Технологии » 2011 » Сентябрь » 9 » Литье под низким давлением.Оборудование.
01:27
Литье под низким давлением.Оборудование.
Литье под низким давлением.
Общая характеристика.
 
Литье под давлением выполняют машинным способом в металлические формы, называемые пресс-формами.
Заполнение металлом пресс-формы осуществляют после её смыкания через литниковые каналы, которые соединяют рабочую полость пресс-формы с камерой прессования машины для литья под давлением.
 
Наружные очертания отливки образуются рабочей поверхностью сомкнутой пресс-формы, а внутренние отверстия и полости получают при помощи стержней, которые извлекают из затвердевшей отливки в момент раскрытия пресс-формы.
Заполнение полости формы расплавом и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или газа.

Машины для литья под давлением бывают 2 типов - компрессорные и поршневые.
Наибольшее распространение получили поршневые машины с холодной и горячей камерой прессования.
Горячая камера прессования находится внутри тигля с расплавленным металлом, а холодная - отдельно от расплавленного металла и располагается горизонтально или вертикально.
 
Современные машины для литья под давлением имеют полностью автоматизированный рабочий цикл с программным управлением; автоматизированы регулировка усилия смыкания пресс-форм, изменение скорости прессования, блокировка узлов при появлении неисправностей в машине.

Литье под регулируемым давлением создает широкие возможности для управления процессом заполнениея формы расплавом.

Если внутрь герметичной камеры подавать сжатый воздух или газ под давлением  Ризб>Ратм, то за счет разницы давлений расплав поднимется по металлопроводу и заполнит форму до уровня, соответствующего  H=(Ризб-Ратм) / Р.

Такой способ заполнения называют литьем под низким давлением.
Термин "низкое давление" используется потому, что для подъема расплава и заполнения формы требуемое избыточное давление менее 0,1 МПа.

Воздействие давлением на затвердевающий расплав позволяет улучшить условия питания, снизить объем усадочных дефектов, повысить качество отливки - механические свойства и герметичность.
 
В рассматриваемых процессах после заполнения формы давление действует на расплав, который из тигля через металлопровод поступает в затвердевающую отливку и питает ее.
Благодаря этому усадочная пористость в таких отливках уменьшается, плотность и механические свойства возрастают.

Литье под низким давлением осуществляется на установках таким образом, что процесс заполнения формы расплавом - самая трудоемкая и неприятная с точки зрения охраны труда и техники безопасности операция - выполняется автоматически.

Конструкции установок и машин для этих литейных процессов обеспечивают также автоматизацию операций сборки и раскрытия форм, выталкивания отливки и ее удаления из формы.
 
Таким образом, процессы литья под регулируемым давлением позволяют повысить качество отливок и обеспечить автоматизацию их производства.
 
Технологический процесс.
 
Тигель с расплавом в раздаточной печи (камере) установки герметично закрывают крышкой в которой установлен металлопровод, изготовленный из жаростойкого материала.
 
Металлопровод погружают в расплав так, что конец его не достает до дна тигля на 40-60 мм.
Форму установленную на крышке, соединяют с металопроводом литниковой втулкой.
Полость в отливке может быть выполнена металлическим, оболочковым или песчаным стержнем.
Воздух или инертный газ под давлением до 0,1 МПа через систему регулирования поступает по трубопроводу внутрь камеры установки, и расплав поступает в форму снизу через металлопровод, литник и коллектор со скоростью, регулируемой давлением в камере установки.
 
По окончании заполнения формы и затвердевания отливки автоматически открывается клапан, соединяющий камеру установки с атмосферой.
Давление воздуха в камере снижается до атмосферного и незатвердевший расплав из металлопровода сливается в тигель.
 
После этого форма раскрывается, отливка извлекается и цикл повторяется.
Основными преимуществами процесса литья под низким давлением являются:
  • автоматизация трудоемкой операции заливки формы;
  • возможность регулирования скорости потока расплава в полости формы изменением давления в камере установки;
  • улучшение питания отливки;
  • снижение расхода металла на литниковую систему.

Основные недостатки:

  • невысокая стойкость части металлопровода, погруженной в расплав, что затрудняет использование этого способа литья для сплавов с высокой температурой плавления;
  • сложность системы регулирования скорости потока расплава в форме, вызванная динамическими процессами, происходящими в установке при заполнении ее камеры воздухом,
  • нестабильностью утечек воздуха через уплотнения, понижением уровня расплава в установке по мере изготовления отливок;
  • возможность ухудшения качества сплава при длительной выдержке в тигле установки;
  • сложность эксплуатации и наладки установок.

Требования к пресс-форме

Преимущества и недостатки способа определяют рациональную область его применения и перспективы использования.

