Литьё цветных металлов в металлические формы - кокили

которая снижает механические свойства и герметич¬ность отливок. Образующаяся на поверхности расплава пленка окислов при заполнении формы может разрушаться и попадать в тело отливки, снижая ее механические свойства и герметичность. При высоких скоростях движения расплава в литниковой системе пленка окислов, перемешиваясь с воздухом, образует пену, попа¬дание которой в полость формы приводит к дефектам в теле от¬ливок.

Влияние кокиля на свойства отливок. Интенсивное охлаждение расплава и отливки в кокиле увеличивает скорость ее затвердева¬ния, что благоприятно влияет на структуру — измельчается зерно твердого раствора, эвтектики и вторичных фаз. Структура силу¬минов, отлитых в кокиль, близка к структуре модифицированных сплавов; снижается опасность появления газовой и газоусадочной пористости, уменьшается вредное влияние железа и других при¬месей. Это позволяет допускать большее содержание железа в алюминиевых отливках, получаемых в кокилях, по сравнению с отливками в песчаные формы. Все это способствует повышению механических свойств отливок, их герметичности.

Кокили для литья алюминиевых сплавов применяют массив¬ные, толстостенные. Такие кокили имеют высокую стойкость и большую тепловую инерцию: после нагрева до рабочей тем¬пературы они охлаждаются медленно. Это позволяет с большей точностью поддерживать температурный режим литья и получать тонкостенные отливки. Для отливок сложной конфигурации ис¬пользуют кокили, имеющие системы нагрева или охлаждения отдельных частей. Это дает возможность обеспечить направлен¬ное затвердевание и питание отливок. Для получения точных отливок рабочую полость кокиля обычно выполняют обработкой резанием.

Положение отливки в форме должно способствовать ее направленному затвердеванию: топкие части отливки распола¬гают внизу, а массивные вверху, устанавливая на них прибыли и питающие выпоры.

Литниковая система должна обеспечивать спокойное, плавное поступление расплава в полость формы, надежное улавливание окисных плен, шлаковых включений и предотвратить их образова¬ние в каналах литниковой системы и полости кокиля, способст¬вовать направленному затвердеванию и питанию массивных узлов отливки.

Используют литниковые системы с подводом расплава сверху, снизу, сбоку, комбинированные и ярусные (рис. 2.15, а).

Литниковые системы с верхним подводом ис¬пользуют для невысоких отливок типа втулок и колец (I, 1—3). Такие литниковые системы просты, позволяют достичь высокого коэффициента выхода годного. Заливка с кантовкой кокилей с такой литниковой системой обеспечивает плавное заполнение формы и способствует направленному затвердеванию отливок.

Литниковые системы с подводом расплава снизу используют для отливок корпусов, высоких втулок, кры¬шек (II, 1—3). Для уменьшения скорости входа расплава в форму стояк делают зигзагообразным (II, 1), наклонным (II, 2). Для задержания шлака устанавливают шлакозадерживающие бобыш¬ки Б (II, 1); для удаления первых охлажденных порций расплава, содержащих шлаковые включения, используют промывники П (II 3).

Литниковые системы с подводом расплав, а сбоку через щелевой литник (III, 1—3), предложен¬ные акад. А. А. Бочваром и проф. А. Г. Спасским, сохраняют ос¬новные преимущества сифонной заливки и способствуют направ¬ленному затвердеванию Отливки. На практике используют несколь¬ко вариантов таких систем. Стояки выполняют также наклонными или сложной формы, так называемые гусиные шейки. Эти стояки снижают скорость, исключают захват воздуха, образование шла ков и пены в литниковой системе, обеспечивают плавное заполне¬ние формы расплавом. При заливке крупных отливок обязатель¬ным элементом литниковой системы является вертикальный канал, являющийся коллектором.

I 1 2

II 1 2 3

III 1 2 3

IV 1 2 3

V 1 2 3

Расплав (рис. 2.15,6) из чаши / поступает в зигзагообразный стояк 2, а из него — в вертикальный канал 3 — колодец — и вер¬тикальный щелевой питатель 4, Соотношение площадей попереч¬ных сечений элементов литниковой системы подбирают так, чтобы уровень расплава в форме во время ее заполнения был ниже уровня в канале 3; верхние порции расплава должны сливаться в форму и замещаться более горячим расплавом. Размеры кана¬ла 3 и питателя 4 назначают сообразно с толщиной стенки отливки 5; чтобы избежать усадочных дефектов в отливке, расплав в кана¬ле 3 и питателе 4 должен затвердевать позже отливки. Недоста¬ток литниковой системы — большой расход металла на литники и сложность отделения их от отливки.

Литниковые системы с комбинированным под¬водом используют для сложных отливок (см. рис. 2.15,а IV, 1—3). Нижний питатель способствует спокойному заполнению формы, а верхний подает наиболее горячий расплав под прибыль, улучшая ее питающее действие.

