Литье под давлением

Литье под давлением — один из наиболее производительных способов получения отливок высокой точности и чистоты поверхности. К числу его преимуществ относится возможность изготовления сложных и тонкостенных деталей, малая материалоемкость, улучшение условий труда. Чистота поверхности при литье под давлением достигает — Rа 12,5-3,2мкм, точность размеров до 11 квалитета. Особенность метода — высокие скорости вступления металла в форму теплоотвода, что, как правило, предопределяет получение мелкозернистой структуры.

Есть и недостатки — ограниченность габарита и веса деталей, трудность получения отливок с внутренними полостями, сложность оборудования, установка и эксплуатация которого рентабельна только при крупносерийном и массовом производстве.

Суть литья под давлением в том, что расплавленный металл заполняет форму и кристаллизуется под избыточным давлением, после чего форму раскрывают и отливку удаляют. По способу создания давления можно выделить разновидности метода: литье под поршневым и газовым давлением, вакуумное всасывание, литье выжиманием, жидкая штамповка, кристалли­зация под сверхвысоким давлением, кристаллизация в электромагнитных полях. Наиболее рас­пространено формообразование под поршневым давлением при использовании литейных ма­шин. Однако пока оно применимо главным образом для получения тонкостенных деталей из цветных сплавов. Увеличение толщины стенки отливки до 6 мм и выше обычно приводит к газовой порис­тости.

По сравнению с другими методами питье под давлением экономит 30—50% металла (по весу) и часто в десятки раз снижает общую трудоемкость изготовления детали. Основные направления его развития — использование новых, особенно бесконтактных способов создания избыточного давления, усовершенствование соответствующих машин, увеличение веса и габа­ритов литья, повышение точности отливок, их армирование, автоматизация операций и др.

Литье под давлением по технологическим и экономическим показателям занимает ведущее место среди способов получения отливок, так как при наибольшем приближении фор­мы и размеров отливки к готовой детали, высокой точности и чистоте поверхности этот способ обеспечивает и наиболее высокий уровень производительности труда, возможность полной автоматизации технологического процесса.

Литьем под давлением изготавливают сложные тонкостенные отливки из легкоплав­ких цветных сплавов на основе алюминия, магния, цинка, меди. Масса полученных отливок находится в пределах от нескольких граммов до десятков килограммов, характер производства, как правило, массовый или крупносерийный. Наибольшей эффективности достигают при по­лучении отливок массой до 30 кг, размеры до 1,5 м из цветных металлов и сплавов. Отливки почти не требуют дальнейшей механической обработки, с готовой внутренней или внешней резьбой, с разнообразной арматурой, с полостями и каналами сложной конфигурации. Применение черных металлов — стали и чугуна — для литья под давлением ограничено, так как при этом наблюдается очень низкая стойкость литейных форм.

Конфигурация отливки должна обеспечивать беспрепятственное выталкивание из формы. Наиболее рациональной является форма с одной плоскостью разъема. Поверхности отливки, образуемые стержнями или перпендикулярные к плоскости разъема, должны иметь конусность или литейный уклон.

При переводе деталей на литье под давлением необходимо учитывать особенности формирования отливок при данном способе литья. Сочетание двух особенностей процесса — металлической формы и давления, на жидкий металл в период его заливки в форму — позволя­ет получать плотные отливки с высокими механическими свойствами, с высокой точностью размеров и малой шероховатостью поверхности.

Прочность отливок при литье под давлением на 15-20 % превышает прочность отли­вок из того же сплава изготовленных литьем в песчано-глинистые формы.

Литьем под давлением получают отливки различного назначения: детали приборов, корпуса, шестерни и т.п.

Основные преимущества литья под давлением по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы следующие:

многократное использование литейных форм;

полное исключение формовочных и стержневых смесей;

высокая точность размеров ичистота поверхностей, практически не требующих механической обработки, возможность получения отливок с малой толщиной стенок (менее 1 мм) большой протяженности;

полное исключение трудоемких операций формовки, сборки и выбивки форм;

возможность комплексной автоматизацции производственного процесса.

К недостаткам способа литья под давлением относятся следующие:

высокая стоимость пресс- форм, сложность и длительность их изготовления;

невысокая стойкость npeсс-форм, особенно при литье сплавов с высокой температу­рой плавления (сталь, чугун, медные сплавы).

В связи с этим при назначении литья под давлением как способа получения заготовок необходимо учитывать технологнческие свойства материала детали. Сплавы для литья под дав­лением должны обладать следующими свойствами:

узким интервалом кристаллизации, необходимым для получения отливок с равно­мерной плотностью;

достаточными прочностью и пластичностью при высоких температурах во избежание разрушения отливки при ее извлечении из формы;

высокой жидкотекучестью;

малой степенью привариваемости кматериалу формы;

стабильностью химического свойства при длительной выдержке в раздаточных печах.

Наружные контуры отливок при литье под давлением весьма разноооразны и слож­ны, однако дня уменьшения коробления детали следует избегать чрезмерного увеличения одно­го размера в сравнении с двумя другими.

Стенки отливки следует предусматривать возможно одинаковой толщины в целях
устранения термических узлов, в которых образуются воздушная, усадочная пористость или раковины. Оптимальная толщина стенки — 4—5 мм; у отливок с толщиной стенок более 6—8мм появляются усадочная рыхлость, газовые раковины и пористость из-за попадания газов и воздуха в металл при заливке. Тонкостенные же отливки имеют по всему сечению мелкозернистую структуру и более высокую прочность. Стенки в деталях следует предусматривать минимальной толщины, а в случаях недостатка жесткости или прочности – укреплять стенки ребрами жесткости. Толщина ребер жесткости должка составлять 0,8 — 0,9 толщины стенки.

Литье под низким давлением. Основной недостаток литья под поршневым давлением —низкая стойкость материала пресс-формы и пуансона. От этого недостатка свободен метод литья под низким давлением, или, как часто его называют, метод литья под регулируемым давлением.

Метод литья под низким давлением используют при производстве массового чугунного литья, например, железнодорожных колес. Метод имеет ряд достоинств:

- автоматизируется весьма трудоемкая и материалоемкая операция заливки (или разливки в случае производства слитков);

- скорость потока металла в полости формы можно регулировать измене­нием давления и тем самым отливать крупные детали с тонкими стенками;

- можно создавать избыточное давление, что способствует улучшению качества поверхности и устранению газовой пористости;

- высокая скорость кристаллизации исключает ликвацию;

- при литье под низким давлением уменьшается расход металла на литниковую систему;

-в отдельных случаях, меняя состав атмосферы, создающей давление, можно воздействовать и на свойства отливки.

Фактически литье под регулируемым давлением имеет лишь один серьезный недостаток — низкую стойкость металлопровода. Впервые метод был применен в массовом про­изводстве чугунных железнодорожных колес.

При данном способе литья отсутствует контакт атмосферы с распла­вом, что исключает вторичное окисление; большая скорость заливки; можно с высокой производительностью изготовлять полые детали, трубную заготовку и другие изделия высотой до 8—10 м, весом до 30 т, гарантируя точность рельефа иразмеров; быстрая кристаллизация отливок исключает развитие физической и химической неоднородности; поверхность деталей не требует, как правило, дальнейшей механической обработки.

Наибольшие по объему производства установки литья под регулируемым давлением используются в черной металлургии.

При изготовлении отливок из сложнолегированных сталей, содержащих хром, титан, алюминий и другие легкоокисляющиеся элементы, практически не меняется состав металла при заполнении формы.

2.10.8.Литье выжиманием.

Литье вакуумным всасыванием.

Метод можно рассматривать как одну из разновидностей литья под давлением и используется для изготовления панельных деталей значительных размеров до 2—2,5 м, с толщиной стенки 2,5—5 мм.

Сущность способа литья выжиманием: жидкий сплав (алюми­ниевый) заливается в нижнюю часть металлической формы (матрицу) и, при опускании верхней части формы (пуансона), выжимается, заполняя пространство между нижней и верхней частями формы.

Несмотря на сложность установок для выжимания расплава метод экономичен, так как позволяет снизить металлоемкость, а в некоторых случаях и трудоемкость изготовления сложных особенно клепаных узлов конструкций в 20— 30 раз.

Серьезный недостаток метода — образование горячих трещин при усадке. Дня борьбы с горячими трещинами применяют различные приемы, в частности, предельно снижают температуру заливки.

Отливки, полученные выжиманием, высокоплотны, с мелкозернистой структурой, с хорошими механическими свойствами.

Литье вакуумным всасыванием также можно рас­сматривать как разновидность литья под давлением. Этим методом можно получать отливки значительных габаритов, но простой формы, например втулки, трубные заготовки и т. п.

Наиболее специфическая черта отливок, полученных вакуумным всасыванием, — крупнозернистостъ структуры.

Литье способом вакуумного всасывания, или литье под разрежением, стало приме­няться сравнительно недавно. Сущность процесса заключается в следующем. Жидкий сплав засасывается в охлаждаемую водой форму — кристаллизатор, а незатвердевший остаток сливается.

Вакуумным всасыванием можно изготовлять втулки или трубы. По истечении определеного времени, необходимого для затвердевания расплава на стенке кри­сталлизатора до определенной толщины, снимают разряжение и выливают не успевший затвердеть сплав в ванну. Затем поднимают кристаллизатор с затвердевшей в виде втулки ча­стью сплава. Качество внешней поверхности такой отливки хорошее (точность ±1 мм), внутрен­няя же поверхность отливки имеет развитую волнистость, и ее удаление возможно только меха­нической обработкой.

К преимуществам вакуумного всасывания относятся: спокойное заполнение сплавом полости кристаллизатора; исключается расход сплава на литниковые системы; из сплава частич­но удаляются растворенные в нем газы.

Центробежное литье

Центробежное литье - это способ изготовления отливок, при котором заливаемый в форму металл подвергается действию центробежных сил, возникающих в жидком металле при заливке во вращающуюся форму или, в отдельных случаях, в результате вращения уже запол­ненной металлом формы. Центробежное литье является типичным видом литья, при котором используются формы как разовые, так и постоянные. Это дает возможность комбинировать центробежное литье с другими видами литья, например с литьем по выплавляемым моделям.

Центробежное литье получило большое распространение как для изготовления отли­вок имеющих форму тел вращения, так и для фасонных отливок сложной конфигурации. Этот способ успешно применяется для отливки деталей из чугуна, стали и разных сплавов цветных металлов.

Механические свойства отливок из стали, отлитых центробежным способом, не усту­пают прочности поковок из той же стали.

Наибольший технико-экономический эффект дает применение центробежного литья при крупносерийном и массовом производствах отливок типа тел вращения. К числу таких изделий относятся трубы (различного назначения) из чугуна, стали, цветных металлов, жаро­стойких, коррозионно-стойких и твердых сплавов, втулки, цилиндрические гильэы, тракторные и автомобильные детали, кольца подшипников скольжения, железнодорожные и трамвайные бандажи ж т.п. Большое распространение получил способ центробежного литья биметалличе­ских изделий. Наибольших масштабов достигло применение центробежного литья в производ­стве чугунных труб.

Центробежное литье фасонных деталей следует применять только в тех случаях, ко­гда обычным литьем в неподвижные формы эти изделия либо невозможно получить, либо получают с низкими технико-экономическими показателями. Особенно эффективно при нзготовлении отливок: тонкостенных деталей с извилистыми очертаниями, с тонким и острым рельефом, малыми радиусами закруглений.

Качество поверхности отливок и точность их изготовления определяют видом применяемой формы постоянной металлической или разовой. Материал металлических форм – чугун и сталь. Разовые формы бывают песчано-глинистые (сырые или сухие), керамические или собранные из стержней.

К основным преимуществам этого способа литья можно отнести:

-высокую плотность отливок вследствие малого количеств внутрикристаллических пустот усадочного или газового происхождения; в ряде случаев центробежные отливки по своим свойствам оказываются на уровне поковок, а по экономии металла и снижению трудозатрат превос­ходят их;

-меньший расход металла, из-за отсутствия литниковой системы или снижения массы литников;

-исключение затрат на изготовление стержней для получения полостей в цилиндрических отливках;

-улучшение заполняемости формы металлом; получение отливок из сплавов, обладающих низкой жидкотекучестью

-возможность получение многослойных изделий.

Центробежному способу литья свойственны и недостатки:

-трудность получения качественных отливок из ликвирующих сплавов;

-загрязнение свободной поверхности отливок ликвидами и неметаллическими включениями, а у толстостенных отливок эта поверхность может иметь пористость, что вынуждает увеличивать припуск на механическую обработку свободных поверхностей на 2 5 %;

-для получения отливок требуются специальные машины;

-литейные формы дорогостоящие, они должны иметь высокие прочность и герметич­ность ввиду повышенного давления металла.