Литье (стр. 2 из 4)
Рис 1. Схемы процессов и машина для литья под давлением.
а - с горизонтальной холодной камерой прессования, б - с вертикальной холодной камерой прессования, в - с горячей камерой прессования; г - машина с горизонтальной холодной камерой.
Для создания избыточного давления необходима доза металла, несколько большая, чем требуется для отливки, поэтому между верхним плунжером и пятой остается пресс остаток в виде цилиндра. При поднятии верхнего плунжера нижняя пята также начинает подниматься вверх, срезает пресс остаток и выводит его за пределы камеры прессования, а затем опускается в исходное положение (до перекрытия отверстия литниковой системы). Подвижная часть пресс формы 1 отходит, и отливка извлекается при помощи выталкивателей 9. После извлечения отливки и закрытия пресс-формы цикл повторяется вновь.
Поршневые машины с горячей камерой прессования (рис. 1, в) оснащены тигельной печью 9, в которой в течение рабочей смены находится расплавленным металл 7. Сама камера прессования 8 помещена в тигле непосредственно в расплавленном металле. Когда прессующий плунжер 6 поднят, то расплавленный металл через отверстия в камере заполняет ее, а при движении плунжера 6 вниз перекрываются впускные отверстия и металл под давлением поступает в рабочую полость 2 пресс-формы, присоединенной к камере прессования через переходной мундштук 5. После кристаллизации сплава в полости 2 подвижная полуформа 1 отходит, толкатели 10 упираются в неподвижную плиту н отливка выталкивается. Затем подвижная полуформа 1 смыкается с неподвижной 3, закрепленной на плите 4, а плунжер 6 поднимается, камера 8 заполняется из тигеля метллом 7, и цикл повторяется. На таких машинах можно получать мелкие и сложные отливки из цинковых, оловянных, свинцово-сурьмянистых и других легкоплавких сплавов.
2. Литьё под низким давлением.
Применяют для получения крупных тонкостенных корпусных заготовок из легкоплавких сплавов. Расплавленный металл 1 (рис. 2) из плавильного тигля 2, который нагревается электронагревателями 3, под давлением инертного газа или воздуха 0,1—0,8 кгс/см2 (0,01—0,08 МН/м2) выжимается по металлопроводу 4 в рабочую полость формы 5, где он кристаллизуется в пространстве между формой 6 и стержнем 7. Стержень может быть из обычной стержневой песчаной смеси. Давление инертного газа должно быть невысоким по той причине, что площадь зеркала расплавленного металла в тигле 2 во много раз больше площади металлопровода 4. Незначительное перемещение металла в тигле вызывает высокий подъем жидкого металла внутри металлопровода и в литейной форме. После кристаллизации отливки, давление инертного газа снимается, литейная форма, раскрывается и из неё извлекают отливку.
Рис. 2. Установка для литья под низким давлением.
3. Основные характеристики процесса.
При литье под давлением основными факторами, определяющими формирование отливки, являются давление в камере прессования и пресс-форме, скорости движения поршня и впуска жидкого металла в форму, параметры литниково-вентиляционной системы, температуры заливаемого металла и формы, режимы смазывания и охлаждения рабочей полости формы и камеры прессования.
Совокупность таких параметров, как давление в потоке металла, скорость движения металла, противодавление, возникающее вследствие затрудненного удаления воздуха и газообразных продуктов сгорания смазочного материала, образует гидродинамический режим формирования отливки. Температуры заливаемого сплава и формы, продолжительность заполнения и подпрессовки, а также темп работы определяют тепловой режим процесса.
От правильного выбора технологических режимов заполнения и подпрессовки, определяющих конструкцию пресс-формы, тип и мощность машины для литья под давлением, зависит качество отливок.
Гидродинамический режим формирования отливки.
Создает кинетику заполнения, газовый режим формы, характер распределения газовых включений в отливке и качество рельефа её поверхности. Давление в потоке металла возникает в результате сопротивления движению металла при прохождении его через тонкие сечения полости пресс-формы и обтекании стержней, при поворотах, сужениях и расширениях потока. В случае отсутствия сопротивления величина гидродинамического давления в потоке определяется противодавлением воздуха и газов, удаление которых затруднено из-за невозможности выполнения вентиляционных каналов большого сечения.
