Литье под давлением

Пресс-формы  для массового производства отливок  конструируют с полной автоматизацией всех операций по извлечению стержней и подвижных вкладышей, выталкиванию отливок, возврату стержней и толкателей в исходное положение. Извлечение подвижных стержней и выталкивание отливок часто осуществляется при раскрывании пресс-формы. Система выталкивания приводится в действие после полного извлечения подвижных стержней. Если машина для литья под давлением имеет гидровыталкиватель, то последний срабатывает после остановки, т.е. после возврата подвижной плиты машины в исходное положение. Для изготовления сложных корпусных отливок используют дополнительные механизмы — гидропостаменты и гидравлические стержне-извлекатели. В некоторых случаях в конструкциях пресс-форм используют устройства, позволяющие выполнять операцию обрезки литников и облоя от отливок.

Обычно  пресс-формы для массового производства имеют систему охлаждения и часто систему терморегулирования, что позволяет повысить темп работы машины, производительность процесса, а также обеспечить стабильное качество отливок. Для изготовления мелких отливок используют многогнездные пресс-формы, что позволяет повысить технологический выход годного и производительность. Однако многогнездные формы дороже, они более трудоемки в изготовлении. Для сложных крупных отливок применяют одногнездные пресс-формы. В условиях массового производства часто используют пресс-формы специальных конструкций: крупные4 пресс-формы для уникальных сложных отливок, например для блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания; пресс-формы для литья под давлением с вакуумированием рабочей полости для изготовления армированных отливок, отливок с повышенными требованиями по прочности и герметичности. Они могут снабжаться дополнительными устройствами, например для фиксации арматуры в рабочей полости, или кассетами для установки арматуры в пресс-форму и т.д.

Пресс-формы  для изготовления отливок в мелкосерийном  производстве характеризуются упрощенной конструкцией. Широко используются конструкции пресс-форм на базе универсальных блок-форм со сменными вкладышами, что позволяет снизить их стоимость.

Пресс-формы  снабжены механизмами извлечения подвижных  стержней из отливок, фиксации подвижных  стержней в открытом и закрытом положениях пресс-формы, выталкивания отливок, а  в некоторых случаях специальными механизмами для обрезки литников и облоя, для установки армирующих вставок, регулирования площади литниковой системы и др. Во многих случаях механизмы пресс-формы имеют отдельный привод, как правило, гидравлический, питаемый от гидросистемы машины и приводимый в действие ,с общего пульта управления литейной машины или комплекса.[1]

 

4. Машины для литья под давлением

Машины  для литья под давлением по устройству узла прессования разделяют на два класса: с горячей и холодной камерой прессования. По принципу действия на расплав машины с горячей камерой прессования делят на поршневые и компрессорные. В поршневых машинах усилие на расплав передается поршнем, а в компрессорных — сжатым воздухом или газом. Поршневые машины могут иметь камеру прессования, расположенную вертикально или горизонтально.

В производстве наибольшее применение нашли поршневые  машины с горизонтальной холодной камерой прессования и машины с вертикальной горячей камерой прессования. Компрессорные машины в процессе совершенствования конструкции выделены в самостоятельную группу машин для литья под низким (регулируемым) давлением.

 

 

4.1 Поршневые машины с вертикальной горячей камерой прессования.

Основными узлами поршневых литейных машин  с вертикальной горячей камерой прессования являются: узел прессования и узел запирания. При работе машины камера прессования 9 ,(рис. 4.1) оказывается погружена в тигель 8 с расплавом и сообщается с ним через отверстие 7. Через это отверстие в камеру поступает расплав: при движении пресс-поршня 6 вниз впускное отверстие 7 перекрывается и расплав по обогреваемому каналу 5 через мундштук 4 и литниковую втулку 3 поступает в полость пресс-формы 2. После затвердевания отливки пресс-поршень возвращает в исходное положение и остатки расплава сливаются в камеру Прессования. Механизмом запирания подвижная плита 1 машины отводится, пресс-форма раскрывается и из нее удаляется отливка. Затем пресс-форму очищают от остатков облоя, ее рабочую поверхность смазывают. Гидроцилиндр приводит в движение механизм запирания, половины пресс-формы смыкаются и цикл повторяется. Основное преимущество машин с горячей камерой прессования — отсутствие ручной операции заливки расплава в камеру прессования и устройства для ее автоматического выполнения: при каждом рабочем цикле расплав самотеком заполняет камеру Прессования, расположенную в тигле раздаточной печи, а доза расплава определяется объемом рабочей полости камеры прессования. Таким образом, машины с горячей камерой прессования работают, как правило, в автоматическом режиме.

Часовая производительность машины при этом высокая — 600 — 720 запрессовок для машин с усилием запирания до 0,4 МН, а для малых автоматов — 1000 — 3600 запрессовок в зависимости от продолжительности затвердевания отливки и ее охлаждения до температуры удаления из пресс-формы, так как длительность остальных операций относительно мала.

Рис. 4.1. Узел прессования машины с горячей камерой прессования:

1 — подвижная  плита машины; 2 — пресс-форма; 3 —  литниковая втулка; 4 — мундштук; 5 — обогреваемый канал; 6 — пресс-поршень; 7 — впускное отверстие; 8 — тигель с расплавом; 9 — камера прессования

Основным  недостатком машин с горячей  камерой являются тяжелые условия  работы камеры прессования и пресс-поршня, а именно высокая температура  и агрессивная среда жидких металлов. Поэтому горячекамерные поршневые машины в настоящее время используют в основном для литья легкоплавких свинцово-сурьмяных, оловянных, цинковых сплавов, а также магниевых сплавов, которые в расплавленном состоянии малоагрессивны по отношению к железу.

Проблема  изготовления отливок из алюминиевых  сплавов решается путем использования для деталей горячей камеры (корпуса гузнека, мундштука, наконечников) огнеупорных материалов: карбидов, нитридов, оксида алюминия, боридов, обладающих высокими прочностью и стойкостью к расплаву при высоких температурах.

 

Литейные  машины с горячей камерой прессования  могут иметь пневматический или  гидравлический привод, обеспечивающий скорость прессования до 3 м/с и  более. Тигель машины нагревается электронагревателями или газовыми горелками. Давление на расплав, развиваемое прессующим механизмом машины, обычно находится в пределах 10...50 МПа и зависит от требований, предъявляемых к отливкам и составу сплавов, из которых они изготовлены. При повышенных требованиях к плотности, прочности и герметичности отливок используют давление прессования при их получении до 100 МПа.

Литейные  машины малой мощности имеют усилие запирания 0,1 ...0,4 МН. Усилие запирания  машин средней мощности 0,63... 4 МН, а машин большой мощности 4... 10 МН. На литейных машинах с усилием запирания 10 МН можно получать отливки массой не менее 28 кг из сплавов с плотностью 6600 кг/м3 при давлении прессования 12 МПа.

Из-за малых  тепловых потерь расплавом на пути движения его в полость пресс-формы  машины с горячей камерой прессования  широко применяют для изготовления миниатюрных точных отливок массой от нескольких граммов с толщиной стенки менее 1 мм, что практически трудно осуществить на машинах с холодной камерой прессования. Для изготовления таких отливок используют малые машины с усилием запирания от 0,1 МН и давление прессования до 20 МПа.

На базе машин с горячей камерой прессования  созданы автоматические литейные комплексы. В состав комплекса входят: автоматическая литейная машина, на которой все операции, включая обдувку и смазывание пресс-формы перед очередным рабочим циклом, выполняются автоматически; манипулятор для съема и удаления крупных и средних отливок из пресс-формы; пресс для обрезки литников и облоя; транспортные средства для подачи годных отливок в тару и литников и облоя на переплавку.

 

4.2 Машины с холодной камерой  прессования.

В поршневых  машинах с холодной камерой прессования трущиеся части — пресс -поршень и камера прессования — работают в более благоприятных условиях, чем в машинах с горячей камерой. — Литейные машины с холодной камерой прессования развивают большие усилия запирания и прессования. Малые машины с холодной камерой прессования развивают усилие запирания до 1,6 МН, средние — 1,6...4 МН, тяжелые — 6,3... 10 МН, а уникальные литейные машины с горизонтальной камерой прессования могут развивать усилие запирания от 12,5 до 63 МН. На уникальных литейных машинах получают отливки массой более 50 кг.

