Технология жидкой штамповки

Технологию жидкой штамповки можно рассматривать, с одной стороны, как технологию литья под давлением, с другой — как процесс горячей штамповки в закрытых штампах. Металл заливается в штамп в жидком состоянии, а окончательное формообразование (штамповка) детали происходит в момент, когда металл находится в полужидком состоянии, а затем в твердом. Это позволяет получать заготовки с высокой плотностью металла и с повышенными механическими свойствами. Чтобы правильно понять и оценить по достоинству технологические возможности процесса жидкой штамповки, было бы целесообразным рассмотреть теоретические основы этого процесса.

Это в значительной степени способствовало ускорению внедрения жидкой штамповки в области машиностроения и приборостроения.

Процесс кристаллизации и затвердевания жидкого металла при наличии высоких давлений протекает в более благоприятных условиях по сравнению с литейными процессами, а именно:

а) вследствие увеличения коэффициента теплоотдачи повышается скорость охлаждения, в результате чего структура металла получается более мелкозернистой;

б) повышение давления предотвращает появление усадочных раковин; в) с увеличением давления растет растворимость водорода, что предотвращает образование газовых микропор;

г) вследствие повышенных давлений при кристаллизации жидкого металла замедляется и предотвращается образование микроскопических раковин при росте дендритов;

д) заполнение полостей штампов и качество поверхности штампуемых деталей улучшаются.

Все технологические преимущества жидкой штамповки, перечисленные выше, обусловливают и повышение механических свойств отштампованных деталей.

Из-за повышения температуры жидкого металла в результате увеличения давления расчетную температуру кристаллизации следует выбирать так, чтобы, несмотря на ее снижение при охлаждении, фазовая граница перемещалась лишь тогда, когда давление достигало.

Применение высоких давлений при жидкой штамповке позволяет изготовлять детали из сплавов с неблагоприятными литейными свойствами. Увеличение скорости кристаллизации действует благоприятно при жидкой штамповке деталей из сплавов с большим температурным интервалом кристаллизации. Это уменьшает опасность появления ликвационных зон.

Заливка и штамповка жидкого металла. В начале процесса необходимо повысить температуру металла до температуры заливки для обеспечения его жидкотекучести и лучшего заполнения штампа. Перегрев расплавленного металла выше температуры заливки нежелателен, так как это приводит к повышенным термическим перегрузкам инструментальной оснастки и ухудшению структуры металла детали. Также необходимо обеспечить условия, исключающие попадание в расплавленный металл шлаковых включений. Повышение скорости заливки металла в штамп ухудшает условия его работы, разрушает рабочую поверхность, а в некоторых случаях приводит к сварке заготовки со штампом, что исключает последующее его использование. В связи с этим для процессов жидкой штамповки рекомендуют невысокие скорости заливки металла. На границе раздела штамп — жидкий металл необходимо использовать разделительный слой, обеспечивающий благоприятные условия для штамповой оснастки. Для этой цели используют известь, графит или каолин. По данным некоторых исследователей для заливки расплавленных металлов и сплавов в штампы для жидкой штамповки оптимальными являются следующие температуры: для сталей 1580°С, для медных сплавов 1050°С и для алюминиевых сплавов 700°С. Как видно, применение различных материалов дифференцированно влияет на термические напряжения в штампах, что сказывается на их работоспособности. Для получения деталей методом жидкой штамповки без пор и раковин рекомендуют применять давление в диапазоне 100— 500МПа. Давление является решающим фактором в улучшении структуры и повышении механических свойств штампованных деталей. Для алюминиевых сплавов максимальное прилагаемое давление достигает 350 МПа. Установлено, что в зависимости от сложности и размеров штампуемых деталей выдержка штампуемого металла под давлением, изменяется в пределах 2—10с.