Чёткость оформления рельефа и шероховатость поверхности отливки зависят от кинетической энергии потока. В момент окончания его движения создается гидродинамическое давление на стенки пресс-формы:
Рф = pм Vф
где pм — плотность жидкого металла;
Vф — скорость потока в пресс-форме.
Высокая скорость впускаемого потока (скорость впуска) соответствует получению тонкостенных крупногабаритных отливок сложных очертаний. Высокие скорости впуска и потока в пресс-форме создаются в результате быстрого перемещения прессующего поршня. Для преодоления сопротивления затвердевающей массы металла в тонких сечениях оформляющей полости, а также сопротивления газов, остающихся в отливке, необходимо высокое гидростатическое давление. Оно передается от прессующего поршня через литниковый питающий канал. Чем позже затвердеет питатель, тем продолжительнее действие давления. Процесс передачи гидростатического давления в полость пресс-формы называется подпрессовкой. Использование утолщенных питателей позволяет осуществить подпрессовку и питание отливки жидким металлом в период кристаллизации и тем самым устранить усадочные раковины.
Максимальное усилие подпрессовки должно развиваться прессующим механизмом машины не в момент начала затвердевания отливки, а почти сразу после окончания заполнения пресс-формы.
Характер движения металла в оформляющей полости зависит от скорости выпуска, соотношения толщины питателя и отливки, вязкости и поверхностного натяжения заливаемого сплава, тепловых условий его взаимодействия со стенками пресс-формы. На основе скоростных киносъёмок процесса движения металла в прозрачной пресс-форме установлено, что при литье с малыми скоростями выпуска возможно заполнение даже ламинарным потоком, со средними скоростями – сплошное турбулентное заполнение. При высоких скоростях выпуска поток разбивается, заполнение становится дисперсным. Однако заполнение полости форм ламинарным, турбулентным или дисперсным потоком возможно лишь при получении образцов или отливки простой формы.
Большая часть отливок, используемых в машиностроении и приборостроении, имеет сложную конфигурацию с утолщениями, бобышками, приливами и переходами, поэтому даже дисперсное заполнение в чистом виде наблюдается редко. Реальное заполнение отливок сложной конфигурации - последовательное превращение дисперсного потока, образовавшегося в месте удара струи о стенку форы, в сплошной турбулентной подпор.
Таким образом, часть полости формы заполняется дисперсным потоком, а удаленные от питателя сечения полости заполняются сплошным турбулентным потоком. Соотношение дисперсных и турбулентных потоков зависит от скорости впуска, толщины отливки и сложности конфигурации, главным образом от числа поворотов в полости формы.
Тепловой режим процесса формирования отливки при литье под давлением.
Обеспечивает подвижность сплава как в период заполнения формы, так и в процессе подпрессовки. Он связан с высокой интенсивностью теплового взаимодействия жидкого металла со стенками массивной пресс-формы.
Процесс охлаждения металла можно разделить на 2 периода. 1 - охлаждение жидкого металла при движении его в литниковой системе и оформляющей жидкости. На этом этапе важно правильно выбрать продолжительность заполнения, чтобы предупредить образование неслитин, пористости и оксидных плен. 2 период - затвердевание металла после заполнения пресс-формы. На этом этапе необходимо создать условия направленного затвердевания металла отливки. Соблюдение принципов направленного затвердевания зависит от технологичности конструкции отливки, температуры заливаемого сплава и температуры пресс-формы.
Тепловой режим определяет не только качество отливок, но и стойкость формы. Одна из основных причин разрушения поверхностных слоёв матриц и пуансонов и появление на отливках так называемых следов разгара формы—это возникновение температурных напряжений во вкладыше. Долговечность пресс-формы, как показали результаты исследований В. Т. Рождественского, зависит от величины максимальных температурных напряжений и коэффициента линейного температурного расширения материала пресс-формы. Кроме того, она снижается из-за активного силового взаимодействия между охлаждающимся сплавом и нагревающимися рабочими частями формы.
Тепловой режим, определяющий условия формирования отливки, связан с высокой скоростью затвердевания жидкого металла, которая возрастает при охлаждении формы водой или терморегулирующей жидкостью. Терморегулирование рабочей полости пресс-формы необходимо для стабилизации и выравнивания тепловых условий в различных по толщине сечениях отливки.