Materiały kokili odlewniczych

bg‑cyan

Budowa i wykonywanie form metalowych kokilowych i ciśnieniowych

E‑BOOK

Spis treści

Odlewanie kokiloweDHJWZLO4qOdlewanie kokilowe
Materiały kokili odlewniczych
- Konstrukcja odlewów kokilowychKonstrukcja odlewów kokilowych
  - Ogólne wytyczne dotyczące konstruowania odlewówOgólne wytyczne dotyczące konstruowania odlewów
  - Ogólne wytyczne dotyczące usytuowania odlewówOgólne wytyczne dotyczące usytuowania odlewów
- Klasyfikacja kokilKlasyfikacja kokil
- Materiały stosowane na kokileMateriały stosowane na kokile
  - Wymagania materialów stosowanych na kokileWymagania materialów stosowanych na kokile
  - Rodzaje materiałów na kokileRodzaje materiałów na kokile
  - Parametry konstrukcyjneParametry konstrukcyjne
  - Zalecenia dotyczace doboru tworzyw na kokileZalecenia dotyczace doboru tworzyw na kokile
- Trwałość kokiliTrwałość kokili
Metody wykonywania kokilD8BPOLFfjMetody wykonywania kokil
Rdzenie i wypychaczeDZfCgm7TrRdzenie i wypychacze
Układ chłodzenia i odpowietrzania kokiliDKL1cylAFUkład chłodzenia i odpowietrzania kokili
Odlewanie ciśnienioweDc7MJEV3YOdlewanie ciśnieniowe
Maszyny do odlewania pod ciśnieniemDapISM6BTMaszyny do odlewania pod ciśnieniem
Odlewanie odśrodkoweDDnmGWcGTOdlewanie odśrodkowe
BibliografiaDLopYYvVfBibliografia
Słownik pojęćDP2gn0M1PSłownik pojęć

Przy projektowaniu części metodą odlewania kokilowego, należy rozważyć rodzaj materiału z jakiego ma być wykonany odlew, jego analizę, wielkość skurczu oraz ogólne wytyczne do otrzymanego materiału. Na tej podstawie można określic rodzaj stopu przeznaczonego na produkcję kokili odlewniczej, co prowadzi do kolejnych decyzji w związku z jej produkcją.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Konstrukcja odlewów kokilowych

Ogólne wytyczne dotyczące konstruowania odlewów

analizę konstrukcji odlewu i ewentualnie korektę do warunków odlewania kokilowego,
określenie usytuowania odlewu w kokili,
okreslenie sposobu podziału kokili,
określenie wielkości naddatków obrókowych,
określenie miejsc doprowadzenia metalu do odlewu,
ustalenie miejsc nadlewów i znaków rdzeniowych,
obliczenie wielkości skurczu odlewniczego.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Ogólne wytyczne dotyczące usytuowania odlewów

rozwinięte powierzchnie płaskie, a szczególnie powierzchnie bazowe i obrabiane, należy usytuować w dolnej części odlewu, pionowo lub ukośnie,
obrabiane powierzchnie odlewu w czasie zalewania należy usytuować w górnej części kokili,
należy zapewnić kierunek krzepnięcia od przekrojów cienkich do nadlewów,
cienkie ścianki odlewu należy usytuować w dolnej części kokili,
należy zapewnić swobodne wypełnienie kokili, unikając przegrzewania poszczególnych jej części oraz przesuwania rdzeni przez strumień ciekłego metalu,
należy dążyć do uzyskania minimalnej liczby podziałów kokili oraz unikać złożonego podziału po linii krzywej lub łamanej.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Klasyfikacja kokil

W zależności od rodzaju stopu, wielkości odlewu i stopnia jego skomplikowania kokile mogą być proste lub złożone. Zgodnie z normą $B N - 67 / 4044 - 82$ odlewnicze formy metalowe możemy sklasyfikowac wg następujących kryteriów:

stopnia skomplikowania,
liczby i sposobu podziału powierzchni formy,
sposobu otwierania i zamykania,
sposobu usuwania odlewu,
liczby wnęk,
podziału materiału formy,
sposobu odlewania,
sposobu wykonywania odlewów,
sposobu doprowadzenia metalu do wnęki formy,
sposobu ogrzania i chłodzenia formy.

