Литье под давлением

4.Передача в момент окончания заполнения металлом пресс-формы давления, развиваемого пресс-поршнем в камере прессования, на расплав в полости формы. Это улучшает питание отливки, способствует уменьшению усадочной пористости, сжатию газовоздушных включений. В результате возрастают плотность, герметичность и механические свойства отливки. Однако эффективность действия подпрессовки ограничена, так как это давление на расплав в пресс-форме действует только до тех пор, пока питатель не затвердеет.

5.Использование металлической пресс-формы с точными размерами и низкой шероховатостью рабочих поверхностей. Это способствует получению высокоточных отливок по массе, геометрии и размерам. Высокая точность размеров отливок (классы 1 — 4 по ГОСТ 26645 — 85 (изм. № 1, 1998)) позволяет уменьшить припуски на обработку до 0,3... 0,8 мм, а в некоторых случаях полностью исключить обработку резанием; остается только зачистка мест удаления питателей, соединительных каналов промывников и облоя. Коэффициент точности отливок по массе (КТМ) при литье под давлением достигает 0,95 ..0,98. Шероховатость поверхности отливок под давлением зависит в основном от шероховатости поверхности пресс-формы и технологических режимов литья. Обычно отливки под давлением имеют шероховатость от Rz = 160... 80 мкм (сплавы на основе меди) до Ra = 1,00...0,32 мкм (цинковые сплавы).

 

1.4 Эффективность производства отливок и область их применения.

 В  зависимости от того, насколько  полно используются преимущества метода литья под давлением и как правильно учтены недостатки и особенности процесса в условиях конкретного производства, достигается та или иная эффективность производства отливок под давлением.

Учитывая  опыт производства отливок под давлением, можно отметить следующие его  преимущества:

1)возможность изготовления отливок значительной площади с малой толщиной стенок (менее 1 мм);

2)возможность повышения качества отливок: отливка получается с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности; практически не требует обработки резанием; механические свойства отливок получаются достаточно высокие;

3)возможность многократного использования металлической пресс-формы. При этом сборка формы и извлечение из нее готовой отливки выполняются машиной, а процесс получения отливки малооперационный. Указанные обстоятельства и высокая скорость затвердевания отливки в пресс-форме делают процесс литья под давлением одним из самых высокопроизводительных литейных процессов и создают предпосылки для полной автоматизации данного производства;

4)значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда вследствие устранения из литейного цеха формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды.

Наряду  с указанными преимуществами литье  под давлением имеет ряд недостатков, в их числе следующие:

1)ограниченные мощностью машины (усилием, развиваемым механизмом запирания) габаритные размеры и масса отливок;

2)высокая стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость изготовления, ограниченная стойкость, особенно при литье сплавов черных металлов и медных сплавов, что снижает эффективность процесса и ограничивает область его использования. Повышение стойкости пресс-форм является одной из важных проблем, особенно при литье сплавов, имеющих высокую температуру плавления. Удлинение срока службы пресс-форм повышает эффективность производства, позволяет расширить номенклатуру сплавов, из которых могут быть получены отливки под давлением;

3)трудности выполнения отливок со сложными полостями, поднутрениями, карманами;

4)наличие в отливках газовоздушной и усадочной пористости, которая снижает механические свойства материала отливок, их герметичность, затрудняет термическую обработку, вследствие 
чего ограничиваются возможности изготовления отливок из сплавов, упрочняемых термической обработкой. Снижение газовоздушной и усадочной пористости отливок является одной из важных проблем, решение которой позволяет расширить область применения этого перспективного технологического процесса, повысить эффективность его использования,

5)наличие напряжений в отливках при усадке из-за неподатливости пресс-формы также ограничивает номенклатуру сплавов, из которых могут быть изготовлены отливки данным способом.

С учетом преимуществ и недостатков способа  литья под давлением определяется рациональная область его использования. Вследствие высокой стоимости пресс-форм, сложности оборудования, высокой производительности экономически целесообразно применять литье под давлением в массовом и крупносерийном производстве точных отливок с минимальными припусками на обработку резанием из алюминиевых, цинковых, магниевых и медных сплавов, а в некоторых случаях и специальных сплавов и сталей.

Этот  процесс с полным основанием может  быть отнесен к малооперационным и практически безотходным технологиям, так как литники и облой подвергают переплавке, а отходы в стружку малы. Наивысшие экономические показатели достигаются при изготовлении отливок под давлением на машинах с горячей камерой прессования.[2]

 

2. Технология литья под давлением. Расход расплава через питатель.

При литье  под давлением теплообмен между расплавом и пресс-формой происходит с интенсивностью значительно большей, чем при литье в кокиль, так как на рабочую поверхность пресс-формы наносится лишь слой смазочного материала, имеющий толщину несколько микрометров и небольшое термическое сопротивление. Регулирование этого термического сопротивления может осуществляться в достаточно узких пределах. Ограниченными являются и возможности изменения температуры пресс-формы перед заливкой или температуры расплава. Повышение температуры пресс-формы удлиняет технологический цикл, так как увеличивается продолжительность охлаждения отливки, что вызывает опасность ее схватывания с пресс-формой, поломок отливки и пресс-формы при выталкивании, а также приводит к риску попадания расплава в вентиляционную систему и ухудшению условий удаления газов из пресс-формы, увеличению пористости отливок. Кроме того, к снижению стойкости пресс-форм приводит повышение температуры сплава. Таким образом, возможности регулирования теплообмена между расплавом и формой путем изменения их температуры ограничены.

В то же время приложение давления на расплав при заполнении формы обеспечивает возможность в достаточно широких пределах регулировать продолжительность заполнения и таким образом изменять количество теплоты, отводимой от расплава формой за время ее заполнения. Из известных положений гидравлики следует, что продолжительность заполнения формы можно регулировать, изменяя объемный расход расплава, движущегося через питатель, т.е.

  или ,                                    (2.1)

где V —  объем полости пресс-формы.

Для получения  отливки без неслитин и неспаев, вызванных охлаждением потока расплава в пресс-форме, продолжительность  заполнения пресс-формы не должна быть больше некоторой определенной величины. Соответственно этому расход расплава через питатель должен удовлетворять условию: , где — расход расплава через питатель, при котором появляется вероятность образования дефектов поверхности отливок. Поскольку воздух и газы от смазочного материала удаляются из пресс-формы через вентиляционные каналы, размеры которых незначительны, при больших расходах расплава воздух и газы не успевают удалиться из пресс-формы и могут образовать недопустимые газовые дефекты в отливке. Поэтому, чем меньше расход расплава через питатель, тем больше степень удаления воздуха и газов из пресс-формы при соответствующей конструкции вентиляционной и литниковой систем. В этой связи расход расплава через питатель ограничен таким значением расхода , при котором воздух и газы удаляются из пресс-формы в количестве, необходимом для обеспечения заданного качества отливки по газовым дефектам (пористости, плотности, герметичности): .

Таким образом, для получения отливки без  неслитин, неспаев, с хорошим качеством поверхности и требуемым уровнем плотности необходимо, чтобы расход расплава через питатель удовлетворял условию

Оптимальный расход расплава через питатель зависит от литейных свойств материала отливки, размеров, конфигурации, толщины стенки, предъявляемых к отливке требований по качеству поверхности, плотности и герметичности, от конструкции литниковой и вентиляционной систем и других условий производства. Так, первое ограничение можно понизить путем использования сплава с большей жидкотекучестью (например, сплав марки АК7 (системы Al—Si), который обладает значительно меньшей жидкотекучестью, чем тот же сплав марки АК12). Повысить допустимое значение можно, используя смазочные материалы с меньшей газотворной способностью, а также удаляя газообразные продукты из пресс-формы до начала прессования другими способами.

Расход  расплава через питатель определяется скоростью расплава в питателе и площадью его поперечного сечения: ,поэтому практическое регулирование расхода может осуществляться изменением указанных параметров.

Площадь поперечного сечения питателей  на практике назначают с учетом толщины стенки отливки, удобства отделения от нее литников. Естественно, что толщина питателя не может быть больше толщины стенки отливки в месте подвода расплава, а ширина питателя должна обеспечить легкое его отделение от отливки.

Скорость  расплава в питателе регулируется изменением скорости движения пресс-поршня. Ее максимально допустимое значение имеет различные ограничения, по одним из которых расплав не должен смывать смазочный материал с рабочих поверхностей пресс-формы и вступать с ними в механическое взаимодействие с вероятностью эрозионного воздействия расплава на пресс-форму.

В свою очередь, размеры питателя влияют не только на расход расплава и соответственно на продолжительность заполнения формы, но и на возможность передачи давления прессования на затвердевающий расплав. Если размеры питателя будут такими, что он затвердеет раньше отливки то давление на затвердевшую отливку будет действовать в течение времени от момента окончания заполнения пресс-формы до окончания затвердевания питателя: . Если , то давление на расплав в пресс-форме будет действовать в течение всего времени затвердевания отливки и объем усадочных пор в ней будет меньше вследствие передачи расплава из камеры прессования в отливку через питатель.

Такой способ используют для массивных отливок  с повышенными требованиями по плотности и герметичности. Однако при этом усложняется отделение литников от отливки, так как их толщина 
практически равна толщине тела отливки. Во многих случаях эти 
требования к отливкам могут быть обеспечены путем создания большего давления в пресс-форме до затвердевания питателя. При этом питатель делают тоньше тела отливки, а требуемый расход расплава обеспечивают за счет высокой скорости его впуска в пресс-форму. Толщина питателя и скорость впуска влияют на характер движения расплава в пресс-форме, процессы удаления воздуха и газов из пресс-формы и в конечном счете на качество отливки, ее плотность.

