Литье 2010 (Что-то вроде лекций или метод), страница 8

Все механизмы машины крепятся к сварной станине 18 коробчатого сечения, внутренняя полость которой является масляным баком. Станина устанавливается на бетонный фундамент 17.

Механизм запирания открывает и закрывает форму, передвигая подвижную ее половину 7, и удерживая форму в закрытом положении во время заполнения ее металлом. Подвижная полуформа 7 крепится к подвижной плите 6 машины, которая перемещается по четырем направляющим колоннам 8 машины. Движение подвижной плите сообщается гидравлическим цилиндром 1 через систему рычагов 5. Цилиндр 1 и две оси рычагов закреплены на плите 3, которая может передвигаться вдоль оси машины при помощи зубчатого колеса и рейки. Перемещение плиты вдоль оси машины обеспечивает возможность установки на машину форм различной толщины. После установки плиты 3 в необходимое положение она фиксируется при помощи гаек 2 и 4.

Неподвижная полуформа 9 крепится к неподвижной плите 10 машины. Гидравлический цилиндр 14 с плунжером 12 диаметра d служит для заполнения формы металлом и удаления литникового остатка. Цилиндр 14 закреплен на неподвижной плите 13, а заливочная камера 11 на плите 10. Гидравлический привод состоит из масляного насоса и аккумулятора 16 и служит для подачи масла в цилиндры 1 и 14 при работе машины. Давление масла P в аккумуляторе составляет 120 кгс/см². При этом усилие Р на плунжер 12 будет:

Р=* D²*p/4, D- диаметр поршня 15.

Для вычисления давления металла в форме следует силу Р разделить на площадь плунжера 12, то есть :

P_ф=*D²*p*4/(4**d²)=p*(D/d)²

Давление в форме увеличивается пропорционально отношению квадрата диаметров поршня и плунжера Схему процесса и последовательность действий иллюстрирует рис.4.2

Рис.4.2. Схема литья под давлением на машине с горизонтальной камерой прессования.

Нет позиций

Как было уже сказано, форма состоит из неподвижной и подвижной полуформ (рис.4.2,а). Металлические стержни 8 служащие для образования полостей и отверстий в отливках, находятся, как правило, в подвижной полуформе. Для извлечения отливки из формы предусмотрены выталкиватели 6, 13 которые жестко закреплены в плитах 4 и 5 выталкивателей. Запирающий механизм машины надежно прижимает подвижную полуформу к неподвижной, после чего в камеру прессования 9 через отверстие 18 (рис.42,б)заливают порцию сплава и включают механизм заполнения. Плунжер 11 при своем движении влево создает давление в камере. Сплав рассекателем 15 направляется в литниковую щель 12, заполняет полость формы и затвердевает (рис.4.2,б). После затвердевания отводят подвижную часть формы вместе с отливкой. При отводе подвижной полуформы движется и плунжер, который из камеры выталкивает литниковый остаток 19 (рис.4.2,в). Плита толкателей перемещается вместе с формой и стержнем 17, упирается в упор 20 (рис.4.2,г). Упор останавливает плиту толкателей, а форма продолжает перемещаться. Выталкиватели снимают отливку 21 со стержня 8 и она падает на транспортер или в конвейер. Форма во время работы охлаждается водой, проходящей по каналам 7.

Возможности способа. Литьем под давлением получают сложные тонкостенные отливки из цветных металлов массой от нескольких грамм до нескольких килограммов.

Качество деталей отливаемых под давлением, оценивается точностью размеров, классом шероховатости поверхности, механическими свойствами и пористостью.

Точность размеров зависит от точности изготовление прессформы, от конфигурации и положения различных элементов отливок в форме, от степени износа формы, от колебания усадки сплава и др.

Внутренние размеры – отверстия можно выполнять по 9 квалитету, наружные размеры – II квалитету.

Шероховатость поверхности отливок зависит от шероховатости оформляющих поверхностей прессформы и от степени ее износа и для отливок из цинковых сплавов может быть до 8 класса, из алюминиевых сплавов до 6 класса и медных сплавов до 5 класса шероховатости.

Толщина стенок. Для поверхностей, которые подвергаются механической обработке, назначают припуски до 0,3 до 0,5 мм.

Значения минимально допустимых толщин стенок отливки в зависимости от размеров их поверхности приведены в таблице.

Таблица 1. Минимальная толщина стенок отливок, получаемых литьем под давлением.

Механические свойства отливок, полученных под давлением, значительно отличаются от свойств отливок, изготовленных другими способами литья. При быстром охлаждении у отливок образуется литейная корочка с очень мелкозернистой структурой, толщина которой составляет около 0,5-1,0 мм. Поэтому тонкостенные отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенную прочность и твердость на 20-30 % при одновременном снижении пластических свойств на 30-50% по сравнением с литьем в землю.

Пористость, вскрывающаяся при механической обработке, становится причиной брака большого числа отливок. Источниками пористости являются усадка сплава, воздух, который захватывается потоком жидкого металла в полости формы, и газы выделяющиеся из жидкого металла. Переход на литье под давлением снижает трудоемкость изготовления отливок в 10-12 раз в литейных и 5-8 раз в механических цехах.

Развитие массового производства в оптико-механической промышленности в некоторой степени способствовало широкому внедрению литья под давлением. Корпуса фотоаппаратов и биноклей, детали биноклей, микроскопов, геодезических приборов, спецдеталей – вот далеко не полный перечень применения литья под давлением в этой промышленности.

Отливки составляют почти половину всех деталей оптико-механических приборов.

