Литье под давлением (2)

метки: Отливка, Технология, Стальной, Расплав, Способ, Цветной, Металл, Давление

Литейное производство — один из старейших и до настоящего времени основных способов получения металлических изделий и заготовок для различных отраслей промышленности. Литые детали используются не только в машиностроении и приборостроении, они применяются в домостроении и дорожном строительстве, являются предметами быта и культуры. Это обусловлено тем, что этот способ позволяет получать заготовки и детали из разных сплавов практически любой конфигурации, с любыми структурой, макро- и микрогеометрией поверхности, массой от нескольких граммов до сотен тонн, с любыми эксплуатационными свойствами. При необходимости и экономической оправданности требуемые показатели достигаются без использования других технологических процессов (механической обработки, сварки, термической обработки и др.).

Основным направлением совершенствования любого производства является модернизация известных и создание новых технологических процессов, позволяющих уменьшить расход материалов, снизить затраты труда и энергии, улучшить условия труда, устранить или уменьшить вредное воздействие на окружающую среду и, в конечном счете, повысить эффективность производства и качество продукции. В настоящее время для получения литых деталей уже используется несколько десятков технологических процессов и их вариантов, обладающих достаточно широкой универсальностью или пригодных для изготовления узкой номенклатуры определенных отливок. Исторически сложилось деление этих способов на обычные, под которыми чаще всего подразумевают литье в песчано-глинистые формы, и специальные — это все остальные виды литья. С увеличением числа методов и вариантов получения отливок все острее ощущается необходимость в более четкой и детальной их классификации по основным общим признакам с целью систематизации изложения сущности разных методов, с тем чтобы облегчить понимание заложенных в них принципов и создание новых более эффективных способов литья.[1]

1. Литье под давлением

1.1. Суть процесса. Основные операции. Область использования

Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием сил от пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом. В отличие от кокиля рабочие поверхности пресс-формы, контактирующие с отливкой, не имеют огнеупорного покрытия. Это приводит к необходимости кратковременного заполнения пресс-формы расплавом и действия на кристаллизующуюся отливку избыточного давления, в сотни раз превосходящего гравитационное. Современный процесс, реализуемый на специальных гидравлических машинах, обеспечивает получение от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок разного назначения в час с высокими механическими свойствами, с низкой шероховатостью поверхности и размерами, соответствующими или максимально приближенными к размерам готовой детали. Толщина стенки отливок может быть менее 1,0 мм, а масса — от нескольких граммов до десятков килограммов. Так, одна из самых сложных и уникальных отливок, изготовляемых в России, — V-образный блок цилиндров автомобильного двигателя — имеет массу около 23 кг.

Шероховатость поверхности. Отклонение формы и расположения поверхности

... поверхностей Отклонения поверхностей определяются не только волнистостью и шероховатостью, но и отклонениями формы и взаимного расположения поверхностей. Различают номинальную поверхность, форма которой задана чертежом или другой технической документацией, и реальную поверхность, ограничивающую деталь ... вид обработки поверхности, этот способ обозначения предпочтителен. Если поверхность детали должна ...

В зависимости от конструкции камеры прессования различают машины с холодной (рис. 1.1) и горячей (рис. 1.2) камерами прессования.

Основные операции технологического процесса находятся в зависимости от конструктивного решения камер прессования:

• на машинах с холодной камерой прессования после подготовки пресс-формы 1 (рис. 1.1, а) к очередному циклу, ее сборки и запирания с помощью запирающего механизма литейной машины в камеру прессования 3 подается доза расплава. Затем под действием пресс-поршня 2, перемещающегося в этой камере посредством механизма прессования, через каналы литниковой системы расплав заполняет рабочую полость пресс-формы (рис. 1.1, б).

  После затвердевания и охлаждения отливки до определенной температуры извлекают стержни 4 и раскрывают пресс-форму (рис. 1.1, в), а затем механизмом выталкивания и толкателями 5 отливку удаляют из пресс-формы (рис. 1.1, г).

