Литье под давлением.

Литье под давлением является самым производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации в серийном и массовом производстве.

Процесс литья заключается в заливке расплавленного металла в камеру сжатия машины и последующем выталкивании его через литниковую систему в полость металлической формы, которая заполняется под давлением. Заполнение полости происходит при высокой скорости впуска металла, которая обеспечивает высокую кинетическую энергию, поступающего в форму металла:

где m - масса расплавленного металла, v - скорость металла,

p - давление, g_m - удельная масса металла.

Энергия движения струи при резком замедлении ее скорости в форме до нуля частично переходит в тепловую энергию, повышающую температуру металла в его жидкотекучестъ и создает гидродинамическое давление на стенку формы:

Скорость выпуска при литье под давлением в зависимости от типа отливки и сплава может быть в пределах от 0,5 до 120 м/с. Различают три способа литья под давлением.

1. Литье с низкими скоростями впуска (0,5-2,5 м/с), обеспечивающее заполнение формы сплошным ламинарным потоком. Применяют этот способ для изготовления толстостенных отливок из алюминиевых сплавов и латуней.

2. Литье со средними скоростями впуска (2-15 м/с), обеспечивающее турбулентное движение расплавленного металла, при котором в результате срыв струй захватываются в поток металла пузырьки воздуха, оттесняемые затвердевающим сплавом к середине отливки. Это создает воздушную пористость, которую удалить почти невозможно, но можно уменьшить под действием высокого давления. Изготовляют при этом отливки средней сложности.

3. Литье с высокими скоростями впуска (более 30 м/с), обеспечивает заполнение только в режиме турбулентного течения истока расплава, но и со значительным его распылением, результатом которого является еще больший объем захваченного в полость отливки воздуха, для уменьшения воздушной пористости и в этом случае создают высокое давление [до 500МПа(н/мм²)] Этот способ применяют для тонкостенных отливок сложной конфигурации.

Для литья под давлением применяют литейные машины с горячей и холодной камерой прессования.

Машины с горячей камерой прессования применяют для отливок, материал которых имеет температуру плавления не более 450°С. Схема процесса литья на машине с горячей камерой прессования представлена на рис.10.

Рис. 10. Схема литья под давлением на машине с горячей камерой прессования.

Камера сжатия такой машины погружена всегда в расплав металла, а при поднятии вверх прессующего поршня заполняется расплавом и при рабочем ходе (вниз) прессующего поршня расплав из камеры сжатия вытесняется в рабочую полость литейной формы. После охлаждения отливки форму раскрывают и отливку из нее при этом удаляют.

Машины для литья под давлением с холодное камерой прессования применяет для отливок, материал которых имеет температуру плавления 450°С. В производстве применяют машины с вертикальной и горизонтальной камерой прессованиям Использование машин с горизонтальной камерой прессования предпочтительнее, так как в них меньше потери тепла, давления и металла из-за более короткой литниковой системы. Схема процесса литья на машине с горизонтальной камерой прессования представлена на рис.11.

Выталкивание отливки

Рис. 11. Схема литья под давлением на машине с холодной горизонтальной камерой прессования;

1- камера сжатия;

2- прессующий поршень;

3- водоохлаждающие каналы;

4- стержень;

5- выталкиватель;

6- подвижная полуформа;

7- неподвижная полуформа;

С помощью мерного ковша расплав заливают в камеру сжатия, откуда прессующий поршень вытесняет его в рабочую полость формы. Здесь расплав остывает и затем при раскрытии формы отливка автоматически удаляется из формы. Для поддержания температуры формы на определенном уровне (предупреждения перегрева) в форме предусмотрено охлаждение водой с помощью специальных каналов.

Требования и литейным сплавам для литья под давлением:

1. Достаточная прочность при высоких температурах, чтобы отливка не ломалась при выталкивании.

2. Минимальная усадка.

3. Высокая жидкотекучесть при небольшом перегреве.

4. Небольшой интервал кристаллизации

5. Этим требованиям удовлетворяют сплавы на основе цинка, алюминия, магния и меди.

Основными факторами, определяющими выбор того или иного способа литья под давлением (в зависимости от скорости впуска) и сплава является конфигурация отливки и требования к качеству.

1. При литье под давлением получают высокое качество отливок. Достижимая точность: 9-11 квалитет по размерам, получаемым в одной части литейной формы и 11-12 квалитет по размерам, получаемым в двух частях формы. Точность зависит от точности изготовления формы, обычно форму изготовляют на 1-2 квалитета точнее детали. Выше указана экономически достижимая в производстве точность.

2. Шероховатость поверхности отливки зависит от шероховатости поверхности рабочей поверхности формы, продолжительности ее эксплуатации и материала отливки. Обычно рабочую поверхность формы полируют (при этом достигают параметр R_a=0,16 мкм). При литье до 500 отливок получают шероховатость поверхности R_a=1,25-0,63 мкм - для отливок из цинковых сплавов. R_a =2,5-1,25 мкм - для отливок из алюминиевых сплавов и R_a =2,5- R_z мкм - для медных сплавов, а при изготовлении 10000 отливок соответственно получают R_a =2,5-1,25 мкм, R_a =2.5 - R_z =20 мкм, Rz = 160-80 мкм.

3. При питье под давлением механические свойства неравномерны по толщине отливки и отличаются в лучшую сторону по сравнению с этими свойствами отливок полученных другим способом. При быстром охлаждении у отливок образуется литейная корочка с мелкозернистой структурой, толщина которой не более 1-1-1,5мм. Поэтому тонкостенные отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенную прочность (на 20-30%).

4. Важным показателем качества является пористость, вскрываемая при механической обработке и являющаяся причиной брака. Так как пористость всегда имеет место при литье сложных тонкостенных деталей, то необходимо применять конструктивные меры для предупреждения вскрытия пор. В этом случае для уменьшения влияния воздушной пористости на качество необходимо устранять механическую обработку отливок, предусматривать отливку отверстий. А при необходимости механообработки назначать припуск не более 0,5 мм.

Особенностью конструкции отливок при литье под давлением является наличие приливов для выталкивателей. Приливы для выталкивателей создают в тонкостенных отливках со стороны подвижной части формы для предупреждения деформации и прокола отливок выталкивателями.