Grubość ścianki kokili wpływa na szybkość krzepnięcia i chłodzenia, a przez to na strukturę i własności odlewu. Do określenia grubości ścianki kokili możemy wykorzystać wzory empiryczne np. Dubinina, Piertriczenki, Wiejnika.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Materiały stosowane na kokile

Wymagania materialów stosowanych na kokile

odporność na utlenianie i korozję pod wpływem ciekłego metalu,
odporność na erozję przez strumień ciekłego metalu,
odporność na gwałtowne zmiany temperatury podczas zalewania i studzenia,
brak skłonności do paczenia się pod wpływem różnic temperatur i przy nierównomiernym nagrzaniu,
wytrzymałość mechaniczna w wysokich temperaturach,
dobra obrabialność.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Rodzaje materiałów na kokile

stale stopowe do pracy na gorąco: chromowo‑molibdenowo‑wanadowe, chromowo‑niklowo‑molibdenowe i chromowo‑wanadowo‑wolframowe — na bezpośrednio i szczególnie narażone na działanie wysokiej temperatury części kokil i rdzeni metalowych (średnie i‑duże odlewy z żeliwa, staliwa, aluminium i stopów miedzi — głównie mosiądzów),
stale niestopowe konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia — na elementy kokil nie stykające się bezpośrednio z ciekłym stopem odlewniczym,
staliwo węglowe o zawartości $0, 15 - 0, 25 % C$ — na kokile do dużych odlewów żeliwnych i staliwnych,
żeliwo szare perlityczno‑ferrytyczne — na korpusy kokil i płyty podkokilowe, do drobnych odlewów żeliwnych lub staliwnych,
żeliwo szare perlityczne — na kokile do cienkościennych odlewów żeliwnych i ze stopów aluminium ( $Al$ ),
żeliwo sferoidalne — kokile do średniej wielkości odlewów żeliwnych i staliwnych,
stopy miedzi — na kokile chłodzone wodą lub wkładki kokil przy odlewaniu wszystkich stopów,
stopy aluminium — na kokile do odlewów żeliwnych i ze stopów aluminium ( $Al$ ).

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Parametry konstrukcyjne

Parametry konstrukcyjne odlewów kokilowych
Parametr	Stopy aluminium	Stopy magnezu	Mosiądz	Żeliwo	Staliwo
Odlewniczy skurcz liniowy $[%]$	$0, 8 - 1, 3$	$1, 1 - 1, 3$	$1, 3 - 1, 8$	$1, 0 - 1, 2$	$1, 5 - 2, 0$
Najmniejsza grubość nieobrabianej ścianki odlewu $[mm]$	$2, 5 - 4, 0$	$3, 0 - 4, 5$	$2, 5 - 4, 0$	$3$	$8 - 10$
Najmniejsze pochylenie ścianek wewnętrznych, $%$ wysokości	$0, 5 - 1, 0$	$0, 5 - 1, 0$	$0, 75 - 1, 75$	$1, 75$	$1, 75 - 2, 5$
Najmniejsze pochylenie ścianek wewnętrznych, $%$ wysokości (dla rdzeni metalowych)	$1, 5 - 3, 0$	$1, 5 - 3, 0$	$1, 5 - 3, 0$	$6 - 10$
Promienie zaokrąglenia krawędzi, przejść $[mm]$	$1$	$1, 5$	$1, 5$	$3$	$3$
Najmniejsza średnica otworów $[mm]$	$8$	$8$	$10$	$10$	$15$

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Zalecenia dotyczace doboru tworzyw na kokile

