Milling-master.ru

В помощь хозяину
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технологический процесс литья

Литье под давлением

Литье под давлением – это высокопроизводительный автоматизированный технологический процесс создания тонкостенных деталей из цветных металлов, стали и пластмасс. С высокой скоростью жидкий расплав заполняет пресс форму. и далее в результате под давлением получаются отливки заданной формы. Эта статья подробно описывает технологию, оборудование и изделия, которые можно получить при помощи метода.

Описание технологических операций

Процесс литья под давлением осуществляется в стальных пресс-формах. Расплавленный материал подаётся в пресс-форму и кристаллизуется там под воздействием высокого давления.

Пресс-форма это технологическая литейная оснастка, сконструированная из подвижной и неподвижной стальных частей. Подвижная половина передвигается по направляющим цилиндрам, неподвижная закреплена на стационарной плите.

Перед заливкой подвижная часть плотно прижимается к неподвижной гидроцилиндром и фиксируется в этом положении специальными замками. После застывания заготовки, подвижная часть оборудования отъезжает, а отливку выталкивают механические толкатели. Перед смыканием пресс-формы, контактирующие с расплавленным металлом поверхности, покрывают разделительной смазкой. Специальный состав обеспечивает беспрепятственное отделение отливок после литья, защищает сталь от негативного воздействия высоких температур.

Литье под давлением выполняется в автоматизированном режиме в промышленных установках. Главными узлом этого оборудования выступает камера для прессования, она бывает холодной или горячей. Холодная камера – это горизонтальный цилиндр, с поршнем внутри и воронкой, предназначенной для заливания расплава. После заливки металла, поршень движется внутри цилиндра, нагнетая расплав в пресс-форму. После заполнения формы повышается усилие на поршень для создания достаточной величины давления для кристаллизации металла.

Горячая камера для прессования представляет собой ванну с расплавом, которая расположена в подогреваемом чугунном тигле. Поступательное движение поршня выталкивает расплав из тигля. Металл поднимается по каналу и поступает в пресс-форму. В конструкции канала предусмотрен подогреваемый мундштук. Этот элемент нужен, чтобы жидкий металл не затвердевал внутри.

После застывания детали, остатки расплава из канала сливаются обратно в чугунную ванну. Оборудование этого типа применяется для изделий из сплавов цинка и магния.

Температура нагрева расплава

Нагрев материала для литья под давлением осуществляется исходя из марки сплава и геометрических параметров детали. Если расплав перегрет, при заполнении пресс-формы брызги попадают в отверстия для вентиляции и закупоривают их. Это приводит к ухудшению газоотвода и, как следствие, к возникновению пор в отливке.

Высокая температура жидкого металла приводит к увеличению времени затвердевания изделия, как следствие нужно больше времени на весь технологический процесс. Увеличивается износ оборудования из-за длительного соприкосновения с перегретым расплавом. Возрастает опасность приваривания заливаемого металла к оборудованию, из-за этого может повредиться деталь при выталкивании. Всё это приводит к быстрому износу пресс-формы.

При литье под давлением расплав спрессовывают при минимальной температуре. Цветные металлы нагревают всего на 10–300ºС выше температуры, при которой сплав полностью твердеет. При небольших толщинах элементов отливки сплав нужно нагревать сильнее. Для литья больших изделий простой конфигурации сплав нагревают чуть выше температуры плавления.

Для деталей, к которым предъявляются высокие требования по прочности, металл заливают в твердо жидком состоянии. За счет этого обеспечиваются следующие преимущества:

  • предотвратить появление усадочных дефектов в отливке;
  • снизить тепловое воздействие на оборудование;
  • снизить время охлаждения изделия;
  • уменьшить опасность приваривания пресс-формы и отливки.

Металл с включениями твёрдой фазы можно прессовать только в установках, с холодной камерой. При использовании оборудования с горячей камерой есть риск застывания расплава в подводящем канале.

Пример литья под давлением деталей из алюминия – процент твёрдых частиц в расплаве, когда пресс-форма беспрепятственно заполняется, а качество отливки остаётся на высоком уровне, составляет от 40 до 60%.

Скорость подачи расплава в пресс-форму

Поршень спрессовывает металл в пресс-форму с определённой скоростью. Значение выбирается в зависимости от характеристик сплава и геометрических параметров отливки. Если изделие простое с толстыми стенками высокая скорость прессования не нужна. Если деталь имеет сложную геометрию и тонкие элементы скорость запрессовки должна быть высокой. Это требуется, чтобы расплав успел заполнить все узкие полости до затвердевания.

