Бураков (Бураков С.Л. Литье в кокиль)

ББК 34.61 Л64 УДК 621Л4.043 Авторы: С. Л. Бураков, А. И. Вейник, Н. П. Лубинин, А. М. Петриченко, Я. М. Рыекис, В. С. Серебро, Р. Л, Снежной, Е. А. Суходольекил Репензент д-р техн. наук проф. Ю. А. Степанов Литье в кокиль! С. Л. Бураков, А.

И. Вейник, Н. П. ДуЛ64 бикин и др. Под ред. А. И. Вейника. — М.: Ман1иностроенне, 1980, 415 с., ил. В перл 3 р. 30 к. и монографии рассмотрены теоретические основы и особенности технологии литья различных сплавов, механизация и организация производства отливок в кокилях, з также вопросы качества и эффективности. Приведены методы расчетов оптимальных параметров технологии с применением ЭВМ.

Рассмотрены все современные разновидности какнлей. Наложены особенности в конкретные тех. иалогические режимы литья в кокнль цветных н черных сплавов, а также снецифвка применения облицованных какилей, Приведены сведения аб адиапозидианных и миогапозициоииых кокильиых машинах, а также автоматических ливидх.

йтовографвя предназначена для научных и инженерно-технических рабатнйковулвтейиого производства. Л 82-80, 2704020000 ББК 24.8! 038 (01)-80 8П4.1 © Издательство «Машиностроение», 1980 г. ПРЕДИСЛОВИЕ Наиболее существенные изменения в литейном производстве связаны с коренными усовершенствованиями существующих или появлением новых видов литейных форм. Центральная роль литейной формы в производстве отливок подтверждается, в частности, тем, что способы литья различаются между собой, как правило, по признаку формы. Одним из специальных способов литья является литье в кокиль.

Литью в кокиль принадлежит весьма важная роль в производстве машиностроительных заготовок. Возможности данного способа литья позволяют решать многие задачи повышения эффективности и качества продукции в сфере литейного производства. К ним относятся: снижение материалоемкости, повышение коэффициента использования металла, снижение массы и повышение эксплуатационных показателей деталей, увеличение производительности и улучшение условий труда.

За последние 20 — 30 лет произошли важные изменения в теории и технологии литья в кокиль. На основе использования достижений фундаментальных и технических наук (теплофизики, физической химии, термомеханики, термодинамики необратимых процессов, гидродинамики, физико-химии полимеров, физики контактных явлений, теории кристаллизации и др.) решены многие задачи получения отливок с заданными свойствами, расширения области применения литья в кокиль (как по видам материалов отливок, так и во конструктивным признакам), повышения долговечности кокилей при одновременном снижении трудозатрат на их изготовление и, наконец, создания прогрессивных моделей специального технологического оборудования.

Достижения науки способствовали не только созданию новых процессов и разновидностей кокилей, но и позволили систематизировать данные практики, выявив при этом наиболее рациональные технологические приемы и режимы. В монографии изложены основные положения теории формирования отливки. Сделано это в объеме, достаточном и необходимом для понимания особенностейфизического механизма формирования 1Ф Предисяоваа отливки в кокиле и для обобщения практических данных. Указанные основные положения представляют собой, по существу, теорию литья в кокиль. Опыт показывает, что кокиль, как никакая другая литейная форма, позволяет получать отливку с заданными свойствами. Поэтому расчетные методы выбора оптимальных параметров процесса литья приобретают весьма важное практическое значение.

Исходя из этого авторы монографии рассматривают вопросы применения ЭВМ и методы оценки эффективности технологии и качества отливок. Полезность расчетных методов в технологии литья в кокиль и соответствующее применение ЭВМ доказаны на практике. Математические методы исследований позволяют дать количественную оценку роли эффектов различной физической природы, выявить пределы возможности технологии, а также выбрать действительно оптимальные параметры процесса для конкретной отливки. Впервые на новой теоретической основе решается исключительно актуальная проблема качества и эффективности, разработаны математические методы планирования этих показателей. По мнению авторов, широкое использование математических методов в любой литейной технологии является условием и в то же время показателем прогресса в литейном производстве.

Авторы монографии стремились к изложению, в основном, достаточно апробированных теоретических положений, приемов, рекомендаций, конструкций и т. п. Однако многие вопросы, рассматриваемые в книге, являются принципиально новыми и выдвигаются в порядке их постановки. Поэтому авторы с благодарностью отнесутся ко всем замечаниям и пожеланиям. Главы Х1Х вЂ” ХХ1 написаны С.

Л. Бураковым и Я. М. Рывкисом; глава ЧП вЂ” А. И. Вейником; главы Ч1П и Х1 — Н. П, Дубининым; главы 1, 1Х, Х1Ч вЂ” А. М. Петриченко; главы П, 1Ч, Ч1, Х вЂ” В. С. Серебро; главы 1П и ХП вЂ” Р. Л, Снежным; й главы ХП1, ХЧ вЂ” ХЧП вЂ” Е. А. Суходольской; глава Ч: параграфы 1 и 3 — А. М. Петриченко, параграф 2 — В. С. Серебро; глава ХЧП1 — В. С. Серебро и Р. Л. Снежным. Раздел первый ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛИТЬЯ В КОКИЛЬ Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИТЬЕ В КОКИЛЬ Ь ПРИЗНАКИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА По способу заполнения форм металлом и условиям формирования в них отливок между литьем в кокиль и другими способами литья в металлические формы (центробежным, под давлением, намораживанием, выжиманием и др.) существуег большее различие, чем между литьем в кокиль и литьем в обычную песчаную форму.