  Механизмы машины приходят в исходное состояние. Литники и заливы отделяются от отливки, как правило, с помощью обрезного пресса, расположенного около литейной машины, либо механизмами пресс-формы. На этом рабочий цикл завершается;

• Рис. 1.1. Схема технологического процесса литья под давлением на машине с холодной камерой прессования:
• а — подача расплава в камеру прессования;
• 6 — запрессовка;
• в — раскрытие

пресс-формы; г — выталкивание отливки; 1 — пресс-форма; 2— пресс-поршень;

3 — камера прессования; 4 — стержень; 5 — толкатель

•на машинах с горячей камерой прессования особенность технологического процесса связана с тем, что камера прессования 1 (рис. 1.2, а) располагается в тигле 3 и сообщается с ним заливочным отверстием 2. Через это отверстие при исходном положении пресс-поршня 6 расплав самотеком поступает из тигля в камеру прессования. После перекрытия пресс-поршнем заливочного отверстия расплав по обогреваемому каналу 4 поступает в рабочую полость пресс-формы 5 (рис. 1.2, б).

Рабочий цикл завершается после возврата пресс-поршня в исходное положение и слива остатков расплава из канала 4 в камеру прессования, раскрытия пресс-формы и удаления из нее отливки 1 толкателями 8 (рис. 1.2, в).

Рис. 1.2. Схема технологического процесса литья под давлением на машине с горячей камерой прессования:

Технология литья под давлением

... этапах заполнения пресс-формы при одновременном снижении гидравлического удара в момент перехода от заполнения к подпрессовке. Отечественная промышленность выпускает в основном машины литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования и ...

• а — заполнение камеры прессования расплавом;
• б — запрессовка;
• в — раскрытие пресс-формы и выталкивание отливки;
• 1 — камера прессования;
• 2— заливочное отверстие;
• 3 — тигель с расплавом;
• 4 — обогреваемый канал;
• 5 — пресс-форма;
• 6 — пресс-поршень;
• 7 — отливка;
• 8 — толкатели

Таким образом, процесс литья под давлением реализуется только на специальных машинах, что обеспечивает возможности комплексной автоматизации технологического процесса, способствует существенному улучшению санитарно-гигиенических условий труда, уменьшению вредного воздействия литейного производства на окружающую среду.[2]

1.2 Краткие исторические сведения.

Впервые литье под давлением было использовано в 1838 г. для изготовления типографского шрифта. Позже этот процесс начали применять в машиностроении для изготовления мелких деталей из оловянно-свинцовых (1849) и цинковых (1860) сплавов. С этой целью были построены поршневые машины с горячей камерой прессования, пресс-поршень которых перемещался вручную с помощью рычажного механизма, и компрессорные машины, не имеющие подвижных частей, контактирующих с расплавом. Быстрому распространению данного метода литья в машиностроении способствовали его малооперационность и высокая производительность, при этом для получаемых отливок характерна низкая шероховатость поверхности, мелкозернистая структура и более высокие механические свойства по сравнению с отливками, получаемыми в песчаных формах.

В конце XIX в. на поршневых машинах с горячей камерой прессования и на компрессорных машинах с гузнеком начали получать отливки из алюминиевых сплавов. Сложность процесса заключалась в том, что в поршневых машинах происходило частое заклинивание пресс-поршня, а в компрессорных расплав насыщался газами, отливки имели высокую пористость и низкое качество поверхности.