Слишком большая скорость подачи расплавленного материала становится причиной следующего явления: струя разделятся на мелкие капли, образуя смесь расплава и воздуха. Если количество каналов для отвода газов недостаточно или они забиты металлом, пузырьки воздуха останутся в отливке. Это приведёт к образованию пор в металле, чтобы исключить такие дефекты пресс-форму помещают в вакуум.

От скорости движения расплава зависит качество отливок и долговечность оборудования. Если скорость литья под давлением слишком высокая, то защитную смазку с соприкасающихся с жидким металлом поверхностей может смыть. Из-за этого отливка приварится к пресс-форме, и при выталкивании ее может повредить или сломать.

Слишком медленная подача, снизит качество детали. Металл будет застывать прямо во время заполнения формы до того, как усилие будет увеличено. Скорость поступления расплава в пресс-форму при литье под давлением обычно выбирается в диапазоне от 10 до 50 м/с. Небольшую скорость используют для литья деталей из стали, медных сплавов, высокая скорость требуется для сплавов олова и цинка.

Давление на расплав при застывании

В момент, когда расплав полностью заполняет пресс-форму, усилие на поршень многократно увеличивается. Воздействие давлением не прекращается до тех пор, пока металл полностью не затвердеет. В результате возрастает плотность и механические характеристики отливки, в ней не образуются усадочные дефекты. При повышении усилия сжатия уменьшается количество бракованных изделий, растёт чистота поверхности металла, повышается качество отливок.

Чем выше требования к прочности детали, тем больше должно быть усилие прессования. Алюминиевые сплавы прессуют давлением от 40 до 200 МПа. Для сплавов на основе магния используют от 40 до 180 МПа. Цинковые сплавы повергают давлению от 10 до 50 МПа. Для обеспечения высокого качества при увеличении толщины стенки нужно повышать давление при кристаллизации.

Температура подогрева пресс-формы

Перед подачей жидкого сплава литейное оборудование нужно нагреть до определённой температуры, которая подбирается для каждого сплава в зависимости от толщины стенок изделия. Температура предварительного подогрева пресс-формы:

  • для литья цинка до 120–1600 ºС;
  • магния 200–2400 ºС;
  • алюминия 180–2500 ºС;
  • стали 200–2800 ºС;
  • латуни 280–3200 ºС.

Если отливка тонкостенная – пресс-форму нагревают до температуры ближе к большим значениям указанных выше интервалов. Для толстостенных деталей – ближе к нижнему значению. Это нужно чтобы в тонкостенных отливках расплав не затвердел в процессе заполнения формы. В технологии заливки больших деталей напротив необходимо увеличить скорость застывания.

Преимущества и недостатки литья под давлением

Отливки, выполненные на установках для литья под давлением – это детали, с низкой шероховатостью, высокой точностью исполнения, которым не нужна механическая обработка или она минимальна. После литься детали поступают на отрезные прессы, где с них удаляются литники и промывники.

Состоящий из небольшого количества операций процесс может быть полностью автоматизирован. Из-за простоты операций, быстрого затвердевания металла и автоматического извлечения изделий этот процесс является высокопроизводительным.

Недостаток технологии – это сложность и высокая стоимость технологической оснастки. Экономически не рационально использовать литье под давлением в средне серийном и мелкосерийном производстве. Способ не подходит для литья тугоплавких металлов, которые плавятся при температуре выше, чем сталь.

Эту технологию не применяют для изготовления больших отливок, так как преимущества метода пропадают из-за неравномерного затвердевания, а из-за высокой цены габаритного высокоточного оборудования использование этого способа экономически нецелесообразно.

Применение

Литье под давлением изготавливают тонкостенные детали со сложной геометрией. Этой технологией делают изделия из меди, алюминия, цинка, магниевых сплавов, сталей и пластика. Эта технология позволяет выполнять геометрически сложные отливки с толщиной элементов до 1 мм.

Литье под давлением применяют в следующих отраслях промышленности:

  • приборостроение;
  • автомобилестроение;
  • самолётостроение;
  • станкостроение;
  • изготовление элементов смесителей.
  • производство бытовой техники;

Литье под давлением широко используют для производства изделий из полиэтилена, полипропилена и других синтетических материалов. Из-за большой стоимости применяемой оснастки эта технология экономически обоснована только в массовом или крупносерийном производстве.

Сегодня ни одно машиностроительное предприятие, массово изготавливающее детали бытовой техники, приборы, двигатели внутреннего сгорания и другие высокотехнологичные механизмы, не может обойтись без установок для литья под давлением.

