Литниково-вентиляционные системы, применяемые для литья магниевых сплавов в кокиль

При литье в кокиль литниковые системы играют не меньшее значение, чем при литье в песчаные формы. Они должны обеспечить плавный, безударный подвод металла в полость формы и удаление воздуха и газов из нее, предотвратить попадание шлака в отливку и создать условия для направленного затвердевания и питания отливки. Литниковая система оказывает значительное  влияние на выбор положения отливки в форме и на конструкцию последней.

При конструировании кокилей стремятся свести до минимума количество и площадь поверхностей разъема, что затрудняет, а часто делает невозможным применение разветвленных комбинированных литниковых систем.

Для литья в кокиль магниевых сплавов применяются литниковые системы с верхним, нижним или вертикально-щелевым подводом металла.

Верхняя литниковая система осуществляет подвод металла через стояк и питатель непосредственно к отливке или к коллектору, расположенному по верхнему периметру отливки.

Для того, чтобы исключить размыв песчаных стержней, окисление и шлакообразование металла, верхний подвод применяется  для некрупных отливок небольшой высоты. Еще лучше при верхней литниковой системе заменить заливку свободно падающей струей на заливку струей, стекающей по наклонной плоскости. Для этого применяется заливка в наклоненные под углом 30-50⁰ кокили с постепенным возвращением (кантовкой) его по мере заполнения в горизонтальное положение.

Преимущества и недостатки нижней и вертикально-щелевой систем — такие же, как при литье в песчаные формы. Для этих литниковых систем применяют стояки 3-х типов: цилиндрические, плоские и змееобразные. Последние получили распространение для крупных отливок. Цилиндрические стояки рекомендуется выполнять наклонными.

Питатели чаще всего применяют щелевые горизонтальные или вертикальные. Во избежание местных перегревов целесообразно обеспечить рассредоточенный подвод металла через несколько питателей.

При литье магниевых сплавов в кокиль применяются расширяющиеся литниковые системы. Соотношение суммарных площадей поперечных сечений стояка (ΣF_ст), коллектора (ΣF_к) и питателей (ΣF_п) для мелких и средних отливок принимается равным 1:2:3, а для крупных отливок — как 1:3:6.

Учитывая невысокую температуру плавления магния и высокую температуру разогрева кокиля, можно предполагать, что во время заполнения твердая корка в каналах литниковой системы не образуется. Тогда определение площади поперечного сечения стояков можно производить по тем же методикам, которые применяются при литье магниевых сплавов в песчаные формы.

При проектировании вертикально-щелевой литниковой системы ширину щелей и диаметр колодцев принимают несколько большими, чем это делается для литья  в песчаные формы, а именно:

σ_щ = (1,5-2,0)σ_отл,

d_к = (5-6)σ_щ.

Металлические материалы, применяемые для изготовления кокилей, имеют нулевую газопроницаемость, поэтому при проектировании и изготовлении кокиля необходимо предусматривать вентиляционную систему, предназначенную для вывода газов из полости формы. Сообщение полости формы с атмосферой осуществляется через открытые прибыли и выпоры, зазоры на разъемах формы, стержней и в отверстиях толкателей.

На плоскостях разъема кокиля располагают плоские канавки глубиной 0,2-0,3 мм и шириной 3-25 мм.

На участках, где образуются замкнутые объемы и отсутствуют разъемы, сверлятся отверстия диаметром 3-8 мм, в которые вставляются металлические пробки, которые имеют вдоль боковой поверхности лыски глубиной 0,2-0,4 мм. Можно использовать пробки из спеченных металлических порошков или пакеты из запрессованных иголок.

В связи с тем, что на поверхности отливки в зоне  установки вентиляционных каналов появляются отпечатки, то желательно, чтобы установка их происходила на плоскостях, подвергающихся механической обработке.

Подготовка кокилей и заливка металла

Подготовка кокиля к заливке включает в себя нанесение на кокиль покрытий, обеспечение заданной температуры, подготовку и установку песчаных стержней.

Покрытия, наносимые на рабочие поверхности металлических стержней, фасонных полостей и подвижных частей формы позволяют:

1. Регулировать интенсивность теплообмена между отливкой и кокилем за счет теплопроводности и толщины наносимого слоя покрытия. Чем толще слой покрытия, тем медленнее протекает затвердевание. Поэтому толщина наносимого покрытия на поверхности, оформляющей прибыли, может составлять 2,0-3,0 мм, на поверхности литниковой системы — 0,5-1,0 мм, а на поверхности кокиля, образующей отливку, — 0,1-0,3 мм. Стенки кокиля, оформляющие толстые части отливки, покрывают более тонким слоем.

2. Устранить приваривание сплава к стенкам формы и стержням и предотвратить химическое взаимодействие их с расплавом.

3. Обеспечить получение чистой поверхности отливки и облегчить удаление стержней.

4. Облегчить удаление воздуха через поры покрытия.

В состав покрытия входят огнеупорные наполнители, связующие, активизаторы и вода.

В качестве огнеупорных наполнителей используется мел, тальк, окись магния, окись цинка, асбест и др. Все наполнители предварительно размалывают и просеивают через сито с ячейками 0,3-1,0 мм². Асбест прокаливают при температуре 1000-1100⁰ С и просеивают через сито с ячейками около 3 мм².

В качестве связующего чаще всего используется жидкое стекло, которое обволакивает зерна наполнителя и скрепляет их при твердении в плотную и прочную пленку покрытия.

Схватывание и твердение силикатного покрытия происходит в результате выделения геля кремниевой кислоты при взаимодействии углекислоты воздуха на жидкое стекло по реакции:

Na₂SiO₃ + 2H₂O + CO₂ → Na₂CO₃ + Si(OH)₄,

Si(OH)₄ → SiO₂ + H₂O.

Протекая очень медленно при нормальной температуре, процесс сильно ускоряется с повышением температуры. Поэтому нанесение краски производится на разогретый кокиль. При окрашивании кистью температура кокиля не должна превышать 130⁰ С, а при окрашивании пульверизатором — не выше 200⁰ С.

Активизаторы применяются для улучшения схватывания покрытия с поверхностью металлической формы. Для большинства покрытий, применяемых для магниевых сплавов, используется борная кислота (Н₃ВО₃).

При приготовлении покрытия наполнители замешивают в подогретую до 70-80⁰ С, борную кислоту вводят в виде отдельно приготовленного раствора, а жидкое стекло — после охлаждения суспензии до комнатной температуры.

Составы кокильных красок, применяемых для магниевых сплавов, приведены в таблице 5.2.