Таким образом, при литье под давлением наиболее важным в формировании отливки является этап заполнения пресс-формы расплавом. При этом наряду с тепловыми условиями  формирования отливки решающее влияние на ее качество оказывают условия удаления из пресс-формы воздуха и газообразных продуктов разложения, а также характер движения расплава в пресс-форме.[3]

 

3. Пресс-формы. Конструкция

 Пресс-формы  — это сложный и точный инструмент. Пресс-форма может иметь одну или несколько рабочих полостей для получения отливки; вставки и стержни для выполнения отверстий в отливке; систему каналов для подвода расплава в рабочую полость (литниковую систему) и отвода воздуха и газов из полости формы (вентиляционную систему); устройство для выталкивания отливки из пресс-формы. В зависимости от теплонагруженности пресс-формы при работе может потребоваться либо охлаждение, либо подогрев деталей пресс-формы. С этой целью в пресс-формах делают специальные каналы, а литейные комплексы оснащают системами термостатирования пресс-форм. Чаще литейщикам приходится решать задачу по охлаждению пресс-формы, с этой целью в системах термостатирования используют деминерализованную воду. (Использование обычной технической воды в этих условиях недопустимо, так как приведет к образованию накипи на стенках каналов системы охлаждения пресс-формы.)

            Пресс-форма состоит обычно из двух частей: неподвижной и подвижной. Неподвижную половину пресс-формы крепят к неподвижной плите машины. С камерой прессования она соединяется посредством литниковой втулки. Положение отливки выбирается таким, чтобы большинство стержней и вставок, образующих ее внутренние и наружные поверхности, при раскрытии пресс-формы оказались бы с отливкой в подвижной части пресс-формы. На рис. 3.1 представлена двухгнездная пресс-форма для машины с горизонтальной холодной камерой прессования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.1. Пресс-форма для литья под давлением:

1 — литниковый  канал; 2 — штуцер; 3 — подвижная  плита крепления; 

4, 15 —  вкладыши; 5— толкатель; 6 — рассекатель; 7— штифт механизма выталкивания; 8-контртолкатель; 9 — направляющая втулка; 10 — направляющая колонка; 11, 20 — обоймы; 12 — неподвижная плита крепления; 13 — винт; 14— неподвижный стержень; 16— клин-палец; 17 — замок; 18— стержень; 19 — ползун; 21 — подкладная плита; 22, 23 — плиты толкателей; 24 — подвижная плита машины; 25 — болты; 26 — камера прессования; 27 — литниковая втулка; 28 — пружинный фиксатор; 29 — штифт; 30 — рабочая полость формы; 31 — отливка; К — каналы системы термостатирования.

 

Неподвижную часть пресс-формы с помощью плиты 12 крепят к неподвижной плите машины и соединяют с камерой прессования 26. Подвижную часть с помощью плиты 3 крепят к подвижной плите 24 машины. Расплав, залитый в камеру прессования 26 и литниковую втулку 27, под действием пресс-поршня по литниковым каналам 1 поступает в две рабочие полости 30, образуя отливки. Внешние поверхности отливок выполняются вкладышами 4 и 15, которые смонтированы в обоймах 11 и 20. Вкладыш 4 прижимается подкладной плитой 21 к обойме 20. Вкладыш 75 закреплен в обойме 11 винтами 13.

При раскрытии  пресс-формы отливка остается в  ее подвижной части. В начальный  момент раскрытия пресс-формы стержни 18, закрепленные штифтами 29 в ползунах 19, удерживают отливку в подвижной  части пресс-формы, вследствие чего происходит ее съем с неподвижного стержня 14. При дальнейшем раскрытии ; пресс-формы ползуны 19 вместе со стержнями 18 перемещаются; по наклонным клин-пальцам 16, благодаря чему стержни 18 извлекаются  из отливки. После остановки подвижной  плиты 24 машины срабатывает механизм выталкивания отливки, штифты 7 этого механизма воздействуют на плиты 22 и 23 выталкивателей, в результате выталкиватели 5 удаляют отливки с литниками из рабочих полостей. При закрытии пресс-формы контртолкатели (обратные толкатели) 8 упираются в неподвижную обойму 11 и возвращают плиты с толкателями в исходное положение. Неподвижная и подвижная части пресс-формы центруются направляющими втулками 9 и колонками 10. Для предотвращения отхода ползунов 19 и стержней 18 под давлением расплава в обойме 11 болтами 25 крепятся замки 17. Чтобы при закрытии пресс-формы клин-пальцы 16 точно попадали в отверстие ползунов 19, в подвижной обойме имеются фиксаторы 28, фиксирующие положение ползунов 19 при раскрытом положении пресс-формы. Пресс- форма во время работы может охлаждаться деминерализованной водой, протекающей по каналам К во вкладыше 4. Вода подается по шлангам, подсоединяемым к штуцерам 2. Конструкция пресс-формы зависит от конфигурации отливки, свойств заливаемого сплава, типа машины и характера производства.