В 1920-е гг. литье под давлением стали применять в точном машиностроении и приборостроении. Появились поршневые машины с горячей камерой прессования полуавтоматического и автоматического действия. Дальнейшее развитие получили компрессорные машины, в которых для повышения давления на расплав и снижения вероятности разрыва использован уравновешенный тигель. Такие машины стали прообразом современных установок для литья под низким (регулируемым) давлением. Это направление литья под давлением в дальнейшем получило самостоятельное развитие и промышленное воплощение. Затруднения при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов на машинах с горячей камерой прессования привели к новым разработкам, в частности к созданию в 1924 г. фирмой «Ekkert» (Германия) и в 1928 г. фирмой «Ро1ак» (Чехословакия) машин с холодной камерой прессования. Эти машины получили широкое распространение, так как позволили повысить давление прессования, снизить вероятность заклинивания пресс-поршня в камере прессования (за счет меньшего проникания расплава в зазор между поршнем и стенками камеры прессования), открыли возможность производства отливок из алюминиевых и медных сплавов, а позже из сталей и сплавов на основе титана.

Высокая производительность процесса и его малооперационность наряду с растущими потребностями промышленности в массовом производстве высокоточных заготовок способствовали постоянному расширению номенклатуры получаемых литьем под давлением отливок и по материалам, и по их эксплуатационным характеристикам. С развитием теории и технологии литья под давлением, совершенствованием оборудования он находит все более широкое применение в автомобильной, электротехнической и приборостроительной промышленности для изготовления изделий авиационно-космического назначения и др., в том числе для отливок, подвергающихся упрочняющей термической обработке и работающих при высоких температурах.[1]

Литьё под давлением

... формы, называемые пресс-формами. Заполнение металлом пресс формы осуществляют после её смыкания через литниковые каналы, которые соединяют рабочую полость пресс-формы с камерой прессования машины для литья под давлением. Наружные очертания отливки образуются рабочей поверхностью сомкнутой пресс-формы, ...

1.3 Особенности формирования отливок и их качество.

При литье под давлением основные показатели качества отливки — точность размеров, шероховатость поверхности, механические свойства, плотность и герметичность — определяются следующими особенностями ее формирования.

1. Кратковременность заполнения полости пресс- формы расплавом. Скорость впуска расплава в пресс-форму для разных отливок и сплавов колеблется от 0,3 до 140 м/с, продолжительность ее заполнения 0,02…0,3 с, а конечное давление на расплав может достигать 500 МПа. Это позволяет, несмотря на высокую скорость охлаждения расплава в форме, изготовлять весьма сложные корпусные отливки с толщиной стенки менее 1 мм из сплавов с низкой и даже близкой к нулю жидкотекучестью (таким свойством обладают, например, сплавы, находящиеся в твердожидком состоянии).

Высокая кинетическая энергия движущегося расплава и давление, передаваемое на него в момент окончания заполнения формы, способствуют получению отливок с низкой шероховатостью поверхности.

2.Негазопроницаемость материала пресс-формы. Вентиляция ее рабочей полости происходит посредством специальных вентиляционных каналов. При высоких скоростях впуска расплава в полость пресс-формы воздух, а также газообразные продукты разложения смазочного материала, образующиеся при его взаимодействии с расплавом, не успевают полностью удалиться из пресс-

формы за время ее заполнения расплавом. Они препятствуют заполнению пресс-формы, попадают в расплав, приводя к образованию неслитин, неспаев, раковин и газовоздушной пористости в отливках. Газовоздушная пористость приводит к уменьшению плотности отливок, снижению их герметичности и пластических свойств. Воздух, газы, продукты разложения смазочного материала, находящиеся в порах отливки под высоким давлением, затрудняют ее термическую обработку: при нагреве прочность отливки снижается, а давление газов в порах повышается, что вызывает коробление отливки, на ее поверхности появляются пузыри.7

Для снижения газовоздушной пористости в отливках используют ряд технологических приемов, а также специальные способы литья под давлением.

3.Высокая интенсивность теплового взаимодействия между материалом отливки и пресс-формой, обусловленная ее высокими теплопроводностью и теплоемкостью, малым термическим сопротивлением слоя смазочного материала и продуктов его разложения, значительным давлением расплава и отливки на стенки пресс-формы, улучшающим контакт между ними. Это способствует по

лучению мелкозернистой структуры, особенно в поверхностных слоях отбивки, повышению ее прочности и высокой производительности процесса.