СОДЕРЖАНИЕ
1 Сущность процесса. Основные операции. Область использования…………………………….3
1.1 Основные операции технологического процесса…………………………………………...3
1.2 Особенности формирования и качество отливок…………………………………………...4
1.3 Эффективность производства и область применения……………………………………...4
1.4 Классификация конструкций кокилей……………………………………………………… 5
2 Элементы конструкции кокилей…………………………………………………………………..5
3 Материалы для кокилей……………………………………………………………………………5
4 Изготовление кокилей……………………………………………………………………………...5
5 Стойкость кокилей и пути ее повышения………………………………………………………...6
6 Финишные операции и контроль отливок из цветных сплавов………………………………....6
7 Дефекты отливок из цветных сплавов и меры их предупреждения…………………………….6
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ. ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Кокиль (от франц. coquille) — металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В отличие от разовой песчаной формы кокиль может быть использован многократно. Таким образом, сущность литья в кок и ли состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм, металлические части которых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки[2].
Кокиль (рис. 1) обычно состоит из двух полуформ 1, плиты 2, вставок 10. Полуформы взаимно центрируются штырями 8, и перед заливкой их соединяют замками 9. Размеры рабочей полости 13 кокиля больше размеров отливки на величину усадки сплава. Полости и отверстия в отливке могут быть выполнены металлическими 11 или песчаными 6 стержнями, извлекаемыми из отливки после ее затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Расплав заливают в кокиль через литниковую систему 7, выполненную в его стенках, а питание массивных
узлов отливки осуществляется из прибылей (питающих выпоров) 3. При заполнении кокиля расплавом воздух и газы удаляются из его рабочей полости через вентиляционные выпоры 4, пробки 5, каналы 12, образующие вентиляционную систему кокиля.
Основные элементы кокиля — полуформы, плиты, вставки, стержни т. д.— обычно изготовляют из чугуна или стали. Выше рассмотрен кокиль простой конструкции, но в практике используют кокили различных, весьма сложных конструкций.
1.1 Основные операции технологического процесса. Подготовка к работе[1,2]:
- поверхность рабочей полости и разъем тщательно очищают от следов загрязнений, ржавчины, масла; проверяют легкость перемещения подвижных частей, точность их центрирования, надежность крепления.
- нанести слой огнеупорного покрытия (рис. 2, а) — облицовки и краски. Облицовки и краски выполняют две функции: защищают поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой и позволяют регулировать скорость охлаждения отливки, а значит, и процессы ее затвердевания, влияющие на свойства металла отливки.
Перед нанесением огнеупорного покрытия кокиль нагревают газовыми горелками или электрическими нагревателями до температуры 423—453 К. Краски наносят на кокиль обычно через пульверизатор.
- нагревание до рабочей температуры, зависящей в основном от состава заливаемого сплава, толщины стенки отливки, ее размеров, требуемых свойств. Обычно температура нагрева кокиля перед заливкой 473—623 К.
- в кокиль устанавливают песчаные или керамические стержни (рис. 2, б), если таковые необходимы для получения отливки; половины кокиля соединяют (рис. 2, в) и скрепляют специальными зажимами, а при установке кокиля на кокильной машине с помощью ее механизма запирания, после чего заливают расплав в кокиль.
- после того как отливка приобретет достаточную прочность, металлические стержни «подрывают», т. е. частично извлекают из отливки (рис. 2, г) до ее извлечения из кокиля. Это делают для того, чтобы уменьшить обжатие усаживающейся отливкой металлического стержня и обеспечить его извлечение из отливки.
- после охлаждения отливки до заданной температуры кокиль раскрывают, окончательно извлекают металлический стержень и удаляют отливку из кокиля (рис. 2, д). Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли, выпоры, контролируют качество отливки. Затем цикл повторяется.
- перед повторением цикла осматривают рабочую поверхность кокиля, плоскость разъема. Обычно огнеупорную краску наносят на рабочую поверхность кокиля 1—2 раза в смену.
Кокиль используется многократно.
1.2 Особенности формирования и качество отливок. Взаимодействия с металлом отливки.
1 Высокая эффективность теплового взаимодействия между отливкой и формой: расплав и затвердевающая отливка охлаждаются в кокиле быстрее, чем в песчаной форме, 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, снижается ударная вязкость, износостойкость, резко возрастает твердость в отбеленном поверхностном слое, что затрудняет обработку резанием таких отливок и приводит к необходимости подвергать их термической обработке (отжигу) для устранения отбела.[2]
2 Кокиль практически неподатлив и более интенсивно препятствует усадке отливки, что затрудняет извлечение ее из формы, может вызвать появление внутренних напряжений, коробление и трещины в отливке.
При литье в кокиль отсутствуют погрешности. Поэтому отливки в кокилях получаются более точными. Точность отливок в кокилях обычно соответствует 12—15-ам квалитетам по СТ СЭВ 145—75.
3 Отливки в кокиль не имеют пригара. Шероховатость поверхности отливок определяется составами облицовок и красок, наносимых на поверхность рабочей полости формы, и соответствует Rz = 80-10 мкм, но может быть и меньше.
4 Кокиль практически газонепроницаем. Однако газовые раковины в кокильных отливках — явление не редкое.
1.3 Эффективность производства и область применения. Преимущества литья в кокиль на основе производственного опыта.
- Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок от пригара и 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, увеличить съем отливок с 1 м площади цеха.
- 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 работающих операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей среды.
- При литье в кокиль устраняется сложный для автоматизации процесс изготовления литейной формы. Вместе с тем устраняется ряд возмущающих факторов, влияющих па качество отливок при литье в песчаные формы, таких, как влажность, прочность, газопроницаемость формовочной смеси, что делает процесс литья в кокиль более управляемым. Для получения отливок заданного качества легче осуществить автоматическое регулирование технологических параметров процесса.
Недостатки литья в кокиль:
- Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его
изготовления.
- Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле. От стойкости кокиля зависит экономическая эффективность процесса особенно при литье чугуна и стали, и поэтому повышение стойкости кокиля является одной из важнейших проблем технологии кокильного литья этих сплавов.
- ложность получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы — делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.
- Отрицательное влияние высокой интенсивности охлаждения расплава в кокиле по сравнению с песчаной формой. Это ограничивает возможность получения тонкостенных протяженных отливок, а в чугунных отливках приводит к отбелу поверхностного слоя, ухудшающему обработку резанием; вызывает необходимость термической обработки отливок.
- Неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам.
Преимущества и недостатки этого способа определяют рациональную область его использования: экономически целесообразно вследствие высокой стоимости кокилей 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 алюминиевых — не менее 400—700 отливок в год[2].
1.4 Классификация конструкций кокилей. В зависимости от расположения поверхности разъема кокили бывают: неразъемные (вытряхные); с вертикальной плоскостью разъема; с горизонтальной плоскостью разъема; со сложной (комбинированной) поверхностью разъема.
Неразъемные, или вытряхные, кокили применяют в тех случаях, когда конструкция отливки позволяет удалить ее вместе с литниками из полости кокиля без его разъема. Обычно эти отливки имеют достаточно простую конфигурацию.
Кокили с вертикальной плоскостью разъема состоят из двух или более полуформ. Отливка может располагаться целиком в одной из половин кокиля, в двух половинах кокиля, одновременно в двух половинах кокиля и в нижней плите. 
Кокили с горизонтальным разъемом применяют преимущественно для простых по конфигурации, а также крупногабаритных отливок, а в отдельных случаях для отливок достаточно сложной конфигурации.
Кокили со сложной (комбинированной) поверхностью разъема используют для изготовления отливок сложной конфигурации.
В зависимости от способа охлаждения различают кокили с воздушным (естественным и принудительным), с жидкостным (водяным, масляным) и с комбинированным (водо-воздушным и т. д.) 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[2].