Zalecenia dotyczące doboru tworzyw na kokile
Charakterystyka materiału	Zastosowanie
Żeliwo szare o strukturze perlitycznej; wysokie własności wytrzymałościowe i antykorozyjne w porównaniu z żeliwem ferrytycznym; żeliwo to powinno zawierać minimalną ilość siarki i fosforu; wtrącenia grafitu powinny mieć drobną budowę; modyfikowanie żeliwa podwyższa trwałość kokili	kokile do wykonywania odlewów żeliwnych o małym ciężarze i cienkościennych
Żeliwo szare z grubymi wydzieleniami wtrąceń grafitu; wtrącenia grafitowe obniżają wewnętrzne naprężenia powstające przy wstrząsach mechanicznych i udarach cieplnych	kokile do żeliwnych i staliwnych odlewów o skomplikowanych kształtach
Żeliwo sferoidalne ma podwyższoną wytrzymałość i plastyczność, dlatego kokile z takiego żeliwa mają kilkakrotnie wyższą trwałość niż z żeliwa szarego, jednak skłonność do paczenia podwyższa się	kokile do średnich żeliwnych i staliwnych odlewów o sztywnej konstrukcji
Staliwo węglowe ( $0, 15 - 0, 25 % C$ ) odznacza się dużą plastycznością, skłonne jest jednak do korozji i paczenia	kokile do odlewów z żeliwa i staliwa o ciężarze $1000 - 5000 kg$ , przy dokładnym naniesieniu na kokile pokrycia, a także na kokile z chłodzeniem wodnym
Staliwo stopowe (do $0, 3 % C$ , $2, 1 - 4, 5 % c h r o m u (C r)$ , $0, 15 - 0, 8 % m o l i b d e n u (M o)$ i do $2, 0 % n i k l u (N i)$ ; kokile podlegają obróbce cieplnej (hartowaniu i odpuszczaniu); przy odpuszczaniu kokile są nagrzewane do $700 ° C$ i następnie chłodzone z piecem; takie kokile mają dużą trwałość, bardzo wolno tworzy się w nich siatka pęknięć	kokile do średnich i dużych odlewów ze stopów żelaza
Miedź techniczna ma wysoką przewodność cieplną oraz wysokie własności plastyczne i antykorozyjne; materiał ten jest najlepszy ze wszystkich materiałów stosowanych na kokile; trwałość kokil z miedzi jest wyższa niż kokil wykonanych z innych tworzyw; kokile z miedzi elektrolitycznej przed obróbką mechaniczną poddaje się obróbce cieplnej, umieszczając kokilę w zbiorniku chłodzącym i następnie zalewając metalem; koszt kokil jest jednak stosunkowo wysoki	kokile do odlewów o dowolnych gabarytach z żeliwa i staliwa; wskutek małej wytrzymałości miedzi na odkształcenia przy usuwaniu odlewu z kokili nie należy dopuszczać do uderzeń; takie kokile mają kilkakrotnie wyższą trwałość przy zalewaniu stopów żelaza niż kokile żeliwne i staliwne
Stopy miedzi o zawartości $12 % a l u m i n i u m A l$ odznaczają się obniżoną skłonnością do tworzenia pęknięć; aluminium tworzy antykorozyjną warstwę tlenków na roboczej powierzchni kokili; do takich kokil nie przywierają odlewy ze stopów żelaza	kokile do odlewów ze stopów żelaza z wodnym chłodzeniem; nie należy dopuszczać do uderzeń przy usuwaniu odlewu z kokili
Stopy aluminium odznaczają się wysoką przewodnością cieplną, co powoduje szybkie wyrównywanie temperatur w ściance kokili; powierzchnia kokili jest pokrywana tlenkami aluminium, które maja temperature topnienia około $2000 ° C$ ; na kokile należy nanosić warstwę pokrycia o grubości ponad $0, 3 mm$ ; odlewy z formy należy usuwać przy wysokich temperaturach, z minimalnym ich wytrzymywaniem w kokili	kokile do odlewów z żeliwa
Aluminium poddawane anodyzacji; kokile wykonane ze stopów aluminium poddaje się anodyzacji w roztworze zawierającym $250 g$ kwasu siarkowego na $1 l$ wody; parametry procesu: napięcie $60 V$ , natężenie prądu $2 A$ , czas anodyzacji $2 h$ ; w wyniku anodyzacji na powierzchni pracującej kokili tworzy się trudnotopliwa, odporna na zużycie warstwa o grubości do $400 μ m$ ; zewnętrzną powierzchnie kokili, w celu ochrony przed anodyzacją, pokrywa się lakierem	kokile do odlewów żeliwnych; na kokile są nanoszone warstwy pokrycia składającego się z: $3 %$ tlenku cynku, $10 %$ szkła wodnego i $87 %$ wody; przy pracy nie należy dopuszczać do uderzeń; należy ostrożnie usuwać odlewy, aby nie zniszczyć powłoki anodyzowanej
Kokile wielowarstwowe wykonuje się ze stopów żelaza, a na ich powierzchnię nanosi siẹ galwaniczne pokrycia z miedzi, aluminium i innych materiałów, mających dużą przewodność cieplną; w czasie $24 h$ można nanieść warstwe pokrycia o grubości $2 mm$ ; proces nanoszenia pokrycia przebiega ze wstępnym nagrzewaniem kokili do $350 ° C$	kokile ochładzane wodą; koszt kokil wysoki; pokrycia galwaniczne są też stosowane dla regeneracji kokil
Stopy metaloceramiczne; materialem do wykonania kokili jest sproszkowana masa, składająca się z: miedzi, żelaza z dodatkami grafitu, talku, szamotu i innych materiałów; masę sprasowuje się na płycie metalowej i spieka	kokile do odlewów z dowolnych stopów; dokładność sprasowania kokil metaloceramicznych umożliwia uniknięcie obróbki mechanicznej formy; wysoki koszt formy (szczególnie materiałów‑proszków) wskazuje na małą dotychczas rentowność tej metody

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Trwałość kokili

Trwałość kokil zależy od: tworzywa, z którego są wykonane, temperatury i składu chemicznego ciekłego stopu odlewniczego oraz grubości ścianki i wielkości odlewu. W przypadku bardzo dużych odlewów staliwnych trwałość kokili (żeliwo perlityczno ferrytyczne) może wynosić tylko $10 - 50$ napełnień, a w przypadku małych odlewów ze stopów aluminium $Al$ , magnezu $Mg$ i cynku $Zn$ , wykonywanych w kokilach z żeliwa szarego lub stali stopowej, może osiągać nawet setki tysięcy napełnień.

Odlewany stop	Materiał kokili	Odlewy wykonywane	Trwałość (ilość zalań)
Żeliwo szare	żeliwo	małe średnie duże bardzo duże ( $5 - 6 t$ )	$1000 - 8000$ $1000 - 3000$ $200 - 1000$ $100 - 500$
	staliwo $0, 15 % C$ staliwo $0, 25 % C$	duże bardzo duże	$400 - 1000$ $100 - 400$
	stopy aluminium	małe średnie	$500 - 3000$ $400 - 2000$
	stopy miedzi	małe średnie	$3000 - 10000$ $3000 - 8000$
	żeliwo sferoidalne	małe średnie duże	$1500 - 10000$ $1500 - 5000$ $500 - 1500$
Żeliwo sferoidalne	stal (kokila chłodzona wodą)	małe średnie	$5000 - 15000$ $5000 - 10000$
Staliwo	żeliwo	małe średnie duże bardzo duże	$400 - 600$ $100 - 300$ $50 - 100$ $10 - 50$
Stopy $a l u m i n i u m (M g), m a g n e z u (M g) i c y n k u (Z n)$	żeliwo lub stal stopowa	małe średnie duże	setki tysięcy dziesiątki tysięcy kilka tysięcy
Stopy $m i e d z i (C u)$	żeliwo	małe średnie	$1000 - 10000$ $1000 - 8000$
Stopy $m i e d z i (C u)$	stal	małe duże	$500 - 3000$ $500 - 15000$

Uwaga: stopowe i modyfikowane żeliwo ma większą trwalosć niż zwykłe szare; kokile obrabiane cieplnie mają również większą trwałość.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

Film instruktażowy‑tutorial: Montaż formy kokilowejD1DRrKa62Montaż formy kokilowej
Wizaualizacja 3D: Budowa form metalowych kokilowych i ciśnieniowychD1Tjw9EXuBudowa form metalowych kokilowych i ciśnieniowych
Atlas interaktywny: Różnice pomiędzy formami metalowymi kokilowymi a ciśnieniowymiD18BG0BeARóżnice pomiędzy formami metalowymi kokilowymi a ciśnieniowymi
Galeria zdjęć: Wykonywanie form ciśnieniowychDjaNcPHZpWykonywanie form ciśnieniowych

RHbA1rJqQ9in8

Odlewanie kokilowe

Metody wykonywania kokil

E‑book do e‑materiału Wykonywanie form metalowych kokilowych oraz ciśnieniowych

Budowa i wykonywanie form metalowych kokilowych i ciśnieniowych

Spis treści