Технологические основы литья в песчаные формы

Способ литья в песчаные формы широко распространен, доступен, не требует дефицитных материалов, дешев. Применяется в единичном (при ручной формовке), серийном и массовом (при машинной формовке) производствах. Область применения — получение отливок массой от нескольких десятков граммов до нескольких сотен тонн из различных сплавов. Минимальная толщина стенок у отливок (в зависимости от их размеров) составляет: из стали — 5-25 мм, из чугуна — 3-20 мм.

Читать еще:  Литье литейное производство

Основные понятия и определения. Краткое описание процесса изготовления отливки

Формовка — процесс изготовления литейных форм и стержней из формовочных и стержневых смесей.

Модельный комплект — комплект формовочных приспособлений, необходимых для образования при формовке полости литейной формы.

Модель отливки (модель литейная) — часть модельной оснастки для образования в литейной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки.

Модели элементов литниковой системы — часть модельной оснастки для образования в литейной форме отпечатка системы каналов, подводящих жидкий металл из ковша в рабочую полость формы.

Неразъемная модель отливки — литейная модель, не имеющая разъема или отъемных частей.

Разъемная модель отливки — литейная модель, состоящая из нескольких отъемных частей.

Стержень литейный — элемент литейной формы для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке.

Стержневые знаки на модели отливки — выступы на модели, которые при изготовлении формы дают в ней отпечатки для установки стержня.

Модельная плита — приспособление в виде плиты, оформляющее плоскость разъема литейной формы и несущее на себе различные части модели отливки, а также модели элементов литниковой системы.

Опока литейная — приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении литейной формы, ее транспортировке и заливке металлическим расплавом.

Формовочный материал — совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей.

Формовочная смесь — многокомпонентная смесь из формовочных материалов, состав которой соответствует условиям технологического процесса изготовления неметаллических литейных форм.

Стержневая смесь — высококачественная формовочная смесь, используемая для изготовления литейных стержней.

Стержневой ящик — приспособление, имеющее рабочую полость для получения в ней стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси.

Выбивка отливок — процесс удаления затвердевших и охлажденных до определенной температуры отливок из литейных форм.

Литники — металл, затвердевший в полости элементов литниковой системы.

Обрубка отливок — процесс отделения от отливок литников, заливов по разъему формы и других неровностей поверхности.

В настоящее время наибольшее число отливок получают в разовых (песчаных) формах, выполняемых из формовочной смеси, состоящей из кварцевого песка, огнеупорной глины и специальных добавок. После затвердевания металла, залитого в форму, ее разрушают и извлекают отливку. Технологический процесс изготовления отливки складывается из различных процессов, осуществляемых в отделениях литейного цеха (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Схема технологического процесса изготовления отливки

В состав литейного цеха входят следующие отделения:

  • • модельное;
  • • землеприготовительное;
  • • стержневое;
  • • формовочное;
  • • плавильное;
  • • выбивное;
  • • обрубное;
  • • очистное.

В модельном отделении по рабочим чертежам изготовляют модельный комплект, в землеприготовительном — формовочные и стержневые смеси, в формовочном — литейную форму, в стержневом — песчаные стержни, в плавильном — получают жидкий металл. Гото- вую литейную форму заливают жидким металлом и после его затвердевания в выбивном отделении удаляют из формы отливку; отделяют литники от отливки и очищают поверхность отливки от пригара в очистном отделении. Заключительной операцией является контроль качества отливки.

Инструмент и оснастка, используемые при изготовлении разовой формы, показаны на рис. 4.3. Уплотняют формовочную смесь пневматическими (а) или ручными (б) трамбовками. Для отвода газов из формы в процессе заливки делают наколы иглой-шомполом (в). Удаляют модель из формы подъемниками, которые забивают в деревянные или ввинчивают в металлические модели (г). Исправляют готовую форму отделочным инструментом: гладилками (д), торцовыми гладилками (е), ложками (ж), крючками (з), ланцетами (и). Формовку осуществляют в металлических рамках-опоках (к). Верхняя опока 1 соединяется с нижней 4 штырями 2, которые устанавливают в проушины

3. Для удержания смеси в опоках делают буртики 5.

В качестве примера рассмотрим получение отливки «тройник» (рис. 4.4, а) в разовой форме, изготовленной вручную. Для того чтобы получить ту или иную отливку в песчаной форме, прежде всего требуется сделать для нее модельный комплект, который состоит из модели отливки, стержневых ящиков и других приспособлений. Модель отливки имеет конфигурацию, аналогичную отливке, но размеры ее больше размеров отливки на величину линейной усадки сплава.

В рассматриваемом случае модельный комплект выполнен из дерева и состоит из разъемной модели 1 отливки (рис. 4.4, б), одного стержневого ящика 6 (рис. 4.4, в), моделей элементов литниковой системы и подмодельной доски 10 (рис. 4.4, г), оформляющей плоскость разъема литейной формы. Разъемная модель 1 состоит из двух частей — нижней полумодели 2 и верхней полумодели 3, которые соединяются друг с другом по плоскости разъема с помощью шипов, встроенных в верхнюю полумодель 3 (на рис. 4.4, б шипы не видны). Параллельно в плоскости разъема нижней полумодели 2 делают гнезда 5 под шипы.

Рис. 4.3. Формовочный инструмент и опоки

Контур модели 1 точно воспроизводит наружный контур отливки, показанный на рис. 4.4, а. В то же время конфигурация модели отличается от конфигурации отливки наличием стержневых знаков 4 на модели, которые служат для получения отпечатков в формовочной смеси 11 для установки литейного песчаного стержня 7 при сборке литейной формы, показанной на рис. 4.4, ж. Внутренний контур (полость отливки) выполняется стержнем 7, который изготавливается из стержневой смеси, уплотняемой в стержневом ящике 6. Концы 8 (их три) стержня называют знаками стержня. По размерам они соответствуют стержневым знакам 4 на модели. Канал 9 в стержне 7 предназначен для отвода газов в процессе заливки и затвердевания отливки.

Готовая литейная форма, показанная на рис. 4.4, ж, состоит из двух частей — нижней полуформы 19 и верхней 20. Их разделяет плоскость разъема 14, которая одновременно является плоскостью разъема модели отливки (см. рис. 4.4, д).

Рис. 4.4. Изготовление отливки «тройник» в песчаной форме: а — чертеж отливки «тройник»; б — модель отливки; в — стержневой ящик и песчаный стержень; гид- изготовление нижней и верхней полуформ; е — извлечение полу модели из формы; ж — собранная форма под заливку; з — отливка с литниками

Для изготовления этой формы нижнюю полумодель 2 и модели питателей (находятся за плоскостью чертежа) устанавливают на подмодельную доску 10, затем ставят опоку 12. Чтобы формовочная смесь не прилипала к поверхностям подмодельной доски и моделям, их посыпают сухой разделительной смесью или графитом. В опоку 12 сначала насыпают облицовочную формовочную смесь (слоем 20-25 мм), затем наполнительную формовочную смесь. В условиях массового производства, когда трудно автоматизировать раздельную подачу двух смесей, применяют единую формовочную смесь.

В нашем случае при ручной формовке формовочную смесь 11 уплотняют ручной трамбовкой, после чего иглой-шомполом делают наколы 13 для выхода газов из формы во время заливки ее жидким металлом. Затем нижнюю полуформу (рис. 4.3, г) переворачивают на 180°, устанавливают верхнюю полумодель 3 на нижнюю полумодель 2 и модели элементов литниковой системы (находятся за плоскостью чертежа): модель шлакоуловителя, модель стояка, модели выпоров 17. Поверхность разъема и моделей вновь посыпают разделительным составом, ставят верхнюю опоку 15 по центрирующим штырям 16. В опоку 15 засыпают слоями формовочную смесь, каждый из которых уплотняют трамбовкой, а затем излишек смеси счищают, наносят наколы и извлекают модели стояка и двух выпоров 17.

Далее разнимают опоки 12 и 15 по плоскости разъема 14, после чего из нижней полуформы вынимают полумодель 2 и модели питателей (рис. 4.4, е), а из верхней полуформы — полумодель 3 и модель шлакоуловителя. Рабочие полости полуформ продувают сжатым воздухом, чтобы удалить случайно попавшие частицы смеси.

Сборка литейной формы под заливку расплавом осуществляется следующим образом (рис. 4.4, ж). В нижнюю полуформу 19 устанавливают песчаный стержень 7 так, чтобы его знаковые части вошли в соответствующие отпечатки в форме, полученные стержневыми знаками 4 на модели. Правильность установки стержня контролируют шаблонами. Далее верхнюю полуформу 20 устанавливают на нижнюю полуформу 19, скрепляют штырями 16 и на форму сверху укладывают груз. Последнее необходимо для того, чтобы при заливке давление жидкого металла на стенки формы не приподняло бы верхнюю полуформу 20 и металл не вытек бы по плоскости разъема 14 из формы.

