для кокилей, стойкий к тепловым нагрузкам, недорогой и легко обрабатываемый материал. Стальные кокили более дорогие в изготовлении, но более «живучие» чугунных, так как они не боятся ударных нагрузок. Металлические стержни, направляющие и толкатели для раскрытия кокиля и выталкивания отливок всегда изготавливают из стали, так как они испытывают повышенные растягивающие напряжения.
Основной показатель кокиля — его стойкость. При работе рабочие поверхности кокилей подвергаются быстрому нагреву и охлаждению, в следствие чего в них возникают термические напряжения, приводящие к короблению и поверхностным трещинам – разгарам. Стойкость чугунных и стальных кокилей при получении отливок из алюминиевых сплавов составляет 50—100 тыс. заливок. Для повышения стойкости кокилей рабочие поверхности покрывают красками. С помощью красок устраняется также приваривание металла к стенкам кокиля, обеспечивается получение качественных поверхностей и регулируется направленность затвердевания отливок. При соприкосновении с металлом краска возгоняется, создается газовая и сажистая прослойка между жидким металлом и кокилем, которая предотвращает приваривания жидкого металла к кокилю. Краску наносят кистью или пульверизатором один-два раза в смену, в зависимости от конструкции и режима работы, на подогретый до 100—200 °C кокиль.
В процессе литья очень важным технологическим параметром является температурный режим кокиля. Для получения качественного литья из алюминиевых сплавов температура кокиля должна поддерживаться в пределах 200—350 °C. Разогрев и поддержание температуры кокиля (разгон кокиля) специалисты «ПРАКТИК плюс» осуществляют подогревом с помощью газовых горелок, а контроль температурного режима осуществляют инфракрасными термометрами (пирометрами) или термопарами. Охлаждение кокиля осуществляется путем естественной передачи тепла в окружающую среду через стенки кокиля. При необходимости наши специалисты спроектируют и изготовят кокили , охлаждаемые снаружи водой (водоохлаждаемые) по специально предусмотренным каналам. Стойкость водоохлаждаемых кокилей выше, чем неводоохлаждаемых.
При литье сложных по конфигурации отливок специалисты «ПРАКТИК плюс» применяют различные подвижные металлические стержни и вставки. Подвижность нужна для своевременного удаления стержня из отливки. Если внутренние контуры отливки сложные, то стержни делают составными из нескольких частей. Также для получения отливок со сложной внутренней конфигурацией нами применяются песчаные стержни. Их устанавливают в форму каждый раз перед заливкой при сборке формы с помощью знаковых частей.
В «ПРАКТИК плюс» изготавливают к окили либо литыми, либо из поковок проката путем механической обработки. Литые кокили дешевле, поскольку требуется минимальная механическая обработка. Разъем (раскрытие) кокилей осуществляют ручным или механизированным способом с помощью механических, пневматических и гидравлических приводов, которые также проектируют и изготавливают специалисты «ПРАКТИК плюс». Поверхности разъемов обрабатывают по 6-му классу точности. Отдельные части кокиля центрируют с помощью штырей и втулок. Для вывода газа и воздуха из полости кокиля предусматриваются вентиляционные каналы.
Компания “ПРАКТИК плюс” рассматривает заказы на производство литья из алюминия любой конфигурации и серийности, массой до 50 кг.
Цена отливки зависит от сложности детали и рассчитывается индивидуально.
За дополнительной информацией обращайтесь по тел.: (067) 437-90-70, или по контактам, указанным на сайте.
Литье в кокиль типы и технология производства
Кокиль — металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В отличие от разовой песчаной формы кокиль может быть использован многократно. При этом способе литья либо совсем исключается применение, либо расходуется малое количество песчаных смесей лишь на изготовление разовых стержней. В связи с этим снижается загрузка формовочного участка, объемы формовочной смеси при производстве отливок, затраты на доставку и подготовку формовочных смесей. Кроме этого литье в кокиль обладает следующими преимуществами — повышенная размерная точность отливок, высокая производительность процесса, многократность использования литейных форм, возможность автоматизации процесса, экономное использование производственных площадей, возможность комбинированного использования кокилей и сложных песчаных стержней, стабильность плотности и структуры отливок, высокие механические и эксплуатационные свойства.
| Услуга | Нижний предел цены, руб. за кг | Верхний предел цены, руб. за кг | |
|---|---|---|---|
| 1 | Алюминиевое литье | 280 | 5000 |
| 2 | Кокиль(обычно) | 280 | 2900 |
| Кокиль с поворотом | 340 | 3600 | |
| 3 | Хтс-процесс | 500 | 5000 |
| 4 | Технологическая оснастка | 60000 | 12000000 |
| 5 | Термическая обработка | 10 | 60 |
Классический кокиль состоит из двух полуформ ( рис 1 ), более сложные по конструкции могут включать в конструкцию дополнительные подвижные металлические вставки, поддон (основание) ( рис. 2 ). Полуформы взаимно центрируются по направляющим штырям и втулкам. Формообразующая кокиля проектируется и изготавливается с учетом усадки заливаемого сплава, припусков на механическую обработку и толщину облицовочного огнеупорного покрытия ( краски ).
Полости и отверстия в отливке могут быть выполнены металлическими или песчаными стержнями, извлекаемыми из отливки после ее затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Расплав подается в через литниковую систему, выполненную в его полуформах и поддоне. Питание массивных узлов отливки осуществляется через прибыли. В процессе заполнении кокиля расплавом воздух и газы удаляются из его рабочей полости через вентиляционные каналы, зазоры по плоскости разъема и между подвижными частями, выпоры которые образуют вентиляционную систему. Основные элементы кокиля — полуформы, плиты, вставки, стержни и т. д.- обычно изготовляют из стали реже из чугуна.
Литье в кокиль нашло применение в производстве изготовлении фасонных отливок из алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов; реже — при литье медных сплавов, чугуна и стали. Масса отливок изменяется от десятков грамм до сотен килограмм.
Конструкции отливок, получаемых в кокилях, очень разнообразны. Это простые по форме отливки типа опорных плит, колосников, болванок и втулок и сложные — типа картеров двигателей, головок блоков цилиндров, блоков цилиндров, ребристых корпусов электродвигателей, корпуса редукторов ( рис. 3 ). Литьем в кокиль получают детали с особыми эксплуатационными свойствами — повышенной герметичностью, износостойкостью (например, чугунные с поверхностным отбелом), окалиностойкостью и др.
Особенности формирования и качество отливок
Металлическая форма по сравнению с песчаной обладает значительно большими теплопроводностью, теплоемкостью, прочностью, практически нулевыми газопроницаемостью и газотворностью. Этими свойствами материала кокиля обусловлены рассмотренные далее особенности его взаимодействия с металлом отливки.
1
. Высокая эффективность теплового взаимодействия отливки и формы: расплав и затвердевшая 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, феррито-графитная эвтектика, отрицательно влияющие на свойства чугуна, так как снижают показатели ударной вязкости и износостойкости. Резко возрастающая твердость в отбеленном поверхностном слое затрудняет обработку резанием таких отливок и приводит к необходимости подвергать их термической обработке (отжигу) для устранения отбела.
2
. Кокиль практически неподатлив и более интенсивно препятствует усадке отливки, что затрудняет извлечение ее из формы и может вызвать появление внутренних напряжений, коробления отливки и трещин в ней. В то же время неподатливая форма не деформируется по причине увеличения объема некоторых расплавов при кристаллизации из-за предусадочного расширения, например, в результате выделения графита в чугуне. В этом случае уменьшается опасность формирования усадочной пористости при затвердевании отливки.