Сходство последних процессов бывает настолько большим, что часто практически трудно найти грань между ними: в кокилях сплошь и рядом применяют песчаные стержни или вставки, а в песчаных формах нередко устанавливают металлические холодильники, Согласно ГОСТ 17819 — 72 кокиль — это металлическая форма, которая заполняется жидким металлом под действием гравитационных сил. Рис. 1 дает некоторое представление о том, какие промежуточные варианты форм могут встречаться между песчаной (рис. 1, а) и полностью металлической (рис. 1, в) формами: некоторые из «промежуточных» форм затруднительно определенно отнести к песчаным формам или к кокилям. По конструктивно-технологическому признаку принято считать [25, 1071 кокилями литейные формы, металлические части которых составляют их основу и участвуют в формировании конфигурации и свойств отливки. На основании этого представленные на рис.

1, г, д формы следует называть кокнлями, а на рис. 1, б, в — песчаными формами с наружными холодильниками. Иные названия «промежуточных» форм не рекомендуются. Следует указать, что именно сочетание в кокиле металлических и песчаных (или керамических) элементов позволяет в ряде случаев успешно применить литье в кокиль для получения деталей сложной конструкции, При этом лучше всего удается избежать препятствия усадке отливок и повысить стойкость форм.

С целью регулирования скорости затвердевания отливок рабочие поверхности кокиля облицовывают (футеруют) и окрашивают теплоизоляционными красками. Покрытия наносят на кокиль также и для того, чтобы защитить форму от воздействия жидкого Общие сведения о литье в кокиль 5 ) 2 ) а) ! Ю г) 5) х 5 5 5 е) Рис. Ь Конструктивно-технологические приаиани литейных форм: л — обычная песчаная; б, а — песчаная с холодильниками, г — накипь с песчаиымн вставкамт д — кокнль с формой-вставкой; е — кокнль беа вставон; г — песчаная форма; 2 — стержень; 3 — холоднльннн, 4 — кокильп Š— рабочая по- лость; б — опока металла и газовой коррозии и тем самым увеличить ее долговечность.

Покрытия позволяют значительно уменьшать термические напряжения в кокиле (161. Толстый слой краски (облицовки) настолько снижает тепловое нагружеиие кокиля и скорость затвердевания отливки, что могут создаться условия, когда к моменту затвердевания отливки или даже к моменту ее выбивки начальная температура кокиля не изменится. При постепенном увеличении толщины покрытия форма будет всегда проходить через такое состояние, когда трудно определить, является ли она кокилем, или обычной песчаной формой.

«Превращениеь кокиля в обычную песчаную форму зависит не только от толщины краски и облицовки, но и от толщины отливки. Переход металлической части формы из кокиля в опоку может быть точно Краглкал иапшричвская справка рассчитан [20, 107). Приближенно кокилем можно считать такую литейную форму, которая удовлетворяет условию Х, < Х„где Х, — характерный размер отливки (половина толщины стенки плоской, радиус цилиндрической и сферической отливок), Х,— толщина покрытия (краски, облицовки) металлической части формы. Условие Х, ~ Х, представляет собой математическое выражение факта влияния кокиля иа термические особенности формирования отливки.

Ускоренное охлаждение отливки в кокиле связано со свойствами металлического материала формы. Свойствами металла в качестве материала формы объясняются и две другие особенности рассматриваемого процесса. Речь идет о формировании отливки в газонепроницаемой и неподатливой форме. Исключение составляют только некоторые специальные виды кокилей, которые в большей либо меньшей мере податливы и газопроницаемы.

Такие формы рассмотрены в гл. Х. ГОСТ 17819 — 72 не допускаются термины-синонимы «постоянная форма» и «металлическая форма». Оба эти термина не равнозначны понятию «кокилью Процесс получения отливок в кокилях, естественно, должен называться «литье в кокилью За кокилями с относительно толстой облицовкой, наносимой по модели, утвердилось название «облицованный кокиль». Это название использовано в сборнике государственных стандартов «Кокили облицованные (ГОСТ 19507 — 74 — ГОСТ 195!6 — 74)».

2. КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА Литье в кокиль относится к прогрессивным специальным способам литья с большим будущим. Между тем, эта один из древних способов изготовления отливок, появившийся чуть ли не на заре возникновения литейного ремесла. Во всяком случае литейщики првбегли к этому способу сразу же, как только возникла необходимость в массовом производстве отливок с точно воспроизводимыми размерами последних. Древние литейщики равных районов применили первые кокили независимо друг от друга. В настоящее время трудно установить, в какой части света и когда впервые стали использовать кокнли. Однако достоверно известно, что почти за пять веков до нашей эры литье в кокиль было развито на юго-востоке и в Северном Причерноморье — в Скифии. В ьто время в сельском хозяйстве ряда гасударстн Востока началось широкое примесение литых чугунных мотыг, серпов, осей телег и других сельскохозяйственных орудий труда и деталей оборудования.