Форму заливают металлическим расплавом через каналы литниковой системы, которая на рис. 4.4, ж показана пунктиром и находится за плоскостью чертежа. Первоначально расплав попадает в литниковую чашу, далее движется по стояку, попадает в шлакоуловитель и через питатели начинает заполнять рабочую полость 18 (полость отливки), обволакивая стержень 7. Форма считается залитой, когда заполнятся полости двух выпоров 17.

Читать еще:  Технология литья чугуна

После окончания заливки формы жидкий металл охлаждается и затвердевает. При этом внутреннюю полость отливки оформляет стержень 7, который присутствует в отливке до температуры полного охлаждения формы. На рис. 4.4, з показана отливка «тройник» 21 с литниками, из которой удален песчаный стержень 7: 22, 23, 24, 25 — литники в виде металла, затвердевшего в элементах литниковой системы, соответственно, в стояке, шлакоуловителе, питателях и выпорах.

При извлечении отливки песчаная форма разрушается. Далее поверхность отливки очищают от пригоревшей формовочной смеси, литники 22, 23, 24, 25 отделяют от отливки 21 и выбивают из нее стержень 7.

Затем следует контроль качества отливки: проверяют геометрические размеры, выявляют внутренние дефекты и т. д.

После этого отливки поступают на обработку резанием, в результате которой получают готовые литые детали.

СУЩНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ

Технологии литейного производства на современном этапе позволяют получать изделия с высокими эксплуатационными свойствами. Отливки надежно работают в реактивных двигателях, атомных энергетических установках и других машинах ответственного назначения. Они используются в изготовлении строительных конструкций, станочного и прессового оборудования, морских судов, деталей бытового оборудования.

Под литейным методом понимают процесс получение заготовок путем заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки.

В современном литейном производстве наиболее часто применяются два основных способа:

· литье в песчаные формы,

· специальные способы литья.

Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Этим способом изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов в широком диапазоне весов и размеров. Сущность этого процесса заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта.

Этапы технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах представлены на рисунке 17.1.

Рис. 17.1. Этапы технологического процесса изготовления отливок в песчано-глинистых формах

Под литейной моделью (рис. 17.2) понимают приспособление, с помощью которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.

Применяют модели разъемные и неразъемные, деревянные, металлические и пластмассовые. На рисунке 17.2, б показана модель для литья в песчано-глинистую форму изготовленная самым современным способом – прототипированием.

Рис. 17.2. Деталь, полученная литьем в песчано-глинистую форму (а) и ее литейная модель (б)

· Под стержневым ящиком (рис. 17.3) понимают формообразующее изделие, имеющее рабочую полость для получения в ней литейного стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси. Литейные стержни устанавливают для образования: полостей, отверстий, иных сложных контуров заготовки.

Рис. 17.3. Стержневой ящик: 1,2 — полуформы ящика, 3 — фрагмент опоки, 4 — готовый стержень, 5 — виды стержней в машиностроении

Для приготовления смесей используются природные и искусственные материалы. Обычно используется кварцевый или цирконовый песок и связующие добавки. Добавки обеспечивают прочность, пластичность и термическую устойчивость формовочной смеси.

Приготовление формовочной смеси включает несколько операций: перемешивание компонентов смеси, увлажнение и разрыхление.

Изготовление литейных форм по своей физической сущности аналогично строительству норок ребенком в песочнице. Ребенок кладет одну руку на песок, засыпает ее сверху и утрамбовывает его второй рукой. После утрамбовки песка ребенок вытаскивает руку из него и там остается «норка», по размерам и форме напоминающая его засыпаемую песком руку.

В реальной технологии литья вместо руки ребенка используется модель того изделия, которое будут отливать. Литейная форма обычно состоит из верхней и нижней полуформ, которые изготавливаются в опоках. Основные операции изготовления литейных форм показаны на рисунке 17.4.

Рис. 17.4. Основные операции изготовления литейных форм

Форму собирают и заливают расплавленным металлом. Заливка осуществляется из ковшей чайникового, барабанного и других типов. Литейную форму заливают расплавленным металлом через литниковую систему. Под литниковой системой понимают совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из разливочного ковша в полость формы.

Процесс охлаждения отливок длится от нескольких минут (для небольших тонкостенных отливок) до нескольких суток и недель (для крупных толстостенных отливок). Для сокращения продолжительности охлаждения используют методы принудительного охлаждения водой или воздухом.

Выбивка отливки – это процесс удаления затвердевшей и охлажденной до определенной температуры отливки из литейной формы, при этом литейная форма разрушается. Осуществляют на специальных выбивных установках.