Ряд унифицированных  литейных машин отечественного производства используется для изготовления отливок в основном из алюминиевых, магниевых, медных сплавов, реже из стали и других сплавов.

Машины  с холодной камерой прессования  бывают с горизонтальным и вертикальным расположением камеры. В производстве чаще используют машины с горизонтальной камерой прессования. Одна из причин этого заключается в удобстве их обслуживания и ремонта.

Машина  с горизонтальной холодной камерой  прессования (рис. 4.2) состоит из механизма  запирания пресс-форм, механизма прессования, гидравлического привода и системы управления. Во многих случаях машины оснащены системой для автоматического смазывания пресс-формы.

Механизм  запирания должен обеспечивать надежное соединение половин пресс-формы, чтобы не было ее самопроизвольного раскрывания, исключать возможность прорыва расплава по плоскости разъема во время подпрессовки. Наиболее распространены рычажные механизмы запирания.

Рабочая жидкость поступает в гидроцилиндр 1, посредством которого перемещается система рычагов 2 до соединения половин пресс-формы 3. В конечном положении рычажная система механизма запирания должна обеспечивать требуемое усилие запирания пресс-формы в соответствии с паспортом машины. Это усилие зависит от размеров пресс-формы, поэтому при ее смене необходимо регулировать положение плиты 7, рычажной системы, подвижной плиты крепления и полуформы относительно второй половины формы и неподвижной плиты механизмом настройки 8. Такая регулировка требуется и в процессе работы литейной машины, так как в результате разогрева наряду с толщиной пресс-формы изменяются размеры колонн, плит, рычажной системы и других деталей литейной машины, определяющих усилие запирания. На современных машинах усилие запирания контролируется специальными датчиками и может регулироваться автоматически.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4 .2. Машина для литья под давлением с горизонтальной холодной

камерой прессования:

а — во время запрессовки расплава; б  — после выталкивания готовой  отливки; 
1— гидроцилиндр; 2 — рычажная система механизма запирания; 3 — пресс- 
форма; 4 — пресс-поршень; 5 — основной гидроцилиндр; 6 — мультипликатор 
механизма прессования; 7 — плита крепления механизма запирания;

8 — механизм настройки усилия запирания

 

Механизм  прессования имеет гидроцилиндр 5, на штоке которого крепят пресс-поршень 4. Механизм прессования должен развивать усилие, требуемое для получения качественной отливки. Усилие должно создаваться в заданные моменты процесса запрессовки расплава, это обусловлено особенностями движения расплава и процесса формирования отливки при литье под давлением. Для обеспечения требуемой скорости пресс-поршня и закона ее изменения во время рабочего хода механизма прессования служит аккумуляторная установка высокого давления, представляющая собой газовый баллон и разделитель сред. Поршневой разделитель, как и разделитель другого типа, должен исключать растворение азота в рабочей жидкости гидросистемы. Аккумуляторная установка соединена с насосом через обратный клапан, который препятствует снижению давления в аккумуляторе при падении давления в гидросистеме литейной машины, например в результате срабатывания механизма запирания.  Перед запрессовкой аккумуляторная установка должна быть полностью заряжена и рабочая жидкость в ней должна находиться  под давлением газа (чаще азота), достаточным для обеспечения необходимого усилия прессования. В момент прессования жидкость  из аккумуляторной установки поступает в поршневую полость гидроцилиндра механизма прессования, под действием ее происходит перемещение пресс-поршня, а следовательно, и запрессовка  расплава в пресс-форму.

Различают три фазы в процессе запрессовки расплава. В первой фазе пресс-поршень движется с небольшой (0,05... 0,5 м/с) скоростью, при этом воздух должен вытесняться из пресс-камеры  через заливочное окно. Эту скорость стремятся поддержать на таком уровне, чтобы расплав не выплескивался из заливочного окна, а воздух и газы спокойно вытеснялись из свободного объема камеры прессования в атмосферу. Во второй фазе пресс-поршень движется со скоростью 1,5...7 м/с, обеспечивающей требуемую по технологии скорость впуска расплава в полость пресс-формы и длительность ее заполнения. В третьей фазе, начало которой соответствует моменту окончания заполнения рабочей полости пресс-формы, проводится подпрессовка. В этой фазе прессования давление в системе обычно в 2 —4 раза превышает давление в конце второй фазы прессования.