При литье в кокиль отсутствуют погрешности, вызываемые упругими и остаточными деформациями песчаной формы, снижающими точность ее рабочей полости и соответственно отливки. Размеры рабочей полости кокиля могут быть выполнены значительно точнее, чем размеры песчаной формы, и отливки в кокилях соответственно получаются более точными. Точность отливок в кокилях обычно соответствует классам 5 – 9 для отливок из цветных сплавов и классам 7 – 11 для отливок из черных металлов (ГОСТ 26645-85 (изм. № 1, 1989)). При этом наибольшая точность обеспечивается для размеров в одной части формы. Точность размеров в двух и более частях формы, а также размеров, оформляемых подвижными частями формы, ниже. Точность отливок, полученных в кокиле, по массе примерно на один класс выше по сравнению с песчаными формами, при этом обеспечивается возможность уменьшения припусков на обработку резанием.
3
. Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля минимально, что определяет высокое качество поверхности отливки. Отливки в кокиль не имеют пригара. Шероховатость поверхности отливок зависит от состава облицовок и красок, наносимых на поверхность рабочей полости формы, и соответствует Rz = 40 – 10 мкм, но может быть и меньше.
4
. Кокиль практически газонепроницаем и имеет минимальную газотворность, определяемую в основном составами огнеупорных покрытий, наносимых на поверхность рабочей полости. Однако газовые раковины в кокильных отливках – явление нередкое. 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.
Особенности изготовления отливок из высокопрочного чугуна в кокилях
Литейные свойства высокопрочного чугуна во многом определяются присутствием шаровидного графита и в этой связи имеют ряд особенностей: линейная усадка (1,17 – 2%) больше, чем у серого чугуна, поэтому для питания массивных узлов отливки используют питающие бобышки и прибыли. Однако, так как его предусадочное расширение в 2 – 3 раза больше, чем у серого чугуна, вероятность образования в отливках горячих трещин уменьшается. Высокопрочные чугуны склонны к образованию холодных трещин.
При модифицировании магний из модификатора и сера, содержащаяся в чугуне, образуют сульфиды магния, вследствие чего в структуре отливки появляются «темные пятна», которые отрицательно влияют на служебные характеристики металла. Для их устранения понижают содержание серы в чугуне, обрабатывая его флюсами (криолитом, плавиковым шпатом и т.д.). Высокопрочные чугуны после модифицирования магнием обладают повышенной окисляемостью. Пленки оксидов могут содержаться в металле отливки и механические свойства его снижаются.
Отжиг отливок из чугуна с шаровидным графитом проводят для снижения внутренних напряжений по режиму: нагрев до 550 – 650оС, выдержка при температуре нагрева 2 – 5 ч в зависимости от конфигурации и толщины стенки отливки. Для получения перлитной структуры проводят нормализацию по режиму: нагрев до 900 – 950оС, выдержка 1 –3 ч и охлаждение на воздухе. Далее ДЛИ получения высоких механических свойств и пластичности проводят изотермическую закалку по режиму: нагрев до 850оС, выдержка при температуре нагрева 2 – 2,5 ч и охлаждение в масле, нагретом до 300 – 350оС.
- ← Раздел 3.3.1
- Раздел 3.3.3 →
Общая характеристика металла
Основными составляющим бронзового сплава являются медь и олово. Существует добавки в виде металлов и неметаллов, но они содержатся в небольших количествах. В зависимости от процентного присутствия меди сплав меняет цвет. Он бывает красный, желтый или серо-стальной.
Важной характеристикой бронзового сплава является его пластичность. Вместе с тем материал обладает достаточной твердостью. Учитывая эти качества и изменяя содержание составляющих, получают сплав с разными характеристиками
Один поддается ковке, другой используется как исходный материал для получения отливок
Учитывая эти качества и изменяя содержание составляющих, получают сплав с разными характеристиками. Один поддается ковке, другой используется как исходный материал для получения отливок.