Обрубка отливок – это процесс удаления с отливки прибылей, литников, выпоров и заливов по месту сопряжения полуформ. После обрубки отливки зачищают.

Очистка отливок – это процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смесей с наружных и внутренних поверхностей отливок. Осуществляется в галтовочных барабанах, в гидропескоструйных и дробеметных камерах, а также химической или электрохимической обработкой.

Несмотря на универсальность и относительную дешевизну, процесс литья в песчаные формы связан с большим грузопотоком вспомогательных материалов и высокой трудоемкостью. 15-20% массы заготовки превращается в стружку при последующей механической обработке.

Переход к специальным способам литья дает возможность снизить припуски на механическую обработку и количество стружки до 5-7%.

Специальные способы литья позволяют:

· получать отливки повышенной точности и с более высокими показателями чистоты поверхности,

· снижать расходы на материалы формовочных смесей.

В современном машиностроительном производстве существуют более 50 способов специального литья, отличающихся от литья в песчаные формы следующими признаками:

— конструкцией литейных форм,

— материалом литейных форм,

— использованием внешних воздействий для заполнения форм и т.д.

Наиболее распространенные специальные способы литья показаны на рисунке.17.5.

Рис. 17.5. Специальные способы литья

· ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ – это процесс литья, когда расплавленный материал подается в литейную форму под достаточно большим давлением, что позволяет значительно снизить риск получения брака в виде раковин и пористости, (рис. 17.6). Сначала металл доставляется в камеру прессования (рис.17.6, а), затем подается в полость пресс-формы (рис.17.6, б). После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается, стержень извлекается, и отливка удаляется из рабочей полости пресс-формы (рис. 17.8,в).

Рис.17.6. Схема процесса литья под давлением: заливка металла (а), прессование (б), извлечение заготовки (в), заготовки, полученные этим способом (г); 1— поршень давления, 2 — части формы, 3 — поддерживающие элементы, 4 — полость пресс-формы, 5— выталкиватель

ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ – это процесс, когда модели изготавливают в пресс-формах из легкоплавкого материала (воск или стеарин) (рис. 17.7, а), которые попеременно погружают в клеевой состав и в «кипящий» песок, наращивая тем самым слой склеенного песка на поверхностях моделей. Затем все это помещают в печь или кипяток, где легкоплавкий материал моделей расплавляется и вытекает из форм и они помещаются в печь для прокаливания.

Рис. 17.7.Сзема процесса по выплавляемым моделям: восковая модель (а), оболочковая форма (б), процесс заливки (в), заготовки, полученные данным способом (г)

Получается прочная, но хрупкая оболочка (рис. 17.7, б), в которую заливают расплавленный материал (рис. 17.7, в), а после затвердевания отливки форма легко разрушается от небольшой динамической нагрузки, например, от удара молотком или от небольшого нажатия прессом.

ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ по технологии процесса изготовления литейных форм такая же, как и по выплавляемым моделям, но сами модели делают так же, как для литья в песчаные формы. Это позволяет делать литейные формы по простой и дешевой технологии и получать крупногабаритные отливки, но производительность процесса значительно ниже, чем при литье по выплавляемым моделям.

ЛИТЬЕ В КОКИЛЬ – это процесс литья в металлическую форму многоразового использования, что обеспечивает достаточно высокую производительность процесса, но требует гораздо больших затрат на ее изготовление.

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ – это процесс, когда литейная форма должна вращаться при подаче в нее расплавленного материала, который под действием центробежных сил прижимается к стенкам формы (рис. 17.8).

Рис. 17.8. Схема процесса вертикального центробежного литья (а), заготовки, полученные этим способом (б); 1— двигатель для вращения, 2 — изложница, 3 — расплавленный металл, 4 — ковш

Центробежные силы способствуют уплотнению материала отливки, снижая риск получения брака в виде пористости и раковин. Эта технология позволяет получать многослойные отливки из различных материалов.

При непрерывном литье расплавленный металл из металлоприемника через графитовую насадку поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор и затвердевает в виде отливки, которая вытягивается специальным устройством.

Для производства отливок специальными способами литья чаще всего используют:

· серые, высокопрочные и ковкие чугуны;

· углеродистые и легированные стали;

· медные (бронзы и латуни), цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы;

Читать еще:  Производство керамической плитки технология

· сплавы тугоплавких металлов (титан, молибден, вольфрам).

Преимуществами специальных способов литья являются:

· изготовление заготовок с высокой весовой точностью (для специальных способов литья);

· изготовление отливок практически неограниченных габаритов и массы;

· получение заготовок из сплавов, неподдающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием (магниты).

