Технические требования к конструкции и материалу кокилей

Кокиль - металлическая форма с естественным или принудительным охлаждением, заливаемая расплавом металла под действием гравитационных сил.

Рис. 1

Кокили могут иметь песчаные и металлические литейные стержни и вставки. Однако большую часть рабочей поверхности кокиля выполняют металлическими сплавами, в качестве которых используют серый (СЧ15, СЧ20, и СЧ25) и высокопрочный чугуны, конструкционные низкоуглеродистые (15Л-25Л) и углеродистые (10, 20, Ст3) стали. Применяют также медные и алюминиевые (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ11) сплавы. Последние часто со стороны рабочей поверхности кокиля анодируют.

Многократно используемые стержни и вставки кокилей, испытывающие в работе большие тепловые нагрузки, выполняют из легированных (30ХГС, 35ХГСА, 4х5МФС), а выталкиватели - из инструментальных (У8А, У10А) сталей, которые обладают большой твердостью и хорошо при частых теплосменах противостоят изнашиванию.

Многие заготовки кокилей, их наиболее сложные вставки обычно изготавливают литьем, а рабочие и посадочные поверхности и отверстия доводят до необходимой точности и заданной шероховатости механической обработкой. Поэтому к материалу литых кокилей предъявляют высокие требования по литейным свойствам (повышенная жидкотекучесть, минимальная усадка, повышенная трещеноустойчивость) и обрабатываемости резанием. Именно этим объясняется необходимость использования для получения заготовок кокилей сплавов с перлитной структурой.

Внутреннюю рабочую полость кокиля выполняют по размерам отливки с плюсовой поправкой на линейную усадку и минусовую поправкой, учитывающей расширение материала кокиля при его нагреве и толщину слоя покрытия. Аналогичным образом определяют и назначают размеры формообразующих частей вставок, вкладышей и стержней.

По конструктивному исполнению любой кокиль должен быть технологичным; иметь минимально необходимое число разъемов и используемых стержней; состоять полностью или в основном из стандартных и унифицированных сборочных единиц и деталей. Конструкция кокиля должна обеспечивать:

получение в нем одной или нескольких отливок с заданными размерами и высоким качеством поверхности;

быстрое и полное удаление из рабочей полости кокиля газов через венты, подвижные соединения, разъемы, а также выпор или прибыль;

удобную замену вышедших из строя частей или деталей;

высокую стойкость, которая в зависимости от числа заливок, вида сплава, массы отливок и температуры заливаемого расплава должна находиться в заданных пределах или превышать их;

удобное и легкое удаление из кокиля металлических стержней, вставок и отливок с элементами литниковой системы.

Если для производства отливки используют один или несколько стержней, то в полости кокиля должны быть выполнены полости под знаки стержней.

Кокили должны иметь элементы искусственного, водяного, воздушного или смешанного охлаждения. Для удаления из полости кокиля газов в его стенках должны быть выполнены различные вентиляционные каналы (венты, тонкие сквозные каналы по плоскости разъема и в других местах).

Для смыкания и размыкания частей кокиля без перекоса в нем имеются центрирующие штыри и отверстия, а также фиксирующие шпонки и обычно цилиндрические, реже квадратные, направляющие. Конструкция кокиля должна иметь по разъему или в стержне каналы элементов литниковой системы для заливки расплава.

Чтобы исключить возможное размыкание частей кокиля в момент заливки в него расплава и при последующим охлаждением отливки в его полости, в конструкции кокиля предусмотрены различные запорные устройства. Для подъема и установки кокиля на машину предназначены специальные приспособления. Ручные кокили для этих целей снабжают ручками, рым-болтами, цапфами.

Отливки с элементами литниковой системы и стержнями удаляются из кокиля одним или несколькими выталкивателями, которые должны выполняться из прочных сплавов, например низкоуглеродистых инструментальных сталей (У8А, У10А) и высокопрочного чугуна.

Кокили для производства мелких и средних по массе отливок с искусственным воздушным или водо-воздушным охлаждением, а также двухслойные кокили рекомендуется изготавливать из серого чугуна марок СЧ18, СЧ20, и СЧ25; кокили для производства средних и крупных отливок с водо-воздушным и воздушным охлаждением, а также кокили в двухслойном исполнении - из высокопрочного чугуна марок ВЧ 42-12 или ВЧ 45-5; кокили с жидкостенным охлаждением, а также вкладыши двухслойных кокилей - из стали марок 15Л, 15ХМЛ и Ст3.

Водоохлаждаемые кокили с анодируемой поверхностью, а также кокили с анодируемой поверхностью и естественным охлаждением целесообразно изготавливать из алюминиевых сплавов (АЛ9, АЛ12, АЛ11), а вставки и стержни, подверженные интенсивному термогидродинамическому изнашиванию, - из меди и ее сплавов, а также легированных сталей.

Классификация кокилей

В табл. 2 приведены основные разновидности кокилей с тонкослойным покрытием, а в табл.3 подразделение разъемных кокилей по конструктивному исполнению.

Таблица 2

Таблица 3

литейный литниковый кокиль чугун