Кокиль (литьё)

Кокиль (литьё)

Коки́ль (фр.  coquille , англ.  chill mould ) — разборная форма для литья. Обычно изготавливается из металла и могут выдерживать от 100 до 10 000 заливок.

Могут быть изготовлены без разъёма, с одним или несколькими разъёмами использоваться для литья многократно.

В кокилях получают отливки из чугуна, стали, меди, латуни, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Толщина стенок полученных отливок около 5 мм, 12-14 квалитета точности и массой до 200 кг.

Широко используется при серийном производстве в металлургии.

Технология литья в кокиль

В предварительно нагретую форму — кокиль — заливают металл. Неразъемный вариант представляет собой цельную конструкцию, а разъемный кокиль включает в себя 2 полуформы, плиту и вставку. Разъемные формы закрывают замками, а для выравнивания и центровки используют специальные штыри.

Этапы изготовления отливок литьем в кокиль

1) Подготовка. На этом этапе проводят ряд действий:

• Поверхность очищают от грязи, пыли, ржавчины, масла.
• Предварительно форму нагревают до 150-180 °С.
• Наносят покрытие для термоизоляции. Покрытием служат огнеупорные материалы: асбест, карбид, шамот, графит, тальк. Это помогает избежать образования раковин, скопления газа. Отливка не пригорает к кокилю.
• Покрытие слоем краски. Этот шаг нужен для правильной скорости охлаждения и затвердевания металла. Слишком быстрое охлаждение негативно влияет на качество отливки.

2) Выставление втулок и стержней.

3) Закрытие всех запорных элементов кокиля.

4) Металл заливают в литник.

5) Кокиль и отливку охлаждают.

6) Форму открывают.

7) Отливку достают из кокиля.

8) Литники и промывники удаляют.

Литье в кокиль под давлением

Этот метод используют для создания деталей без дальнейшей механической обработки. Так производят отливки с тонкими стенками, сложной формы. Метод используют для сплавов на основе меди, цинка, олова, алюминия, магния. Форму заполняют расплавленным металлом под давлением, после чего процесс аналогичен обычному литью. Это экономичный и производительный метод.

Применение стержней в разъемных формах

Для чего используют

Отливки простой конфигурации

Разъемный механический стержень

Изготовление полостей сложной формы

Создание замкнутых полостей

Нестандартные по форме отливки

Для создания сложных отливок с нестандартными очертаниями используют комбинацию песчаных и стальных стержней.

Алюминий продолжает оставаться доступным металлом, активно используемым для изготовления самых разнообразных деталей и конструкций.
Выбор технологии и способов литья зависит от требований к качеству, необходимых характеристик и линейных размеров будущих изделий.

Наиболее популярные способы:

Литьё под давлением — применяется для выпуска заготовок хорошего качества, с точными геометрическими формами.

Эта технология позволяет создавать изделия различных конструкций с минимально тонкими гладкими стенками.

Рис.3. Заливка расплава в кокиль.

Металл для литья

Для обработки металла методом литья важна его текучесть. В расплавленном виде жидкий металл или сплав должен легко перетекать из одной формы в другую, заполняя все выемки. Чем выше текучесть материала, тем тоньше и сложнее изделия из него можно отливать. Сплавы с низкой текучестью схватываются и затвердевают раньше, чем заполняется отливная форма. Показатель текучести металла зависит от температуры и давления, например, литая сталь становится текучей для литья под давлением 7500 кг/см². Хорошие показатели текучести у чугуна, меди, свинца. Именно эти материалы используются для отлива изделий в промышленном производстве и в кузницах.

Устаревшая технология литья

«Земляной» метод — самая простая и древняя технология литья. Суть метода заключается в том, что жидкий металл заливается в специальную форму, собранную из двух половинок. Нагревание металла до состояния текучести осуществляется в вагранках — печах для чугуна или в домнах — печах для стали. Для расплава материала также используются инвенторные, мартеновские и другие виды печей. Перед заливкой расплава формы наполняют формовочной смесью. Если в готовом изделии предусмотрены пустоты, то в этих местах устанавливаются стержни. Поверхности формы, с которыми контактирует жидкий металл, обрабатываются специальной краской, которая предотвращает химические реакции между формовочной смесью и расплавом.

Жидкий металл заливается в формы ковшом, если речь идет о кустарном литье, или конвейером. Расплав заполняет форму и остывая приобретает нужную конфигурацию. После полного остывания половинки формы разъединяются, с готового изделия удаляется окалина, остатки формовочной смеси.

Несмотря на то, что «земляной» метод литья имеет множество недостатков: низкая производительность, возможность отливки только простых форм, энергоемкость, вредность производства, именно этим способом были отлиты практически все советские танки времен ВОВ. В настоящее время «земляной» метод используется преимущественно в частных кузнях, изготавливающих простые изделия домашнего обихода. В промышленном производстве используются более совершенные литьевые технологии, позволяющие получать качественные и сложные по конфигурации изделия.

Современные технологии литья

Новые технологии позволяют создавать отливки, к которым предъявляют высокие требования по экологичности, толщине стенок, точности размеров. Основные требования к отливкам, независимо от технологии их изготовления, устанавливает ГОСТ Р 53464-2009.

Литье в ХТС

Другое название технологии — литье в кокиль. Технология похожа на традиционное «земляное литье. Для создания металлического изделия изготавливается кокиль — разборная форма. Но в отличие от устаревшего метода в кокиль заливают не расплав, холодно-твердеющую смесь (ХТС), не требующую предварительного нагрева в печах. В состав ХТС входят отвердители, поэтому залитая смесь набирает нужную прочность на воздухе в течение 10-20 минут. При изготовлении объемных металлических конструкций для ускорения твердения кокиль с залитой ХТС продувают струями воздуха.

После затвердевания ХТС кокиль раскрывается, а готовое изделие извлекается из него и отправляется на обжиг для удаления с поверхности карбидов. Кокиль можно использовать много раз, но его изготовление обходится недешево. Поэтому технология литья ХТС применяется при изготовлении серийных и крупносерийных изделий, у которых соотношение массы кокильной формы к массе самого изделия не превышает 3:1.

Литье ХТС используется для изготовления отливок из чугуна, стали, вольфрамовых, магниевых, алюминиевых сплавов. Технология позволяет получить отливки с гладкой или мелкозернистой поверхностью. По технологии литья ХТС изготавливает 45% металлических изделий и конструкций.

• отливки 7-го класса точности по ГОСТ Р 53464-2009;
• высокое качество поверхности;
• отсутствие газовых дефектов;
• отсутствие мелких включений и засоров в отливке;
• высокая герметичность изделий;
• высокая производительность.

Недостатком технологии считается невозможность литья материалов с невысокими показателями текучести, например, некоторых марок стали.

Литье по газифицируемым моделям

По качеству получаемой отливки, энергозатратам и производительности этот способ считается оптимальным. Технология литья по газифицируемым моделям позволяет изготавливать металлические конструкции без ограничений по массе, объему или линейным размерам. Вместо формы или кокиля в этом случае используются модели из пенополистирола или другого синтетического материала. Перед заливкой металлического расплава модель под давлением 50 кПа обрабатывают мелкофракционной песчаной смесью. Горячий металл при заливке в модели газифицирует пенополистирол и заполняет образующиеся в нем пустоты. Выделяемые в ходе газификации летучие вещества отводятся специальной вакуумной системой. Расплавленный материал заполняет модель и принимает ее форму. Остывание расплава происходит в течение 5-7 минут. Остывшие изделия извлекаются и очищаются от антипригарного покрытия.

Литье по газифицируемым моделям может использоваться для стали марок: 25Л, 35Л, 45Л, 40Х9С2Л, 30ХНЛ, 35ХМЛ, 40Х24Н12СЛ, 20Х25Н19С2Л, 40Х23Н10СЛ, 110Г13Л и многих других. Способ подходит для литья чугуна марок: ВЧ40, ЧХ16М2, ЧХ28, СЧ15, СЧ18, ЧХ30, сплавов меди, бронзы, алюминия и пр. Точность полученных отливок в зависимости от размеров соответствует 6-10 классу по ГОСТ Р 53464-2009.

• возможность изготовления деталей массой от 100 г до 10 тонн;
• низкая энергоемкость и себестоимость;
• не требуется сложная обработка готовых изделий;
• минимальная шероховатость поверхности;
• высокая скорость отливки при низкой трудоемкости.

Литье металла по газифицируемым моделям — высокотехнологичный способ изготовления деталей, которые требуют высокой точности. Именно этот метод литья используют в судостроении, авиастроении.

Литье под давлением

Технология ЛПД используется преимущественно для изготовления мелких и средних тонкостенных деталей для ПК, телефонов, бытовой техники. В России литье под давлением широко применяется в машиностроении, станкостроении. Масса отлитых изделий — от нескольких граммов до 50 кг. Для отливки используются формы из высокомарочной стали. Форма может иметь очень сложную конструкцию, в т. ч. многоступенчатую. Жидкий металл заливается в форму под давлением, которое создает мощное нагнетательное оборудование.

Метод литья под давлением используется для алюминиевых, медных, оловянно-свинцовых сплавов. Температура плавления у этих материалов относительно невысокая, поэтому способ считается высокопроизводительным и малозатратным.

• низкая металлоемкость, экономный расход металла;
• высокое качество поверхности;
• отсутствие финишной обработки изделий.

Точность отливок ЛПД зависит от качества формы, мощности нагнетательного оборудования, физических свойств металла.