Наиболее подробно с некоторыми процессами литья Вы познакомитесь на лабораторных работах.

Литье под давлением

Литье под давлением – это высокопроизводительный автоматизированный технологический процесс создания тонкостенных деталей из цветных металлов, стали и пластмасс. С высокой скоростью жидкий расплав заполняет пресс форму. и далее в результате под давлением получаются отливки заданной формы. Эта статья подробно описывает технологию, оборудование и изделия, которые можно получить при помощи метода.

Описание технологических операций

Процесс литья под давлением осуществляется в стальных пресс-формах. Расплавленный материал подаётся в пресс-форму и кристаллизуется там под воздействием высокого давления.

Пресс-форма это технологическая литейная оснастка, сконструированная из подвижной и неподвижной стальных частей. Подвижная половина передвигается по направляющим цилиндрам, неподвижная закреплена на стационарной плите.

Перед заливкой подвижная часть плотно прижимается к неподвижной гидроцилиндром и фиксируется в этом положении специальными замками. После застывания заготовки, подвижная часть оборудования отъезжает, а отливку выталкивают механические толкатели. Перед смыканием пресс-формы, контактирующие с расплавленным металлом поверхности, покрывают разделительной смазкой. Специальный состав обеспечивает беспрепятственное отделение отливок после литья, защищает сталь от негативного воздействия высоких температур.

Литье под давлением выполняется в автоматизированном режиме в промышленных установках. Главными узлом этого оборудования выступает камера для прессования, она бывает холодной или горячей. Холодная камера – это горизонтальный цилиндр, с поршнем внутри и воронкой, предназначенной для заливания расплава. После заливки металла, поршень движется внутри цилиндра, нагнетая расплав в пресс-форму. После заполнения формы повышается усилие на поршень для создания достаточной величины давления для кристаллизации металла.

Горячая камера для прессования представляет собой ванну с расплавом, которая расположена в подогреваемом чугунном тигле. Поступательное движение поршня выталкивает расплав из тигля. Металл поднимается по каналу и поступает в пресс-форму. В конструкции канала предусмотрен подогреваемый мундштук. Этот элемент нужен, чтобы жидкий металл не затвердевал внутри.

После застывания детали, остатки расплава из канала сливаются обратно в чугунную ванну. Оборудование этого типа применяется для изделий из сплавов цинка и магния.

Температура нагрева расплава

Нагрев материала для литья под давлением осуществляется исходя из марки сплава и геометрических параметров детали. Если расплав перегрет, при заполнении пресс-формы брызги попадают в отверстия для вентиляции и закупоривают их. Это приводит к ухудшению газоотвода и, как следствие, к возникновению пор в отливке.

Высокая температура жидкого металла приводит к увеличению времени затвердевания изделия, как следствие нужно больше времени на весь технологический процесс. Увеличивается износ оборудования из-за длительного соприкосновения с перегретым расплавом. Возрастает опасность приваривания заливаемого металла к оборудованию, из-за этого может повредиться деталь при выталкивании. Всё это приводит к быстрому износу пресс-формы.

При литье под давлением расплав спрессовывают при минимальной температуре. Цветные металлы нагревают всего на 10–300ºС выше температуры, при которой сплав полностью твердеет. При небольших толщинах элементов отливки сплав нужно нагревать сильнее. Для литья больших изделий простой конфигурации сплав нагревают чуть выше температуры плавления.

Для деталей, к которым предъявляются высокие требования по прочности, металл заливают в твердо жидком состоянии. За счет этого обеспечиваются следующие преимущества:

  • предотвратить появление усадочных дефектов в отливке;
  • снизить тепловое воздействие на оборудование;
  • снизить время охлаждения изделия;
  • уменьшить опасность приваривания пресс-формы и отливки.

Металл с включениями твёрдой фазы можно прессовать только в установках, с холодной камерой. При использовании оборудования с горячей камерой есть риск застывания расплава в подводящем канале.

Пример литья под давлением деталей из алюминия – процент твёрдых частиц в расплаве, когда пресс-форма беспрепятственно заполняется, а качество отливки остаётся на высоком уровне, составляет от 40 до 60%.

Скорость подачи расплава в пресс-форму

Поршень спрессовывает металл в пресс-форму с определённой скоростью. Значение выбирается в зависимости от характеристик сплава и геометрических параметров отливки. Если изделие простое с толстыми стенками высокая скорость прессования не нужна. Если деталь имеет сложную геометрию и тонкие элементы скорость запрессовки должна быть высокой. Это требуется, чтобы расплав успел заполнить все узкие полости до затвердевания.

