Литье в кокиль, литье под давлением, литье вакуумным всасыванием и выжиманием

Отливки, получаемые этими методами, характеризуются повышенной точностью размеров, пониженной шероховатостью поверхности, уменьшенными припусками на механическую обработку, а при литье под давлением – даже возможностью получать детали, не нуждающиеся в механической обработке.

Литье в кокиль.Кокиль – это металлическая многоразовая форма, используемая для получения отливок массой до 2000 кг. Кокили изготавливают из чугуна, стали и др. металлов методами литья, порошковой металлургии и механической обработки. Стержни для кокилей делают из стали (многоразовые) или стержневой смеси (одноразовые). Перед заливкой металла на рабочие поверхности полости кокиля наносят теплозащитные покрытия толщиной 0,3–0,8 мм, поэтому этим способом можно получать отливки из любых черных и цветных металлов. В зависимости от литьевого металла и толщины стенок будущей отливки кокиль перед заливкой подогревают до 150–350°С. После кристаллизации отливки кокиль раскрывают и из него выталкивают отливку. Затем процесс повторяют. Из отливок удаляют стержни, отделяют литниковую систему, полученные заготовки подвергают термической обработке, зачищают поверхности и передают на механическую обработку. Достоинство литья в кокиль заключается в первую очередь в возможности обеспечить высокую производительность литейного процесса. Кокильное литье легко механизировать и автоматизировать. Распространение этого способа литья несколько ограничивается высокой стоимостью изготовления кокилей и сложностью получения тонкостенных отливок вследствие значительной теплопроводности металлических кокилей и быстрой кристаллизации металла.

Литье под давлением.Характеризуется принудительным заполнением формы расплавом под избыточным давлением на него. Металлические формы для литья под давлением, называемые пресс-формами, имеют более сложную конструкцию и их изготовляют более тщательно, чем кокили. В связи с высокими нагрузками при эксплуатации пресс-формы и стержни для литья под давлением выполняются из стали (или даже из твердых сплавов). Для проведения процесса используют специальные машины с вертикальной или горизонтальной камерой прессования, которая может быть горячей или холодной. Схема получения отливки в машине с горизонтальной холодной камерой прессования поршневого типа приведена на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Схема литья под давлением в машине с горизон­тальной холодной камерой прессования: 1 – стержень; 2, 8 – неподвижная и подвижная половины пресс-формы; 3 – рабочая полость пресс-формы; 4 – ковш с расплавом; 5 – струя заливаемого расплава; 6 – камера прессования; 7 – поршень; 9 – выталкиватель; – направление запрессовки металла

Технология литья под давлением обычно включает в себя следующие операции: подогрев пресс-формы до 120–300°С для снижения температурного перепада процесса литья и повышения разгаростойкости; смазка – опрыскивание рабочей полости 3 пресс-формы разделительным составом; соединение половин пресс-формы 2 и 8, установка стержня 1; заливка расплава 5 через окно камеры 6 прессования и создание давления на металл со стороны поршня 7 (запрессовка металла). После кристаллизации и охлаждения металла отливки до заданной температуры, извлекается стержень, пресс-форма раскрывается и готовая отливка с помощью выталкивателя 9 извлекается из формы.

Производительность современных машин для литья под давлением достигает 60 запрессовок в минуту. Литье под давлением применяется для получения отливок самой сложной формы с очень тонкими стенками (от 0,4 мм для сплавов на основе цинка), с высокой чистотой поверхности (Rz = 10–40 мкм) и наибольшей точностью размеров (8–13 квалитеты).

Литье под давлением широко применяется в серийном и массовом производстве тонкостенных отливок из цветных сплавов. В машиностроении метод литья под давлением применяют для изготовления широкой номенклатуры корпусных отливок, в том числе в автомобилестроении для блоков цилиндров, картеров и т.п.

К основным недостаткам рассматриваемого метода относятся невозможность получения крупногабаритных отливок и их газовая пористость (из-за быстрого заполнения формы и затрудненного выхода газов), что ведет к снижению плотности, механических свойств и ограничивает возможности упрочнения сплавов термической обработкой из-за вспучивания газовых пузырей. С увеличением температуры заливки резко снижается стойкость пресс-форм. Они выдерживают 150–300 тыс. запрессовок при литье сплавов алюминия; 50–80 тыс. – магния; 5–10 тыс. – меди.

Литье вакуумным всасываниемпроисходит под действием разряжения, создаваемого в полости литейной формы, в результате чего расплав надежно заполняет ее и затвердевает, образуя требуемую заготовку. Скорость заполнения формы расплавом можно регулировать, изменяя разность атмосферного давления и давления внутри формы. При таком способе литья толщина стенок отливки может составлять до 1–1,5 мм, резко снижается газовая пористость, повышаются герметичность, механические свойства и точность заготовок.

Литье выжиманием предназначено для получения тонкостенных крупногабаритных отливок (в основном, из алюминиевых и магниевых сплавов) посредством свободной заливки расплава (через металлоприемник) в раскрытую литейную форму с последующим заполнением металлом всей ее рабочей полости за счет сближения полуформ. При этом избыток металла выжимается в приемный ковш. Преимуществом способа является возможность получения крупногабаритных тонкостенных отливок и снижение потерь металла из-за отсутствия литниковой системы.