Художественное литье «Купина»
Температуры плавления
Важной характеристикой бронзового сплава является температура плавления. Максимальная ее величина достигает 1350 градусов. Она изменяется в зависимости от присутствия добавок, которые повышают тугоплавкость бронзы
Сюда входят алюминий, титан или цинк. При изменении процентного состава легирующих составляющих температура плавления бронзы варьируется в пределах 975–1350 градусов
Она изменяется в зависимости от присутствия добавок, которые повышают тугоплавкость бронзы. Сюда входят алюминий, титан или цинк. При изменении процентного состава легирующих составляющих температура плавления бронзы варьируется в пределах 975–1350 градусов.
Учитывая то, что бронза обладает вязкостью, нагрев ведется до температуры превышающей плавление сплава на 100 градусов.
Литьё по выплавляемой модели
Ещё один способ литья металлов — по выплавляемой модели — применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногобаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса, для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС.Таким образом получаем отливку.
В силу большого расхода металла и дороговизны процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей.
Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:
• Копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала.
• Эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму.
• При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.
• Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную модель отливки.
Процесс изготовление кокиля и используемые материалы
При изготовлении кокилей проектировщик должен руководствоваться марками сплава, которые будут заливаться в изготавливаемую форму. Разумеется, он должен учитывать и размер деталей, получаемых в результате литья в эту оснастку.
Так, при изготовлении деталей с небольшими габаритами из цветных металлов, чугуна и некоторых других материалов рекомендуется использовать для производства литейных форм серые чугуны 20 или 25. Для производства кокилей применяют и другие виды материалов. Надо отметить, что чем прочнее материал, например, сталь 15Л, тем выше стойкость формы. Для определенных марок металла формы производят из алюминия, но перед эксплуатацией этих кокилей рабочие поверхности анодируют.
Производство кокилей выполняют на оборудовании объемной штамповки. Но современное оборудование, работающее под управлением компьютера, например, токарно-фрезерный центр позволяет производить особо точные формы.
Конструктивные особенности кокиля
Кокиль для литья – это многооборотная форма, изготавливаемая из металла. Несмотря на то что в такие формы могут использовать для получения отливок разных форм, их принципиальная конструкция одинакова. В состав кокиля для литья входят полуформы, плита, различные вставки и литейные стержни. С помощью последних, происходит формирование отливки. Для его центрирования и соединения применяют штыри. Непосредственно перед началом заливки полуформы фиксируют с помощью специальных замков. Металлический расплав подают в форму через систему литников.
Литье в металлические формы (кокиль)
По мере заполнения кокиля излишки воздуха выводятся через воздуховодные каналы.
В литейном производстве применяют и другой вид форм – их называют вытряхными. Эти формы отличаются тем, что они неразъемные и применяются для отливок простой формы.
Плюсы и минусы процесса кокильного литья
Повторюсь еще раз. При получение отливок литьем в кокиль, получаются отливки более высокой точности по сравнению с литьем в песчаные формы, более гладкая поверхность, соответственно можно уменьшать припуски на механическую обработку, а в отдельных случаях возможно изготовление отливок без припуска на механическую обработку и с резьбой. Так же при кокильном литье отпадает необходимость в изготовлении формовочных смесей, нет необходимости в применении опок, увеличивается выход годного литья, увеличивается производительность на тех же площадях, что снижает затраты на производство, улучшение условий труда.
Недостатком кокильного литья является высокие затраты на изготовление оснастки. Недостаточно знаний для конструирования и и эксплуатации кокилей, нет удовлетворяющего требованиям получения годного литья расчета литниковой системы и режимов заливки кокилей металлом, в связи этим освоение процессов кокильного литья требует длительного времени. Освоение кокильного литья сопровождается повышенным процентом брака отливок, Иногда требуется несколько раз изготавливать новые кокили до тех пор, пока не получатся отливки требуемого качества и низкого % брака.
Целесообразность применения кокилей зависит от конструкции и стойкости кокилей, должны быть простыми в изготовлении , иметь высокую стойкость, удобство в эксплуатации и иметь безопасность в работе.
Ориентировочная стойкость кокилей указана в таблице.
