Лекция 12

Литье под давлением

План лекции

1. Общие сведения о технологических процессах получения отливок

специальными способами литья.

3. Литье под давлением.

Сущность процесса литья под давлением заключается в том, что форма заполняется расплавом под давлением внешних сил, превосходящих силы гравитации, а затвердевание протекает под избыточным давлением. Преимущества и недостатки литья. Преимуществами данного способа литья являются: возможность изготовления отливок с малой толщиной стенок (менее 1 мм);

повышение качества отливок – отливка получается с высокой точностью размеров и чистой поверхностью, с малой шероховатостью, практически не требует обработки, имеет достаточно высокие механические свойства; полное исключение трудоемких операций и хорошие предпосылки для полной автоматизации производства;

значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда из за устранения из производства формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды. Наряду с преимуществами литье под давлением имеет ряд недостатков:

ограничение габаритных размеров и массы отливок мощностью машины, усилием, развиваемым механизмом запирания пресс-формы; высокую стоимость пресс-формы__________, сложность и трудоемкость ее изготовления; низкую стойкость пресс-формы при литье тугоплавких сплавов, что ограничивает область его использования; наличие в отливках газовоздушной пористости, что снижает их герметичность, затрудняет термообработку. Основные операции. В процессе литья расплавленный металл заливается в камеру прессования специальной машины, а затем под воздействием поршня, перемещающегося в этой камере, через литниковый канал заполняет полость металлической пресс-формы, затвердевает под избыточным давлением и образует отливку. После затвердевания и охлаждения до определенной температуры из отливки сначала извлекаются стержни, а затем пресс форма раскрывается, и толкатели удаляют отливку из пресс-формы.

Область использования. Заполнение пресс-формы и кристаллизация под давлением позволяют получать отливки высокого качества. Чистая поверхность и точные размеры металлической формы, высокая скорость движения расплава дают возможность резко сократить продолжительность заполнения, улучшить заполняемость и получить отливки сложной конфигурации с чистой поверхностью.

Внешнее давление на затвердевающий металл и высокие скорости его охлаждения в металлической форме способствуют измельчению структуры металла в отливке, уменьшению усадочных дефектов, повышению механических свойств. Литьем под давлением изготавливают отливки для различных отраслей машинои приборостроения из цинковых, алюминиевых, магниевых, медных сплавов, реже из чугуна и стали, массой от нескольких граммов до десятков килограммов, обычно тонкостенные, сложной конфигурации с раз витой поверхностью.

Автоматизация литья под давлением. Размеры и масса отливок зависят от мощности машин, на которых они отливаются. Чем больше усилие запирания пресс-формы, тем большее давление и скорость перемещения развивает прессующий механизм машины, тем больших размеров отливки можно получить. В зависимости от устройства камеры прессования различают процессы литья на машинах с холодной (рис. 1.19) и горячей камерами прессования (рис. 1.20). В горячекамерных машинах камера прессования располагается в тигле и сообщается с ним отверстием, через которое в нее поступает расплав. При движении поршня отверстие перекрывается, и расплав поступает в полость формы. После затвердевания отливки поршень возвращается в исходное положение, и остатки расплава сливаются в камеру. После извлечения отливки пресс-форма закрывается, и цикл повторяется.

Машины с горячей камерой прессования более производительны, однако камера прессования и поршень на этих машинах работают в тяжелых условиях, быстро изнашиваются и требуют замены. Такие машины обычно используют для литья цинковых, свинцово-сурьмянистых, магниевых и других сплавов, не взаимодействующих с материалом поршня и камерой прессования.

Машины с горизонтальной холодной камерой прессования позволяют развивать значительные усилия запирания и прессования, поэтому они чаще используются для изготовления отливок из алюминиевых, медных сплавов, чугуна и стали. Однако на таких машинах труднее получить мелкие точные отливки, так как расплав быстро охлаждается и заполняемость формы ухудшается.

Машины для литья под давлением являются сложными автоматизированными агрегатами, работающими в комплексе со вспомогательным оборудованием. К вспомогательному оборудованию относятся: раздаточные печи, дозаторы жидкого металла, манипуляторы для простановки арматуры, смазывания камер прессования и пресс-формы, удаления отливки, устройства для подогрева и стабилизации температуры пресс-формы, пресс для обрезки литников и облоя.

Эффективность производства отливок под давлением зависит от того, насколько полно используются его преимущества и как учтены его недостатки.

Дефекты отливок. Причины образования дефектов при литье под давлением могут быть связаны как с качеством приготовления сплава, так и с нарушениями специфических технологических требований, присущих данному способу литья. Различают дефекты в виде несплошностей тела отливки, несоответствия геометрических размеров требованиям чертежа и дефекты поверхности отливки.

Наиболее распространенными дефектами отливок, вызванными плохим качеством сплава, являются трещины, привар, низкие механические свойства, коррозия отливок. К специфическим дефектам отливок при литье под давлением можно отнести узорчатую поверхность, следы потоков металла, привар, задиры на поверхности отливки, нечеткие контуры отливки, газовые раковины и пористость.

Литье под низким давлением. Этим способом изготовляют отливки преимущественно из алюминиевых и реже из медных сплавов. Сущность данного способа литья состоит в вытеснении газом жидкого металла из тигля раздаточной печи в литейную форму с регулированием давления сжатого газа по заданной программе. Помимо принудительного заполнения литейной формы, позволяющего получать крупногабаритные тонко стенные детали, в этом методе литья эффективно используют питание затвердевающей отливки жидким металлом из естественной прибыли – металлопровода. При этом необходимо обеспечить затвердевание отливки сверху вниз. Регулирование динамики потока металла осуществляется давлением сжатого газа в герметичной раздаточной печи.

Воздух или инертный газ под давлением до 0,1 МПа давит на зеркало расплава. Вследствие разницы между давлением в печи и атмосферным давлением расплав по металлопроводу поступает в форму. По окончании заполнения формы и затвердевания отливки давление газа над расплавом в печи снижается до атмосферного и остаток жидкого металла из металлопровода сливается в тигель. Форма раскрывается, отливка извлекается, после чего цикл повторяется.

При литье под низким давлением отливку можно изготавливать в кокиле, песчаной или комбинированной (кокиль с песчаными или оболочковыми стержнями) форме. Основными преимуществами процесса литья под низким давлением являются: автоматизация трудоемкой операции заливки формы; возможность регулирования скорости потока расплава в полости формы; улучшение питания отливки; повышение ее плотность, благодаря избыточному давлению на расплав; снижение расхода металла на литниковую систему, так как незатвердевший металл из металлопровода сливается в тигель, что повышает коэффициент выхода годного до 90 %.

Наряду с указанными преимуществами способ литья под низким давлением имеет ряд недостатков: невысокую стойкость металлопровода, по груженного в расплав, что затрудняет использование способа для литья из сплавов с высокой температурой плавления; сложность системы регулирования скорости потока расплава в форме, вызванную динамическими процессами, происходящими в установке при заполнении ее камеры воздухом.

Преимущества и недостатки способам определяют рациональную область его применения и перспективы развития.

Контрольные вопросы и задания

1. Опишите сущность процесса литья под давлением.

2. Какие отливки изготовляют литьем под давлением?

3. Назовите основные недостатки процесса литья под давлением.

4. В чем заключается принцип литья под низким давлением?