Эффективность производства и область применения
Эффективность производства кокильных отливок зависит от того, насколько полноценно и правильно используются преимущества этого процесса, учитываются его особенности и недостатки и условиях конкретного производства.
Выделяются следующие основные преимущества литья в кокиль:
Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок от пригара. Поэтому использование литья в кокиль, по данным различных металлургических предприятий, позволяет в 2 - 3 раза повысить производительность труда в литейном цехе, снизить капитальные затраты при строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счет сокращения требуемых производственных площадей, расходов на оборудование, очистные сооружения и т.д.
| Материал | Область применения |
| СЧ20, СЧ25 | Для мелких и средних изделий из меди, алюминия, чугуна и сплавов магния |
| ВЧ 40, ВЧ 45 | Для изделий крупных форм с воздушным или водяным охлаждением. В качестве заливаемого в формы материала используется в основном серые чугуны. |
| Стали 15ХМЛ, 40Х, 45, 4Х5МФС | Для мелких и средних изделий из меди, алюминия, чугуна и сплавов магния |
| Медь и ее сплавы, легированные стали, сплавы с особыми свойствами | Вставки для мест кокиля, подвергающиеся интенсивному термогидродинамическому износу, металлические стержни |
Повышение качества отливки, обусловленное использованием металлической формы, повышение стабильности показателей качества: механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров отливок.
Устранение или уменьшение объема вредных для здоровья операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей среды.
Мехоничяеская
и автоматизация процесса изготовления отливки, обусловленная многократностью использования кокиля. Для получения отливок заданного качества легче осуществить автоматическое регулирование технологических параметров процесса. Автоматизация процесса позволяет улучшить качество отливок, повысить эффективность производства, изменить характер труда литейщика, управляющего работой таких комплексов.
Следует также отметить и основные недостатки литья в кокиль:
Высокая стоимость, сложность и трудоемкость его изготовления.
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.
Сложность получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы - делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.
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.
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.
Классификация конструкций кокилей. В зависимости от расположения бывают:
Неразъемные, или вытряхные. Данный тип применяется при условиях, когда конструкция отливки позволяет извлечь её из кокиля без его разъема.
Кокили с вертикальной плоскостью разъема. Состоят из двух и более полуформ. Отливка может располагаться целиком в одной из половин, в двух половинах, одновременно в двух половинах кокиля и в нижней плите.
Кокили с горизонтальным разъемом. Этот тип применяют преимущественно для простых по конфигурации, а также для получения крупногабаритных отливок.
Кокили со сложной (комбинированной) поверхностью разъема. Используют для изготовления отливок сложной конфигурации.
В зависимости от способа охлаждения различают кокили с воздушным, жидкостным и с комбинированным охлаждением. Воздушное охлаждение используют для малотеплонагруженных кокилей. Водяное охлаждение используют обычно для высокотеплонагруженных кокилей, а также для повышения скорости охлаждения отливки или ее отдельных частей.
К основным конструктивным элементам кокилей относят:
Формообразующие элементы - половины кокилей, нижние плиты, вставки, стержни. Конструктивные элементы - выталкиватели, плиты выталкивателей, запирающие механизмы, системы нагрева и охлаждения кокиля и отдельных его частей, вентиляционную систему, центрирующие штыри и втулки.
Корпус кокиля или его половины выполняют коробчатыми, с ребрами жесткости. Толщина стенки зависит от состава заливаемого сплава и его температуры, размеров и толщины стенки отливки, материала, из которого изготовляется кокиль. Толщина стенки должна быть достаточной, чтобы обеспечить заданный режим охлаждения отливки, достаточную жесткость и минимальное его коробление при нагреве теплотой залитого расплава, стойкость против растекания.
Стержни в кокилях могут быть песчаными и металлическими. Песчаные стержни для кокильных отливок должны обладать пониженной газотворностью и повышенной поверхностной прочностью. Первое требование обусловлено трудностями удаления газов из кокиля; второе - взаимодействием знаковых частей стержней с кокилем, в результате чего отдельные песчинки могут попасть в полость и образовать засоры в отливке. Стержневые смеси и технологические процессы изготовления песчаных стержней могут быть различными. Металлические стержни применяют, когда это позволяет конструкция отливки и технологические свойства сплава. Использование металлических стержней дает возможность повысить скорость затвердевания отливки, сократить продолжительность цикла ее изготовления. Однако при использовании металических стержней возрастают напряжения в отливках, возможно появление трещин.
Вентиляционная система обеспечивает направленное вытеснение воздуха из кокиля расплавом. Для выхода воздуха используют открытые выпоры, прибыли, зазоры по плоскости разъема и между подвижными частями кокиля, а также специальные вентиляционные каналы. В местных углублениях формы при заполнении их расплавом могут образовываться воздушные мешки. В этих местах устанавливают вентиляционные пробки. При выборе места установки вентиляционных пробок необходимо учитывать последовательность заполнения формы расплавом.
Центрирующие элементы - контрольные штыри и втулки - предназначены для точной фиксации половин кокиля при его сборке. Обычно их количество не превышает двух. Их располагают в диагонально расположенных углах кокиля.