Рис. 4.3 Диаграмма процесса заполнения формы

Особенности способа. Процесс литья под давлением осуществляется в три фазы: 1 – медленное движение плунжера до момента поступления сплава в литниковую систему, воздух из камеры через полость формы выгоняется в атмосферу; II – заполнение сплавом с большой скоростью полости формы; III – затвердевание отливки (см. рис. 4.3).

Соответственно, с каждой фазой изменяется давление в рабочей полости цилиндра прессования, а значит и давление на жидкий сплав. Обычно цикл литья описывается диаграммой давление-время, которая представлена на рис.4.3. Штриховой линией показана диаграмма идеального цикла. В течение 1 фазы действует низкое давление р₁, всего несколько атмосфер, хотя энергетическая установка машины обычно развивает давление до 120 кгс/см ².

а)

б)

Рис. 4.4. Виды заполнения.

Величина р₁ зависит от сопротивления сплава, оказываемого плунжеру при его движении. В момент, когда плунжер достигнет точки 1 сплав входит в литниковую систему, сечение которой значительно меньше сечения камеры. В этот же момент значительно увеличивается скорость плунжера. Так как через литниковую систему сплав проходит с большим сопротивлением, то и давление возрастает до величины р₂ (около 10 кгс/cм ²) и удерживается на таком уровне до точки 2, когда закончится заполнение формы. В течение второй фазы сплав заполняет форму в доли секунды (0,01-0,06) при скорости впуска металла от 2 до120 м/с. В зависимости от скорости впуска различают три вида заполнения: ламинарным сплошным потоком рис.4.4.а, турбулентным потоком рис.4.4,б и дисперсным потоком. Из-за большой скорости впуска только часть газа (10-30%) удаляется из полости формы, которая заполнена воздухом и парами смазки. Оставшийся газ смешивается со сплавом, образуется воздушно-металлическая смесь, которая затем и затвердевает. Поэтому отливки, полученные под давлением, имеют специфический, присущий только этому способу дефект – обширную газовую пористость. Отливки имеющие такую пористость, нельзя закаливать, потому что при нагревании под закалку прочность металла падает, давление газа в порах увеличивается до величины, при которой происходит осповидное вздутие поверхности отливки.

В момент окончания заполнения полости формы (точка 2) движущая система – жидкий сплав, прессующий плунжер, мгновенно останавливается. Энергия движения преобразуется в энергию давления, происходит гидравлический удар, величина которого р_гу обычно в два раза больше, чем давление в аккумуляторе. Гидравлический удар полезен и в тоже время вреден.

Полезное его действие заключается в том, что быстро повышенное давление прижимает жидкий сплав к рабочей поверхности формы и способствует четкому оформлению конфигурации отливки, как говорят «чеканит» ее поверхности.

Вредное действие гидроудара заключается в том, что процесс колебания давления при гидроударе способствует коагуляции мелких газовых раковин в крупные, что значительно снижает качество отливок. Кроме того, под действием гидроудара подвижная полуформа может отойти от неподвижной. Между полуформами образуется зазор через который происходит разбрызгивание металла. На отливках образуется облой по разъему формы, и снижается точность отливок в направлении, перпендикулярном разъему формы. Обычно для получения высоких скоростей впуска применяют тонкие щелевые питатели, которые затвердевают раньше, чем затухнет гидроудар. Отливка отделяется от жидкого прессостатка. Питание из прессостатка в камере прессования, который мог бы служить прибылью прекращается. Затвердевание происходит без компенсации усадки жидким сплавом, в стенках, кроме газовых, появляются усадочные поры.

Таким образом, в отливке, полученной литьем под давлением наблюдается как газовая, так и усадочная пористость. Это главный недостаток способа литья под давлением.

Совершенствование этого исключительно прогрессивного по точности и производительности способа литья направлено на предупреждение газовой и усадочной пористости. Известны следующие направления: 1) вакуумирование полости формы, а также сплава, поскольку воздушная пористость является главным дефектом отливок, 2) Осуществление передачи статического давления через толстые питатели из камеры прессования на сплав в форме (процесс передачи статического давления в полость формы назвали подпрессовкой). Высокое давление должно компенсировать усадочную пористость, то есть отливка формируется при направленном затвердевании, и сжимать газовую пористость до микроскопических размеров. Микропоры при нагреве отливки под закалку не вздуваются. 3) Совместное использование первого и второго направлений. 4) Заполнение полости формы кислородом перед началом заливки. Кислород используется на окисление сплава с образованием очень малого количества окислов.

В настоящее время первое и четвертое направления не нашли широкого применения по двум причинам. Во-первых из- за технической сложности их реализации в производственных условиях, во- вторых названные способы устраняют газовую пористость и не позволяют компенсировать усадочную пористость.

В мире получил развитие второй способ, для реализации которого создавалось большое разнообразие механизмов прессования.

Вопросами изучения механизма формирования отливки занималось много исследователей. Все они проводили эксперименты на образцах для механических испытаний (круглых или плоских). Ясно, что заливка таких образцов не соответствует картине заполнения сложных корпусных деталей. Поэтому автором было проведено комплексное испытание на нестандартных образцах и реальных деталях.

В качестве образца был принят П-образный образец, как наиболее характерный элемент любой корпусной отливки (рис.5.1).

Боковой подвод литниковой системы обеспечивает образование турбулентного или дисперсного потока сплава при ударе впускной струи о стенку формы. Кроме того, такой подвод приближает гидродинамические условия заполнения образца к реальным условиям заполнения формы сложной корпусной детали, когда сразу же при входе в форму впускная струя ударяется о преграду.