Литье под низким давлением наиболее широко применяют для изготовления сложных фасонных и особенно тонкостенных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, простых отливок из медных сплавов и сталей в серийном и массовом производстве.
Изделие можно извлекать из пресс-формы при более высокой температуре.

Изделия, полученные литьем при низком давлении, отличаются низким уровнем остаточных напряжений и малым короблением.

Использование низких давлений и малых скоростей резко уменьшает требования к механической прочности деталей пресс-формы, что позволяет существенно уменьшить толщину плит и вес пресс-формы по сравнению с обычным литьем. Пресс-форма может изготавливаться из недорогих, легко обрабатываемых материалов. 

Дефекты при литье и способы их устранения

    Газовые раковины в отливках образуются из-за неисправности металлопровода, недостаточного для заполнения формы объема сплава в тигле, высокой скорости заполнения металлом формы, в результате чего происходит захват воздуха, недостаточной вентиляции формы, недостаточного рафинирования сплава.

Для предупреждения образования газовых раковин в отливках следует следить за исправностью металлопровода и соблюдением технологического процесса заливки; сплав должен быть подвергнут тщательному рафинированию.

    Усадочные раковины и пористость в отливках образуются вследствие неудовлетворительного теплового режима кристаллизации формы (не обеспечивается направленность кристаллизации к литнику и к прибыльным частям отливки).

Особенности формирования отливки

Заполнение формы расплавом при этом способе литья может осуществляться со скоростями потока, которые можно регулировать в широком диапазоне.

Для получения качественных отливок предпочтительно заполнять форму сплошным потоком, при скоростях, обеспечивающих качественное заполнение формы и исключающих захват воздуха расплавим, образование в отливках газовых раковин, попадание в них окисных пленок и неметаллических включений.

Однако уменьшение скорости потока, необходимое для сохранения его сплошности может вызвать преждевременное охлаждение и затвердевание расплава, т.е. до полного заполнения формы.

Поэтому, как и в других литейных процессах, важно согласовывать гидравлические и тепловые режимы заполнения формы расплавом.
В зависимости от сочетания конструктивных и пневматических параметров установки движение расплава в металлопроводе и литейной форме при заполнении может происходить как при возрастающей скорости потока, так и при колебательном ее изменении.

Колебательный характер изменения скорости отрицательно влияет на качество отливок, поэтому конструкция установки и режим работы ее пневмосистемы, а также конструкция вентиляционной системы формы должны способствовать гашению колебаний скорости.

Основными конструктивными параметрами установки являются:

  • объем рабочего пространства камеры,
  • площадь поперечного сечения отверстия металлопровода,
  • площадь зеркала расплава в тигле.

Увеличение объема рабочего пространства камеры установки увеличивает скорость потока, способствует гашению колебаний, но полностью их не исключает.

Уменьшение площади сечения отверстия металлопровода в установках с объемом рабочего пространства менее 0,07 м3 приводит к резкому гашению колебаний и увеличению скорости течения расплава, в установках с объемом рабочего пространства более 0,4 м3 увеличение площади сечения отверстия металлопровода не влияет на характер движения потока и скорость расплава на входе в форму.

Увеличение площади зеркала расплава в тигле при условии постоянства массы расплава в нем способствует спокойному заполнению.

Поэтому установки с тиглем ванного типа, в которых зеркало расплава достаточно велико, более предпочтительны, так как обеспечивают устойчивый режим работы. Увеличение гидравлического сопротивления на входе расплава в металлопровод приводит к снижению ускорения расплава в начале заполнения и гасит возникающие колебания.

Конструкция полости формы и конструкция ее вентиляционной системы также оказывают влияние на характер движения расплава в полости формы.
При заполнении форм сложных отливок с ребрами, бобышками создаются условия для захвата воздуха потоком расплава.

Гидравлическое сопротивление полости формы оказывает существенное влияние на характер движения потока.

Конструкция вентиляционной системы влияет на характер движения потокарасплава в полости формы и металлопроводе. Уменьшение площади вентиляционных каналов приводит к возрастанию противодавления воздуха в полости формы, способствует гашению колебаний и снижает скорость потока расплава.

Тепловые особенности формирования отливки

Тепловые условия формирования отливки создают возможность направленного затвердевания отливки и питания ее усадки.

Части формы, расположенные на верхней плите рабочей камеры установки нагреваются до температуры большей, чем верхняя часть формы. Кроме того, через нижние сечения полости формы, расположенные ближе к металлопроводу, проходит большее количество расплава, чем через сечения, расположенные в верхней части, что существенно увеличивает разницу температур в нижней и верхней частях отливки.

Поэтому массивные части отливки, требующие питания, располагают внизу формы, соединяют их массивными литниками с металлопроводом; вверху же формы располагают части отливки, не требующие питания.