Слишком большая скорость подачи расплавленного материала становится причиной следующего явления: струя разделятся на мелкие капли, образуя смесь расплава и воздуха. Если количество каналов для отвода газов недостаточно или они забиты металлом, пузырьки воздуха останутся в отливке. Это приведёт к образованию пор в металле, чтобы исключить такие дефекты пресс-форму помещают в вакуум.

От скорости движения расплава зависит качество отливок и долговечность оборудования. Если скорость литья под давлением слишком высокая, то защитную смазку с соприкасающихся с жидким металлом поверхностей может смыть. Из-за этого отливка приварится к пресс-форме, и при выталкивании ее может повредить или сломать.

Слишком медленная подача, снизит качество детали. Металл будет застывать прямо во время заполнения формы до того, как усилие будет увеличено. Скорость поступления расплава в пресс-форму при литье под давлением обычно выбирается в диапазоне от 10 до 50 м/с. Небольшую скорость используют для литья деталей из стали, медных сплавов, высокая скорость требуется для сплавов олова и цинка.

Давление на расплав при застывании

В момент, когда расплав полностью заполняет пресс-форму, усилие на поршень многократно увеличивается. Воздействие давлением не прекращается до тех пор, пока металл полностью не затвердеет. В результате возрастает плотность и механические характеристики отливки, в ней не образуются усадочные дефекты. При повышении усилия сжатия уменьшается количество бракованных изделий, растёт чистота поверхности металла, повышается качество отливок.

Чем выше требования к прочности детали, тем больше должно быть усилие прессования. Алюминиевые сплавы прессуют давлением от 40 до 200 МПа. Для сплавов на основе магния используют от 40 до 180 МПа. Цинковые сплавы повергают давлению от 10 до 50 МПа. Для обеспечения высокого качества при увеличении толщины стенки нужно повышать давление при кристаллизации.

Температура подогрева пресс-формы

Перед подачей жидкого сплава литейное оборудование нужно нагреть до определённой температуры, которая подбирается для каждого сплава в зависимости от толщины стенок изделия. Температура предварительного подогрева пресс-формы:

  • для литья цинка до 120–1600 ºС;
  • магния 200–2400 ºС;
  • алюминия 180–2500 ºС;
  • стали 200–2800 ºС;
  • латуни 280–3200 ºС.

Если отливка тонкостенная – пресс-форму нагревают до температуры ближе к большим значениям указанных выше интервалов. Для толстостенных деталей – ближе к нижнему значению. Это нужно чтобы в тонкостенных отливках расплав не затвердел в процессе заполнения формы. В технологии заливки больших деталей напротив необходимо увеличить скорость застывания.

Преимущества и недостатки литья под давлением

Отливки, выполненные на установках для литья под давлением – это детали, с низкой шероховатостью, высокой точностью исполнения, которым не нужна механическая обработка или она минимальна. После литься детали поступают на отрезные прессы, где с них удаляются литники и промывники.

Состоящий из небольшого количества операций процесс может быть полностью автоматизирован. Из-за простоты операций, быстрого затвердевания металла и автоматического извлечения изделий этот процесс является высокопроизводительным.

Недостаток технологии – это сложность и высокая стоимость технологической оснастки. Экономически не рационально использовать литье под давлением в средне серийном и мелкосерийном производстве. Способ не подходит для литья тугоплавких металлов, которые плавятся при температуре выше, чем сталь.

Эту технологию не применяют для изготовления больших отливок, так как преимущества метода пропадают из-за неравномерного затвердевания, а из-за высокой цены габаритного высокоточного оборудования использование этого способа экономически нецелесообразно.

Применение

Литье под давлением изготавливают тонкостенные детали со сложной геометрией. Этой технологией делают изделия из меди, алюминия, цинка, магниевых сплавов, сталей и пластика. Эта технология позволяет выполнять геометрически сложные отливки с толщиной элементов до 1 мм.

Литье под давлением применяют в следующих отраслях промышленности:

  • приборостроение;
  • автомобилестроение;
  • самолётостроение;
  • станкостроение;
  • изготовление элементов смесителей.
  • производство бытовой техники;

Литье под давлением широко используют для производства изделий из полиэтилена, полипропилена и других синтетических материалов. Из-за большой стоимости применяемой оснастки эта технология экономически обоснована только в массовом или крупносерийном производстве.

Сегодня ни одно машиностроительное предприятие, массово изготавливающее детали бытовой техники, приборы, двигатели внутреннего сгорания и другие высокотехнологичные механизмы, не может обойтись без установок для литья под давлением.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector