СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ

4.1 ЛИТЬЕ В КОКИЛЬ
Сущность процесса – расплав заполняет форму под действием сил гравитации.
Кокиль – металлическая форма, рабочие стенки которой выполнены из чугуна, стали, меди или алюминия (АЛ 11) с водоохлаждением. Стенки кокиля имеют покрытие тонкослойные (краски) и толстослойные. Для крупных отливок его величина ≥ 30 мм. Его используют многократно. С его помощью изготавливают отливки из стали, чугуна и цветных металлов в серийном и массовом производствах.
Точность отливок 12…15 квалитет. Шероховатость поверхностей Ra = 8…100 мкм.
По конструктивному принципу кокили делят на разъемные (с вертикальной, горизонтальной, криволинейной плоскостью разъема) и неразъемные (вытряхные).
Кокили могут быть с воздушным, жидкостным или комбинированным охлаждением.
При литье в кокиль чугуна поверхностные слои тонкостенных отливок затвердевают с достаточно большой скоростью, что приводит к образованию в металле структурно-свободного цементита (отбела). Образуется высокая твердость материала (НV 600) и хрупкость, затрудняющие обработку резанием. Для устранения отбела отливки подвергают отжигу, что удлиняет технологический цикл литья, увеличивает энергозатраты.

Рисунок 4.1 – Упрощенная конструкция створчатого кокиля
1 – стержень; 2 – расплав для гильзы ДВС; 3 – створка
Для предотвращения отбела в Институте технологии металлов НАН Беларуси (г. Могилев) был разработан новый технологический процесс литья в кокиль (рисунок 4.1), который позволил изменить тепловые условия затвердевания отливки.

Сущность процесса состоит в том, что расплав заливают в створчатую форму кокиля. Он предназначен для изготовления заготовок, имеющих внутренние поверхности вращения, например, гильз ДВС. Расплав, находящийся в кокиле, контактирует с одной стороны с его металлической поверхностью, обеспечивающей формообразование наружной поверхности заготовки, а с другой - со стержнем. В связи с тем, что теплопроводность металлических стенок кокиля выше, то в этой зоне начинается затвердевание металла. Как только образуется затвердевший слой, способный удерживать остальную часть расплава, створки кокиля отводят на определенное расстояние и дальнейшее затвердевание расплава происходит на воздухе. Так как теплопроводность воздуха ниже в сравнении с материалом стержня (песчано-глинистой смесью), застывание расплава идет медленно, без образования отбела.
Предотвращение образования в отливках из серого чугуна отбела и уменьшения склонности к трещинам достигается также увеличением в нем содержания углерода (3,5…3,8 %) и кремния (2…2,5 %), его модифицированием ферросилицием, силикокальцием и другими модификаторами.
Литьем в кокиль на автоматизированных линиях изготавливают из серого чугуна корпуса редукторов, блоки и головки блоков ДВС, станины электромоторов, распредвалы, гильзы ДВС и др.; из высокопрочного чугуна – коленвалы. Из стали изготавливают детали тракторов, железнодорожных вагонов.
При использовании жидкостекольных смесей для облицовки кокилей изготавливают отливки до 10 т из сталей и чугуна массой до 15 т, что расширяет его возможности.

4.2 ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Сущность процесса литья под давлением (ЛПД) – расплав заполняет полость прессформы и затвердевает под давлением. Литые заготовки получают под высоким и регулируемым давлением.
Соответственно классы точности размеров для отливок из цветных сплавов, чугунных и стальных по ГОСТ 26645-85 3т – 9 (JT9 – JT12) и 5т – 13т (JT10 – JT13). В скобках указан квалитет точности отливки соответствующий классу точности размеров по ГОСТ 25347-82.
Шероховатость поверхностей отливок от Rz 2,5 до Rz 40 мкм.
ЛПД в сравнении с другими способами литья наиболее точное. Изготавливают отливки из магниевых, цинковых сплавов и латуни, бронзы, титана, стали и чугуна.
На рисунке 4.2 представлена технологическая схема получения отливки. Скорость перемещения расплава V = 100 м/с, Р = 10…11 МПа для цинка.

Рисунок 4.2 – Условная схема холодной горизонтальной камеры прессования
1 – прессформа, 2 – камера прессования, 3 – поршень, 4 – расплав, 5 – выталкиватели отливок, 6 – отливка

Основные регулируемые способы литья: под низким давлением, с противодавлением, вакуумным всасыванием.
При литье под низким давлением давление газа в форме, рисунок 4.3, а, равно атмосферному (Рф = Ратм). Заливка осуществляется под избыточным давлением над зеркалом расплава в ванне.
Литье с противодавлением основано на нахождении в форме сжатого газа, рисунок 4.3, б, что противоположно по эффекту на рисунке 4.3, в.
Рисунок 4.3 – Схемы процессов литья под регулируемым давлением
а) – низким; б) – с противодавлением; в) – с вакуумным всасыванием
Качество отливок – точность размеров повышается на 1 – 2 класса по сравнению с кокильным литьем, уменьшаются припуски на обработку в 2 раза, в 1,5 – 2 раза повышается производительность (меньше время затвердевания отливки). Изготавливают отливки сложных контуров (наружных, внутренних), литые узлы сварно-литых конструкций.

Это процесс формирования отливки во вращающейся литейной форме под действием центробежных сил.
Квалитет точности 9…14.
Класс точности основного размера 3т – 9.
Шероховатость поверхности Rz = 20…80 мкм.
Ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной, наклонной или перемещающейся в пространстве. Центробежная сила действия на металл при частоте n вращения формы
P = mrω2,
где m – вращающаяся масса жидкости в рассматриваемой точке, кг;
r – радиус вращения, м;
ω – угловая скорость, рад/с.
Формы имеют конфигурацию тела вращения.
Этим способом изготавливают отливки тел вращения из черных и цветных металлов (шестерни, колеса, шкивы, маховики, трубы и др.).
4.3 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