Статическое давление на расплав

Статическое давление на расплав по окончании заполнения формы улучшает контакт затвердевающей корочки и поверхности формы, вследствие чего увеличивается скорость затвердевания отливки.

Вместе с тем давление воздуха на расплав в тигле способствует постоянной подпитке усаживающейся отливки, в результате чего уменьшается усадочная пористость, возрастает плотность и повышаются механические свойства отливки.
Избыточное давление в потоке расплава при заполнении формы больше, чем при гравитационной заливке, и гидравлический удар, который может возникнуть при окончании заполнения формы, может приводить к прониканию расплава в поры песчаного стержня, появлению механического пригара на отливках.

При литье под низким давлением стремятся заполнить форму расплавом с возможно меньшим перегревом, достаточным для хорошего заполнения формы.
С уменьшением толщины стенки отливки и увеличением ее размеров температуру заливки принимают большей.

Литниковые системы конструируют с учетом литейных свойств сплава и конструкции отливки.
Для отливок простой конфигурации литниковая система может состоять из одного литника, непосредственно примыкающего к массивной части, для более сложных тонкостенных отливок - из литника, литниковых ходов, коллектора и питателей.

Литье под регулируемым давлением

К литью под регулируемым давлением относят способы литья, сущность которых заключается в том, что заполнение полости формы расплавим и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или газа.



Если в герметичной камере б установки создавать вакуум, а в камере а давление поддерживать равное атмосферному, то заполнение формы произойдет за счет разницы давлений Ратм-Р.

Такой способ заполнения называют литьем вакуумным всасыванием.
Используя схему установки аналогичную данной можно осуществить заполнение формы иначе.

Положим, что в камерах а и б вначале создано одинаковое, но больше атмосферного давление воздуха или газа Рк>Ратм. Затем подача воздуха в камеру б прекращается, а в камеру  а  продолжается; давление в камере а повышается до Рк+ΔР. Тогда металл будет подниматься по металлопроводу вследствие разницы давлений Ра-Рб, т.е. аналогично тому, как и при литье под низким давлением.

Того же результата можно достичь, если понижать давление в камере б, оставляя постоянным давление в камере а. Такие процессы называют литьем под низким давлением с противодавлением.

Установки для литья под регулируемым давлением - сложные динамические системы, позволяющие в широких пределах регулировать скорость заполнения формы расплавим.

Использование таких установок позволяет заполнить формы тонкостенных оливок, изменить продолжительность заполнения отдельных участков формы отливок сложной конфигурации с переменной толщиной стенки с целью управления процессом теплообмена расплава и формы, добиваясь рациональной последовательности затвердевания отдельных частей отливки.
Приложение давления на затвердевающий расплав позволяет улучшить условия питания, усадки отливки, повысить ее качество - механические свойства и герметичность.

В рассматриваемых процессах после заполнения формы давление действует на расплав, который из тигля через металлопровод поступает в затвердевающую отливку и питает ее. Благодаря этому усадочная пористость в таких отливках уменьшается, плотность и механические свойства возрастают.

Литье под регулируемым давлением осуществляется на установках так, что процесс заполнения формы расплавом - самая трудоемкая и неприятная с точки зрения охраны труда и техники безопасности операция - выполняется автоматически.

Конструкции установок и машин для этих литейных процессов обеспечивают также автоматизацию операций сборки и раскрытия форм, выталкивания отливки и ее удаления из формы.

Таким образом, процессы литья под регулируемым давлением позволяют повысить качество отливок и обеспечить автоматизацию их производства.
В практике наибольшее применение нашли следующие процессы литья под регулируемым давлением:

  • литье под низким давлением,
  • литье под низким давлением с противодавлением,
  • литье вакуумным всасыванием,
  • литье вакуумным всасыванием с кристаллизацией под давлением (вакуумно - компрессионное литье).

Литье с противодавлением

Развитие литья под низким давлением является литье с противодавлением. Установка для литья с противодавлением состоит из двух камер.
В камере, устройство которой подобно герметической камере установки литья под низким давлением, располагается тигель с расплавим. В камере находится форма, обычно металлическая. Камеры разделны герметичной крышкой, через нее проходит металлопровод, соединяющий тигель и форму. Эти камеры прочно соединены друг с другом зажимами.

Давление воздуха, под которым происходит заполнение формы расплавим, будет соответственно равно разнице давлений в нижней Ра и верхней Рб камерах установки: ΔР=Ра-Рб.

Скорость подъема расплава в металлопроводе и полости формы так же, как и при литье под низким давлением, будет зависеть от всей совокупности рассмотренных выше конструктивных и пневматических характеристик системы, определяющих скорость нарастания разницы давлений ΔР, во время работы установки.

Литье с противодавлением позволяет уменьшить выделение газов из расплава, улучшить питание отливок и вследствие этого повысить их герметичность, а также механические свойства.

