Литье металлов

Под давлением

Технология литья под давлением предполагает быструю подачу расплава в форму путем использования компрессорных или поршневых механизмов. Благодаря автоматизации процесса литье под давлением считается высокопроизводительным.

Таким способом можно получать детали:

  • сложной геометрической формы;
  • с достаточно тонкими стенками;
  • высокой точности;
  • с повышенной шероховатостью.

Способ литья под давлением применяется для получения деталей в автомобилестроении. Они получаются небольшого веса, достаточной прочности, что позволяет снизить общую массу агрегата.

Стоит отметить, что метод литья под высоким давлением имеет следующие достоинства:

  • возможность получения размеров 9 класса и грубее;
  • достигаемая шероховатость поверхности — 1,25 мкм;
  • минимальная размер стенок — 0,6 мм;
  • минимальным диаметром отверстий — 1 мм;
  • формирование наружной резьбы;
  • накатки, надписей на внешней стороне.

К недостаткам относят следующее:

  • высока цена на сами формы;
  • разлив металлов с низкой температурой плавления;
  • повышенная вероятность образования внутренних дефектов в виде трещин и напряжений.

Схема литья под давлением

Широкое использование литья алюминия под давлением обусловлено:

  • малым значениями температуры в период кристаллизации;
  • пластичностью сплава;
  • хорошей жидкотекучестью;
  • инертностью к химическим реакциям;
  • невысоким объемом усадки.

Рассматривая способы технологию поделить следующим образом:

  • камера прессования:
    • горячая;
    • холодная;
  • способ разливки:
    • горизонтальный;
    • вертикальный;
  • механизм подачи сплава:
    • поршневой;
    • компрессорный.

Протекание процесса

Расплав подается в специальную полость. Поршневым пальцем жидкий металл на большой скорости вгоняется во внутреннюю полость пресс-формы. После чего происходит охлаждение без снятия давления. После затвердевания пресс-форма разъединяется, и отливка извлекается. Для облегчения извлечения конструкция оборудуется толкателями.

Литье под давлением

Литье под давлением является одним из высокопроизводительных способов изготовления отливок, обеспечивающим высокое качество поверхности.

Расплавленный металл заливается в камеру прессования (рис. 9.4) специальной машины, а затем под действием прессующего поршня 2, перемещающегося в этой камере, через литниковые каналы заполняют с высокой скоростью полость формы. Затвердевание металла происхо­дит под высоким давлением. По окончании затвердевания отливки сначала извлекаются стержни 3, затем форма раскрывается гидроци­линдром, и толкатель 4 удаляет отливку из пресс-формы.

Литьем под давлением обычно изготавливают отливки из алюмини­евых, цинковых, магниевых и медных сплавов. Масса отливок варьи­руется от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов.

Скорость впуска жидкого металла в пресс-форму колеблется от 0,5 до 120 м/с, а конечное давление на металл может составить до 500 МПа. Форма заполняется за десятые, а особо тонкостенные отливки — за сотые доли секунды. Это позволяет, несмотря на высокую скорость охлаждения металла в форме, изготавливать отливки с очень тонкими стенками.

Машины для литья под давлением имеют или горячую, или холод­ную камеры прессования. Горячая камера располагается в плавиль­ном тигле и сообщается специальным каналом с пресс-формой (рис. 9.5). Холодную камеру заполняют вручную. Машины с холодной камерой прессования (см. рис. 9.4) способны развивать несколько более высокое давление на жидкий металл.

К числу недостатков литья под давлением можно отнести: высокую стоимость пресс-форм, трудность получения отливок со сложными поверхностями, опасность возникновения трещин на отливках, появле­ние в отливках воздушно-газовой пористости.

Изготовление художественных отливок литьем под давлением мож­но считать малоперспективным. Этот метод может пригодиться для массового производства тонкостенных отливок из цветных сплавов сравнительно простой конфигурации.

Одной из разновидностей рассматриваемой технологии является литье под низким давлением (рис. 9.6). Тигель с жидким металлом 5 герметически закрыт крышкой 2, в которую вмонтирован ме-таллопровод 4. Металлопровод погружен в металл на глубину 40—50 мм от дна тигля. Песчаную форму 1 устанавливают на крышке и соединяют с металлопроводом.

Воздух или инертный газ закачивается под давлением до 0,1 МПа внутрь тигля и давит на зеркало жидкого металла. Под действием избыточного давления металл поступает в форму со скоростью, регу­лируемой давлением. По окончании заполнения формы и затвердева­ния отливки полость камеры соединяют с атмосферой, и неза­твердевший металл из металлопровода стекает в тигель.

Литьем под низким давлением изготавливают отливки из алюмини­евых и магниевых сплавов, реже — из медных сплавов при серийном и массовом производстве.

Одним из существенных преимуществ метода является возможность регулировать скорость потока заполнения формы, что важно для улуч­шения качества тонкостенных крупногабаритных отливок. Специализированное оборудование для литья под низким давлением широкого распространения не получило, так что возможность его использования для художественного литья маловероятна

Специализированное оборудование для литья под низким давлением широкого распространения не получило, так что возможность его использования для художественного литья маловероятна.

Хорошая литниковая система

Правильно же спроектированная литниковая система обеспечивает должный контроль течения жидкого металла при заполнении литейной формы.

Оптимальная конструкция литниковой системы может:

  • снизить турбулентность течения расплавленного металла;
  • минимизировать содержание в отливке газов и включений;
  • снизить количество шлака.

Неправильная литниковая система неизбежно приводит к нарушениям плавности и непрерывности течения металла. Результатом этого будет низкое качество отливки. Это тем более относится к алюминию и его литейным сплавам, которые являются весьма чувствительными к нарушениям плавности течения расплавленного алюминиевого сплава из-за повышенного образования шлака и оксидов.

Алюминиевые сплавы очень активно реагируют с кислородом с образованием оксида алюминия. Когда течение алюминиевого расплава происходит гладко, эти оксиды образуются на поверхности расплава и остаются там. Однако, если течение расплава является турбулентным, эти оксиды попадают внутрь расплава и приносят туда газы и включения. Поэтому, чтобы избежать нарушения непрерывности течения расплавленного алюминия литниковую систему проектируют таким образом, чтобы исключить проблемы с захватом воздуха. Это достигают путем предотвращения образования областей с низким давлением, которые могли бы приводить к засасыванию воздуха в литейную форму.

Основные способы литья металлов

Литье в землю

Традиционный способ. Изготавливается простая или составная модель из дерева или других модельных материалов, потом по модели делается матрица из песчано-глиняной смеси. Подробнее об этом способе читайте в соответствующей статье.

Технология литья в землю

Модель извлекают из формы, части ее собирают вместе, создают литниковую систему. Форму накалывают тонкими острыми иглами, чтобы обеспечить газоотведение. Производят отливку, ждут ее остывания,

Литье в металлические формы

Разъемную форму, называемую кокилем, изготавливают из металлических деталей. Части матрицы получают путем отливки или, если требуется обеспечить высокое качество поверхности и точность размеров, путем фрезерования. Формы смазывают антипригарными составами и производят заливку.

Литье в металлические формы

После остывания кокили разбирают, извлекают отливки, очищают. Металлическая матрица выдерживает до 300 рабочих циклов.

Литье по газифицируемым моделям

Модель выполняется не из дерева или воска, а из легкоплавкого и газифицируемого материала, преимущественно полистирола. Модель остается в форме и испаряется при заливке металла.

Литье по газифицируемым моделям

Преимущества способа:

  • модель не требуется извлекать из матрицы;
  • можно изготовлять модели сколь угодно сложных отливок, не нужны сложные и составные формы;
  • существенно снижена трудоемкость моделирования и формования.

Литье по газифицируемым моделям приобретает большую популярность на современных металлургических производствах.

Соинжекционное литье

Метод основан на подаче жидких пластических составляющих из нескольких инжекционных машин. В отличие от многолитниковой системы здесь впрыск разных смесей производится через одну точку. В зависимости от поставленных задач можно получать отливки с различными характеристиками. Для реализации требуется сложное оборудование с комбинированием инжекторных головок.

Способ совместного инъектирования можно разделить на подвиды:

* Многослойное. Разновидность заключается во впрыскивании в зону будущего изделия нескольких различных спецсмесей из двух или более инъекционных машин. Существуют многочисленные варианты сочетаний сырья. Это могу быть различающиеся, как по цвету, так и по прочим свойствам пластмассы. Например, наружные слои выполняются из прочных высококачественных полимеров, а внутренние – из более мягкой пластической массы, пенополистирола (пенопласта) или более дешёвого вторичного сырья.

Конкретные ингредиенты и цвет определяются требованиями, предъявляемыми к готовой продукции.

* Сэндвич-литьё. Этот подвид отличается тем, что виден только наружный слой пластика. Техпроцесс производится в 3 стадии. Сначала в штамповочное пространство впрыскивается состав No 1. Затем внутрь первого инжектируется No 2. В конце снова добавляется порция первоначальной пластических компонентов. Она закрывает вход, через который вводился вторая составляющая и окончательно запечатывает его, формируя наружный слой.

Технология также позволяет получать детали из нескольких видов сырья, преследуя цели от достижения специальных механических характеристик до утилизации продуктов вторичной переработки полимеров.

Технический процесс

Процесс литья под давлением

  • Первый этап, это раскрытие пресс-формы и смазка. Это необходимо для того, чтобы готовая отливка легко отходила от полостей пресс-формы и металл в поршне не застывал до того, как он будет запрессован. Также образуется пленка, которая помогает стабилизировать температуру и защищает поверхность пресс-формы, что увеличивает срок службы оснастки.
  • Второй этап, это смыкание пресс-формы. Усилие смыкания пресс-формы эта та характеристика, которая по современной классификации дает название всей машине, то есть например если у машины литья под давлением в названии есть цифра 300, то ее усилие смыкания 3000 кило-Ньютонов или 300 тонн и она является аналогом машины литья под давлением 711А08 по Советской классификации. Другими словами такая машина способна сдержать металл, который создает усилие, стремящееся раскрыть пресс-форму в триста тонн.
  • Третий этап, это заливка металла в поршень. После смазки пресс-формы и поршня рабочий зачерпывает из печи необходимое количество металла и заливает его в горловину поршня.
  • Четвертый этап, это запрессовка металла. Поршень под воздействием пневматики, в которую как правило закачан азот, совершает поступательное движение и закачивает металл в камеру прессования.
  • Пятый этап, это снятие готового изделия.

    Кокильные машины литья металлов

Пресс-формы

Литейные формы (пресс-формы) обычно изготавливаются из стали. Оформляющая полость формы выбирается подобной наружной поверхности отливки, однако учитываются искажения размеров. Пресс-форма содержит также выталкиватели, с помощью которых готовое изделие извлекается из пресс-формы и подвижные металлические стержни, называемые знаками, образующие внутренние полости изделий.

Литейные машины с горячей камерой прессования

Машины литья под давлением с горячей камерой прессования чаще всего используются для литья сплавов на основе цинка или латуни. Это необходимо поскольку температура плавления латуни более 900 градусов Цельсия. Если для литья цинка или латуни использовать обычную машину литья под давлением с холодной камерой прессования, то пресс-форма будет испытывать повышенные тепловые нагрузки и перепады температур, что приводит к быстрому износу формы и падению качества отливок. В машине литья под давлением с горячей камерой прессования камера погружена в расплав, что позволяет поддерживать постоянную температуру пресс-формы, уменьшить перепады температур и повышенные тепловые нагрузки, что продлевает срок службы формы.

Литейные машины с холодной камерой прессования

Такие машины используются для литья под давлением алюминиевых, магниевых, медных сплавов. Литьё в пресс-формы происходит под давлением от 35 до 700 МПа. Машины литья под давлением с холодной камерой прессования отличаются от машин литья под давлением с горячей камерой прессования отсутствием «гузнека» и более низкими температурами эксплуатации.

Кокильные машины для литья металлов

Кокильные (gravity casting machines англ.) машины для литья металлов используются для литья в кокиль под низким давлением. Основная сфера применения это изделия на основе алюминиевых сплавов, медных сплавов, бронзовых сплавов и др. Для литья толстостенных изделий с более низкими требованиями по плотности изделия и его пористости по сравнению с машинами литья под давлением. Литье в кокиль один из самых древних методов литья металлов.

Литье алюминия и сплавов алюминия под давлением

Литье под давлением позволяет получать тонкостенные отливки различной формы и конфигурации с качественным рельефом поверхности практически не требующим механической обработки. Высокая скорость теплоотдачи от отливки к пресс-форме обусловливает необходимость быстрого заполнения (менее 0,1 с.) последней. Такое заполнение обеспечивают специальные литейные машины А711А08, которыми оснащено производство «РОСАЛ». В данных машинах залитый в камеру прессования расплав алюминия под большим давлением (30…100 мн.) и с высокой скоростью (до 100 м/с.) запрессовывается в пресс-форму.  Высокие скорости впускного потока способствуют качественному оформлению рельефа отливки.

  • Минимальная допустимая толщина стенок алюминиевых отливок – 0,8-1,2 мм;
  • Масса производимых алюминиевых отливок – от 5 г до 12 кг;
  • Шероховатость поверхности отливок согласно ГОСТ 2789-73 Ra = 3,2-10 мкм;
  • Класс точности получаемых алюминиевых отливок по ГОСТ Р 53464-2009 : 3-8.

На нашем производстве мы используем различные сплавы алюминия, каждый из которых обладает своими особенными характеристиками и требует соблюдения определённых правил литья. Сплавы на основе алюминия представляют собой сложные системы из двух и более металлов. В алюминиевых сплавах может присутствовать кремний, медь, магний, цинк. Ниже указаны примеры сплавов алюминия, которые могут использоваться для производства разных деталей:

Сплав – система алюминий-магний: АМг6л, АМг7 (АЛ29);
Сплав – система алюминий-кремний-магний: АК7, АК12, АК7ч (АЛ9), АК8л, АК9ч;
Сплав – система алюминий-медь-магний: Д16 (дюралюминий);
Сплав – система алюминий-кремний-медь: АК5М, АК6М2;
Сплав – система алюминий-медь: АМ5 (АЛ5);

Возможно изготовление изделий из сплавов алюминия, предложенных заказчиком. Для моделирования литейных процессов используются программы SolidWorks и Pro/ENGINEER.  Отливки запускаются в производство только после получения результатов моделирования, подтверждающих, что разработанная литейная технология гарантирует отсутствие каких-либо литейных дефектов.

Для литья применяются алюминиевые сплавы в чушках с гарантированным химическим составом ГОСТ 11069-2001, ГОСТ 1583-93; Во время плавления сплавов алюминия производится очистка специальными флюсами, рафинирование спец присадками, и осуществляется продувка инертным газом. Основные процессы производственного цикла литья автоматизированы, что исключает ошибки ручного производства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector