Кокиль - это что такое?

Кокиль - это многоразовая форма для заливки металла. Она может быть как разъемной (состоять из двух частей), так и нет (вытряхной кокиль). Кокильное литье имеет ряд преимуществ перед оболочковым, однако есть и некоторые недостатки, к примеру, при литье чугуна отливки требуют дополнительной термической обработки.

Преимущества

Во время формирования отливки происходит интенсивная передача тепла из расплавленного металла в кокиль. Это в итоге дает более высокую плотность, лучшие механические свойства металла, высокую точность, лучшую структуру и меньшую шероховатость по сравнению с отливками из песчаных форм.

Процесс литья в кокиль отличается еще и тем, что металлическую форму (кокиль) можно использовать многократно. Она делается из материала высокой прочности, за счет чего рабочая поверхность формы выполняется более точно. Это повышает качество поверхности отливок, а за счет высокой теплопроводности кокиля отливки быстро застывают.

Еще одно преимущество кокильного литья перед использованием песчаных форм - это меньшая степень дальнейшей механической обработки получаемых отливок, а это сокращает расход материалов на формовку.

Здоровье и экология

Литье в кокиль в 2-3 раза повышает производительность труда, ведь из процесса исключаются такие трудоемкие операции, как подготовка смеси, очистка и формовка изделий. Так как производственные площади тоже снижаются, затраты на ремонт и строительство новых цехов становятся существенно меньше.

Из процесса устраняются многие вредные для здоровья рабочих операции, такие как выбивка форм, очистка отливок и их обрубка. Это способствует не только улучшению условий на производстве, но и уменьшению загрязнения окружающей среды.

Недостатки

Изготовление кокиля обходится достаточно дорого ввиду трудоемкости самого процесса. При наличии в отливках поднутрений стоимость кокиля увеличивается из-за необходимости усложнения конструкции: используются вставки, одноразовые песчаные и разъемные металлические стержни.

Срок работы кокиля определяется количеством отливок хорошего качества, которые в нем можно получить. Стойкость формы определяет экономическую целесообразность процесса, особенно в процессе литья стали и чугуна. Повышение срока эксплуатации кокилей является одной из главных технологических задач в этой сфере производства.

Из-за быстрого остывания и загустения расплава осложняется получение длинных тонкостенных изделий при литье в кокиль. Это приводит также к тому, что чугунные отливки приобретают твердый, отбеленный слой. Форма податлива, это может привести к образованию напряжений и трещин в отливках. При использовании одноразовых песчаных стержней снижается точность отливок, повышается шероховатость поверхности в месте контакта со стержнем.

Качество отливок

Отливка и форма взаимодействуют с высокой эффективностью. Отливка затвердевает и остывает в песчаной форме гораздо дольше, чем в кокиле, однако заполняемость у песчаной формы обычно лучше, что делает более трудоемким процесс производства путем кокильного литья отливок из нетекучих сплавов, а также вносит ограничения в такой параметр, как размер отливки и минимальная толщина стенки. Литье алюминия в кокиль (а также меди и других цветных металлов) является самым востребованным в России.

Однако в результате быстрого охлаждения можно получать непористую, мелкозернистую структуру, что увеличивает не только прочность, но и пластичность полученной отливки. При изготовлении изделий из чугуна путем кокильного литья возникает ряд проблем: из-за своеобразной кристаллизации в отливках возможно образование карбидов, феррито-графитной эвтектики. Это снижает ударную вязкость и износостойкость чугуна. Отбеленный поверхностный слой в таких отливках очень тверд, вследствие чего изделия пригодны для обработки резанием только после термической обработки (отжига), которая устраняет отбел.

Строение формы

Кокиль - это, как правило, две полуформы, которые крепятся фиксаторами (штырями), а непосредственно перед началом заливки расплавленного металла полуформы закрепляются замками. Прибыли осуществляют питание отливки через так называемые выпоры и вентиляционные пробки. Металлические формы без функции разъема называются вытряхными кокилями.

Перед тем как осуществлять заливку, рабочую поверхность формы обрабатывают слоем вещества, предохраняющего кокиль от теплового удара от резкого повышения температуры. Такая мера также предохраняет от схватывания отливки с формой.

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.

Облицованный кокиль

Это разновидность технологии, в которой совмещают свои достоинства оболочковое и кокильное литье, а недостатки обоих способов сглаживаются. Эта технология характеризуется не только трещиностойкостью, но и податливостью, что позволяет изготавливать отливки высокой точности, а если сравнивать с оболочковым литьем, дорогостоящий формовочный материал расходуется минимально.

Облицованная металлическая форма изготавливается путем заполнения пространства между металлической моделью отливки и внутренней поверхности кокиля. Чаще всего используются пескодувный и заливной способы. Для заполнения берут песчано-смоляную смесь, в которой связующим элементом является фенолформальдегидная смола (2-2.6%) и уротропин (примерно 10% от массы), а также самозатвердевающие (связующий компонент - жидкое стекло) и керамические составы (связующий - этилсиликат). Кокиль и модель отливки, имеющие температуру от 200 градусов, передают тепло смеси, которая затвердевает и образует слой облицовки толщиной 3-5 мм. Обычные или оболочковые стержни служат для выполнения полостей в отливках.

Процесс литья

Кокиль, покрытый слоем огнеупорного материала, нагревается. Рабочая температура должна быть не менее двухсот градусов, но зависит не только от используемого для заливки сплава, но и от размеров отливки, толщины ее стенок и от свойств, которые от нее требуются. После нагревания в кокиль можно установить стержни, керамические или песчаные, если это, конечно, требуется по плану отливки, а затем полуформы соединяются и крепко запираются специальными зажимами. Если получение отливки происходит в кокильной машине, то используется ее собственный механизм запирания формы. После этих подготовительных мероприятий в кокиль можно заливать расплавленный металл.

Когда отливка уже приобрела некоторую прочность, из нее можно частично извлечь металлические стержни. Это впоследствии облегчает окончательное извлечение стержней из отливок ввиду уменьшения давления на них со стороны застывающего металла.

После того как отливка охладилась до нужной температуры, кокиль можно раскрыть. На этом этапе извлекаются металлические стержни, и отливки вынимаются из формы. Песчаные стержни выбиваются, прибыли, выпоры и литники обрезаются, а также производится контроль качества изделия, после чего весь процесс можно повторить.

Перед изготовлением новой отливки тщательно осматриваются плоскость разъема и поверхность кокиля. Огнеупорный состав наносится один-два раза за смену, однако в случае отслоения ее от рабочей поверхности необходимо восстановить слой.
Кокиль необходимо снова довести до рабочей температуры, так как он сильно охлаждается за время, пока извлекается отливка. Если изделие тонкостенное, форма сильно охлаждается; если же изготавливаемая отливка была достаточно массивной, то кокиль мог нагреться выше рабочей температуры, и тогда используются специально предусмотренные системы охлаждения, так что перед следующей заливкой форма будет в любом случае охлажденной.

Кокильное литье не предполагает никаких сложных и продолжительных по времени действий, исключая процесс остывания отливки до нужной температуры. Большинство операций могут выполняться машинами в автоматическом порядке, что является одним из немаловажных преимуществом способа, но главное - то, что кокиль не одноразовая форма.