Литье по выплавляемым моделям

При использовании этой технологии заливка металла выполняется в формы из парафина или воска, которые помещаются в первичную заготовку. Горячий сплав растворяет парафин и заполняет объем первичной заготовки. Особенность этого метода заключается в том, что полученную конструкцию не нужно извлекать из опоки. Готовые детали имеют высокоточные размеры и идеально ровную поверхность.

Литье в оболочковые формы

Технология применяется для отливки изделий, прочность для которых не важна. Расплав заливается в оболочковую форму из синтетического материала, которая формируется под действием высокого давления и температуры. Оболочка упрочняется металлическим кожухом. Способ используется для отливки деталей простой конфигурации и массой до 25 кг.

Электрошлаковое литье

Инновационная технология, которая только начинает использоваться для массового производства отливок простых форм без особых требований к точности.

Расплав металла при этом способе получают путем воздействия на сырье электродуговыми разрядами высокой мощности. Для плавки железа электродуга не используется: материал плавится под действием тепла, выделяемого шлаком на который действуют разряды.

Центробежное литье

Жидкий металл выливается в форму, которая вращается одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Под действием центробежных сил металл равномерно распределяется по форме, что обеспечивает тонкостенность и высокое качество. Технология центробежного литья применяется при производстве труб.

Вакуумное литье

Технология применяется для работы с «элитными» металлами, такими как бронза, титан, высокомарочная сталь. Металл расплавляется в условиях вакуума, чтобы не допустить попадания инородных включений. Затем нагнетательным оборудованием расплав подается в форму, которая предварительно также вакуумируется. Изделия, полученные вакуумным литьем, отличаются высокой чистотой, а их масса не превышает 100 кг.

Обзор некоторых вариантов производственных комплексов «под ключ»

Прессовая машина для литья металла. Она предназначена для работы с пресс-формами и наиболее часто используется при изготовлении деталей из цветного металла. Характеристики:

• создаваемое давление – от 33 до 135 МПа;
• потребляемая мощность – 30 кВт/ч;
• максимальный вес одной отливки – 6 кг (алюминий);
• стоимость – 700 000 рублей.

Машинный комплекс «под ключ» PR-1000 от компании АБ Универсал предназначен для отливки цветных металлов, характеризуется полной расплавкой, бесшлаковым литьем, точным наполнением пресс-форм – это обеспечивает высокое качество готовых изделий. Характеристики:

• объем тигля – до 2000 см 3 ;
• максимальная масса одной отливки – до 5,4 кг (алюминий);
• максимальная высота опоки – 400 мм;
• диаметр опоки – до 500 мм;
• мощность – 30 кВт;
• габариты – 2000*1500*850 мм;
• стоимость – 1 500 000 рублей.

Производственный комплекс DTC-280 «под ключ» от компании Глобал-Маш предназначен для изготовления литых изделий из цветных металлов. Технические характеристики:

• размеры форм – от 250 до 680 мм;
• давление прессования – до 188,4 МПа;
• площадь отливки – до 290 см 3 ;
• мощность – 18,5 кВт;
• габариты – 2560*1410*6420 мм;
• вес – 11500 кг;
• стоимость – 6 000 000 рублей.

Сталь и чугун

Отливка в кокиль стали и чугуна происходит с использованием пылевидного кварца, графита, жидкого стекла и огнеупорной глины в качестве огнеупорного покрытия. Перед заливкой кокиль должен быть нагрет до определенной температуры, которая зависит от толщины стенок отливки и используемого сплава.

Главное требование, которому должен отвечать материал кокиля, — это устойчивость к теплоударам, неизбежным при заливке расплавленного металла. Для изготовления форм используют серый чугун, высокопрочный чугун, конструкционную, углеродистую и легированную сталь, а также сплавы меди и алюминия.

Уход за «Кампосудой»

Хотя чугунная посуда и известна своей долговечностью, за ней также требуется правильный уход. Чугун рекомендуется мыть мягкой губкой с помощью моющих средств с щадящим составом. Использование абразивных моющих средств приводит к разрушению образовавшегося антипригарного покрытия. Мыть чугун необходимо только вручную, использование посудомоечной машины запрещено. После мытья важно тщательно просушить посуду, для этого рекомендуется поставить посуду на сильный огонь на пару минут и дождаться ее полного высыхания. Если вы помыли чугун абразивным моющим средством или жесткой щеткой, то посуду рекомендуется прокалить заново, так как защитный слой мог стереться.

Чугун рекомендуется мыть мягкой губкой с помощью моющих средств с щадящим составом.

Чугунная посуда производства компании «Камская посуда» отличается долговечностью, практичностью, химической инертностью. «Кампосуда» предлагает широкий ассортимент продукции, в котором каждый найдет необходимую для себя вещь. Важно лишь обеспечить правильное использование и качественный уход за посудой из этого материала, чтобы камские чугунные сковороды служили вам долгие годы.