Ярусные литниковые системы используют для улуч¬шения заполнения формы тонкостенных сложных или мелких отливок (V, 1—3).

Размеры элементов литниковых систем для отливок из алюми¬ниевых и магниевых сплавов определяют, исходя из следующих положений: значения критерия Re для различных элементов лит¬никовой системы (стояка, коллектора, питателей) не должны превосходить гарантирующих минимальное попадание окислов и неметаллических включений в форму вследствие нарушении сплошности; скорость движения расплава в форме должна обес¬печить ее заполнение без образования в отливке неслитин и спаев.

Ниже приведены максимальные допустимые значения кри¬терия Re = ud/v для различных элементов литниковых систем, по данным Н. М. Галдина и Е. Б. Ноткина [8]:

Стояк

Коллектор

Питатели

Форма:

простая .

сложная 43500—48300

28000—33800

7800—5300

2600—1350

780

Из приведенных данных следует, что для получения качест¬венных отливок скорость движения расплава должна убывать от сечения стояка к питателю. Поэтому для отливок из алюми ниевых сплавов применяют расширяющиеся литниковые системы с соотношением

fc:fк:fп=l:2:3 или 1:2:4, (2.1)

где fc, fк, fn — площади поперечного сечения стояка, коллектора, питателя соответственно.

Для крупных (50—70 кг) и высоких (750 мм) отливок fc:fк:fп=1:3:4 или 1:3:5.

Для определения среднего значения минимально допустимой скорости подъема расплава в форме иф используют различные теоретические и экспериментальные зависимости, учитывающие химический состав сплава, конфигурацию отливки, температуру формы и сплава и т. д. Наиболее простой, но достаточно точной, является зависимость, установленная А. А. Лебедевым [8],

uф =(3,0÷4,2)/lo, (2.2)

где uф — начальная скорость подъема расплава в форме, см/с; lо — характерная толщина стенки отливки, см; при отношении Hо/lо50 — большие его значения; Н0 — высота отливки без прибылей и выпоров.

При литье мелких и средних отливок в кокиль площадь попе¬речного сечения стояка определяют по формуле

(3,0÷4,2) , (2.3)

где G — масса отливки, г; — плотность сплава, - скорость движения расплава в узком сечении стояка, см/с.

Скорость определяют по формуле , где расчетный напор, определяют по известным формулам [4]; — коэффициент расхода, принимают [4]: = 0,65÷0,76 для нижнего подвода; ==0,7÷0,8 для ярусной системы; = 0,56÷0,67 для комбинированного способа подвода. Меньшие значения прини¬мают для пониженных температур заливки.

Определив по формуле (2.3) , по соотношению (2.1) находят площади поперечного сечения остальных элементов литниковой системы. В кокиле выполняют каналы литниковой системы в соот¬ветствии с минимальными расчетными размерами, которые при доводке технологии отливки в случае необходимости увеличивают.

При литье крупных, сложных отливок для определения разме¬ров литниковой системы пользуются специальными методами [8].

Технологические режимы литья назначают в зависимости от свойств сплава, конфигурации отливки и предъявляемых к ней требований.

Состав и толщину слоя краски на поверхности рабочей полости кокиля назначают в соответствии с рекоменда¬циями табл. 2.3. Для регулирования скорости отвода теплоты от различных частей отливки толщину и свойства огнеупорных покры¬тий в разных частях кокиля часто делают различными. Для1 окраски в этом случае используют трафареты. Поверхности кана¬лов литниковой системы покрывают более толстым слоем красок с пониженной теплопроводностью, а поверхности прибыльных час¬тей иногда оклеивают тонколистовым асбестом (клеем служит жидкое стекло).

Температуру нагрева кокиля перед заливкой прини-мают, руководствуясь данными табл. 2.4.

Температурузаливки расплава в кокиль назначают в зависимости от химического состава сплава, толщины стенки отливки и ее размеров. Для силуминов типа АЛ2, АЛ4, АЛ9 ее принимают равной 973—4023 К, для широкоинтервальных сплавов типа АЛ 19, обладающих пониженной жидкотекучестью,— рав¬ной 993—1043 К.

Продолжительность выдержки отливки в ко¬киле назначают с учетом ее размеров и массы. Обычно отливки охлаждают в форме до температуры 650 К. Продолжительность охлаждения отливки до температуры выбивки определяют рас¬четом по известным формулам [2, 14] и окончательно коррек¬тируют при доводке технологического процесса.

Отливки из магниевых сплавов

Литейные свойства. Магниевые литейные сплавы по сравнению с алюминиевыми обладают худшими литейными свойствами: пониженной жидкотекучестью, большой (1,2—1,5%) усадкой, склонностью к образованию горячих трещин, пониженной гер¬метичностью