Этот способ литья дает наибольший эффект при изготовлении отливок с массивными стенками равномерной толщины из алюминиевых и магниевых сплавов, кристаллизующихся в широком интервале температур.

Использование второй стадии процесса - кристаллизации под всесторонним избыточным давлением для тонкостенных отливок не всегда приводит к заметному улучшению свойств.

Это объясняется тем, что продолжительность кристаллизации тонкостенных отливок мала и отливка затвердевает прежде, чем давление в верхней камере установки достигнет необходимой величины.

Литье вакуумным всасыванием.

Сущность процесса литья вакуумным всасыванием состоит в том, что расплав под действием разряжения, создаваемого в полости формы, заполняет ее и затвердевает, образуя отливку.

Изменением разности между атмосферным давлением и давлением в полости формы можно регулировать скорость заполнения формы расплавим, управляя этим процессом.

Вакуумирование полости форм при заливке позволяет заполнить формы тонкостенных отливок с толщиной стенки 1÷1,5 мм, исключить попадание воздуха в расплав, повысить точность, и механические свойства отливок.

В производстве используют установки двух основных разновидностей.

    Установки первого типа имеют две камеры: нижнюю и верхнюю.Нижняя камера представляет собой раздаточную печь с электрическим или газовым обогревом, в которой располагается тигель с расплавим. Верхняя камера расположена на крышке нижней камеры, в крышке установлен металлопровод.

Форму устанавливают и закрепляют в камере так, чтобы литник соединялся прижимами с крышкой. Полость верхней камеры через вакуум-привод соединена с ресивером, в котором насосом создается разряжение, регулируемое системой управления.

В начальный момент клапан управления открывается, в верхней камере создается разряжение, и расплав вследствие разницы давлений в камерах по металлопроводу поднимается и заполняет полость формы.

После затвердевания отливки клапан системы управления соединяет полость верхней камеры с атмосферой, давление в обеих камерах становится одинаковым, а остатки незатвердевшего расплава сливаются из металлопровода в тигель. Верхняя камера снимается, форма с отливкой извлекается и цикл может повторятся.

Установки такого типа используют обычно для улучшения заполнения форм тонкостенных сложных фасонных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов с толщиной стенки 2÷2.5мм, а иногда и до 1÷1.5мм.

    Установки второго типа используют для отливки втулок, слитков и заготовок простой конфигурации в водоохлаждаемых системах кристаллизаторы.
Носок металлического водоохлаждаемого кристаллизатора погружается в рассплав, находящийся в тигле раздаточной печи.

Рабочая полость кристаллизатора, образующая отливку, соединяется вакуумом-проводом с вакуумным ресивером. Разряжение в системе создается вакуумом-насосом и регулируется натекателем. Поворотом распределительного крана рабочая полость кристаллизатора соединяется в вакуумным ресивером. В полости кристаллизатора создается разрежение, и расплав всасывается внутрь кристаллизатора, поднимаясь на высоту, пропорциональную разрежению hрт и обратно пропорционально ее плотности.

После затвердевания отливки носок кристаллизатора извлекают из ванны расплава, поворотом крана, рабочую полость соединяют с атмосферой и отливка выпадает из кристаллизатора в приемный короб.

Особенности формирования отливки.

Форма может заполнятся расплавим с тебуемой скоростью, плавно, без разбрызгивания, сплошным фронтом; расплав, заполнивший форму, затвердевает в условиях вакуума; газы, содержащиеся в расплаве, могут из него выделяться, благодаря чему создаются условия для получения отливок без газовых раковин и пористости.

Для получения плотных отливок без усадочных дефектов необходимо согласовывать интенсивности затвердевания и питания отливки.

Обычно при литье вакуумным всасыванием слитков, втулок, расплав засасывают в тонкостенный металлический водоохлаждаемый катализатор, благодаря чему отливка отливка затвердевает с высокой скоростью.

Таким способом можно получать тонкостенные отливки типа втулок без стержней. В этом случае после всасывания расплава в кристаллизатор и намораживания на внутренних стенках кристализатора корочки твердого металла заданной толщины вакуум отключается и незатвердевший расплав сливается обратно в тигель.

Таким образом получают плотные заготовки втулок без газовых и усадочных раковин и пористости. Способ позволяет получать отливки из легких цветных и медных сплавов, чугуна и стали.

Наиболее часто этот способ используется для литья заготовок втулок, вкладышей, подшипников скольжения из дорогостоящих медных сталей.

При этом наиболее ярко проявляются основные преимущества данного способа: спокойное заполнение формы расплавим с регулируемой скоростью, сокращение расхода металла в следствии устранения литников и прибылей, автоматизация процесса заполнения формы.

Категория: Литейное производство | Просмотров: 1369 | Добавил: semglass | Теги: тигель, давление, литье металлов, пресс-форма
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *: