Литьё в кокиль

Металл заливается самотёком в многоразовую стальную форму

Литьё в кокиль заливает расплавленный металл, обычно самотёком, в форму из стали или чугуна, которую раскрывают и используют снова тысячи раз. Так делают автомобильные поршни и многие алюминиевые диски и головки цилиндров. Оно стоит между литьём в песок и литьём под давлением: детали лучше, чем в песке, а оснастка намного дешевле, чем при литье под давлением.

Фото: U.S. National Archives, Public domain, через Wikimedia Commons

Литьё в кокиль · покрытие, заливка, раскрытиеЧитайте три панели слева направо; номера в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Покройте и прогрейте форму. Две стальные половины опрыскивают тонким керамическим покрытием, которое защищает их и замедляет охлаждение. Их держат горячими, обычно около 200–400 °C, чтобы металл не застыл слишком рано.
Установите стержни и закройте. Устанавливают стержни (вставки, формирующие отверстия и полости). Они могут быть стальными, извлекаемыми после каждого цикла, или песчаными, которые выбивают позже. Половины смыкаются по линии разъёма.
Залить. Расплавленный металл, чаще всего алюминий, заливают из ковша в литник. Гравитация заполняет полость; некоторые машины наклоняют форму, чтобы заполнять её плавно, а машины низкого давления подают металл снизу вверх.
Дайте остыть в форме. Сталь быстро отводит тепло, поэтому металл застывает примерно за минуту или несколько минут. Быстрое охлаждение даёт мелкие зёрна (маленькие кристаллы) и более прочный металл, чем при литье в песок.
Раскройте и извлеките отливку. Половины раскрываются, стержни извлекаются, и отливку вынимают. Литник отрезают, и форма готова к следующему циклу.

Ключевые факты

Материалы: В основном алюминиевые и магниевые сплавы, также медные сплавы (латунь, бронза) и некоторый чугун
Типичные детали: Поршни, алюминиевые диски, головки цилиндров, корпуса шестерён и насосов, тормозные суппорты, посуда
Размер детали: Обычно от около 100 г до примерно 50 кг
Точность: Около ±0,3–±0,5 мм на элементе 100 мм
Качество поверхности: Довольно гладкая: Ra (средняя шероховатость) около 2,5–6 мкм
Подходящая партия: Средние и большие объёмы: от нескольких тысяч до сотен тысяч деталей в год
Стоимость оснастки и оборудования: Стальные формы стоят примерно от десяти тысяч до ста тысяч долларов и более
Скорость: Несколько минут на деталь в одной форме; часто несколько форм работают бок о бок

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Точность выше, а поверхности глаже, чем при литье в песок
Быстрое охлаждение даёт мелкое зерно и хорошую прочность
Мало газовых раковин, поэтому детали можно подвергать термообработке и сварке
Формы служат от тысяч до более ста тысяч деталей

Ограничения

Форма дорога, поэтому малые партии не окупаются
В основном ограничено алюминиевыми, магниевыми и медными сплавами; сталь слишком горячая для формы
Детали должны извлекаться из жёсткой формы, поэтому поднутрения требуют стержней
Медленнее, чем литьё под давлением, а стенки должны быть толще, не менее примерно 3–4 мм

Где применяется

АвтомобилестроениеПоршни, головки цилиндров, диски, тормозные суппорты, детали подвески
Авиация и оборонная отрасльКорпуса и кронштейны из алюминиевых сплавов
МашиностроениеКорпуса насосов, корпуса шестерён, гидравлические детали
СантехникаКорпуса клапанов и фитинги из латуни и бронзы
Товары для домаПосуда из литого алюминия, детали светильников и мебели

Как узнать процесс

Довольно гладкая, слегка матовая поверхность: намного тоньше, чем при литье в песок, чуть грубее, чем при литье под давлением.
Чистая прямая линия разъёма там, где сошлись стальные половины.
Стенки толще, чем на детали, отлитой под давлением, часто 4 мм и более.
Срезанный остаток литника, часто на толстом участке детали.

Сравните с

Литьё в песчаные формы1.1форма делается из песка и разрушается каждый раз; дешевле для малых партий, но грубее.Литьё под давлением1.4тоже многоразовая стальная форма, но металл впрыскивается под высоким давлением, поэтому процесс быстрее и позволяет делать более тонкие стенки.Центробежное литьё1.5вращающаяся металлическая форма использует силу, а не гравитацию, чтобы заполнить и уплотнить металл.

Смотрите

THORS eLearning Solutions · Анимированное объяснение для начинающих по литью в кокиль самотёком

Densen_casting · Производственный литейный цех заливает алюминий в стальные формы, цикл за циклом

Kurtz Casting Solutions · Как роботы управляют автоматизированными ячейками гравитационного литья

Kurtz Casting Solutions · Вариант низкого давления, при котором металл подаётся в форму снизу вверх

Смотреть реальные фото

Википедия: Permanent mold casting — варианты гравитационного, заливного, низкого давления и вакуумного литья, материалы форм и изделия
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Форма из стали или чугуна и используется повторно тысячи раз.
Заполнение идёт самотёком (или под низким давлением), а не впрыском под высоким давлением.
Лучше и прочнее песчаных отливок, оснастка дешевле, чем при литье под давлением.