Литье под давлением

5. Литье под давлением.

Литье под давлением является самым производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации в серийном и массовом производстве.

Процесс литья заключается в заливке расплавленного металла в камеру сжатия машины и последующем выталкивании его через литниковую систему в полость металлической формы, которая заполняется под давлением. Заполнение полости происходит при высокой скорости впуска металла, которая обеспечивает высокую кинетическую энергию, поступающего в форму металла:

где m - масса расплавленного металла, v - скорость металла,

p - давление, g_m - удельная масса металла.

Энергия движения струи при резком замедлении ее скорости в форме до нуля частично переходит в тепловую энергию, повышающую температуру металла в его жидкотекучестъ и создает гидродинамическое давление на стенку формы:

Скорость выпуска при литье под давлением в зависимости от типа отливки и сплава может быть в пределах от 0,5 до 120 м/с. Различают три способа литья под давлением.

1. Литье с низкими скоростями впуска (0,5-2,5 м/с), обеспечивающее заполнение формы сплошным ламинарным потоком. Применяют этот способ для изготовления толстостенных отливок из алюминиевых сплавов и латуней.

2. Литье со средними скоростями впуска (2-15 м/с), обеспечивающее турбулентное движение расплавленного металла, при котором в результате срыв струй захватываются в поток металла пузырьки воздуха, оттесняемые затвердевающим сплавом к середине отливки. Это создает воздушную пористость, которую удалить почти невозможно, но можно уменьшить под действием высокого давления. Изготовляют при этом отливки средней сложности.

3. Литье с высокими скоростями впуска (более 30 м/с), обеспечивает заполнение только в режиме турбулентного течения истока расплава, но и со значительным его распылением, результатом которого является еще больший объем захваченного в полость отливки воздуха, для уменьшения воздушной пористости и в этом случае создают высокое давление [до 500МПа(н/мм²)] Этот способ применяют для тонкостенных отливок сложной конфигурации.

Для литья под давлением применяют литейные машины с горячей и холодной камерой прессования.

Машины с горячей камерой прессования применяют для отливок, материал которых имеет температуру плавления не более 450°С. Схема процесса литья на машине с горячей камерой прессования представлена на рис.10.

Рис. 10. Схема литья под давлением на машине с горячей камерой прессования.

Камера сжатия такой машины погружена всегда в расплав металла, а при поднятии вверх прессующего поршня заполняется расплавом и при рабочем ходе (вниз) прессующего поршня расплав из камеры сжатия вытесняется в рабочую полость литейной формы. После охлаждения отливки форму раскрывают и отливку из нее при этом удаляют.

Машины для литья под давлением с холодное камерой прессования применяет для отливок, материал которых имеет температуру плавления 450°С. В производстве применяют машины с вертикальной и горизонтальной камерой прессованиям Использование машин с горизонтальной камерой прессования предпочтительнее, так как в них меньше потери тепла, давления и металла из-за более короткой литниковой системы. Схема процесса литья на машине с горизонтальной камерой прессования представлена на рис.11.

Выталкивание отливки

Рис. 11. Схема литья под давлением на машине с холодной горизонтальной камерой прессования;

камера сжатия;

прессующий поршень;

водоохлаждающие каналы;

стержень;

выталкиватель;

подвижная полуформа;

неподвижная полуформа;

С помощью мерного ковша расплав заливают в камеру сжатия, откуда прессующий поршень вытесняет его в рабочую полость формы. Здесь расплав остывает и затем при раскрытии формы отливка автоматически удаляется из формы. Для поддержания температуры формы на определенном уровне (предупреждения перегрева) в форме предусмотрено охлаждение водой с помощью специальных каналов.

Требования и литейным сплавам для литья под давлением:

1. Достаточная прочность при высоких температурах, чтобы отливка не ломалась при выталкивании.

2. Минимальная усадка.

3. Высокая жидкотекучесть при небольшом перегреве.

4. Небольшой интервал кристаллизации

5. Этим требованиям удовлетворяют сплавы на основе цинка, алюминия, магния и меди.

Основными факторами, определяющими выбор того или иного способа литья под давлением (в зависимости от скорости впуска) и сплава является конфигурация отливки и требования к качеству.

1. При литье под давлением получают высокое качество отливок. Достижимая точность: 9-11 квалитет по размерам, получаемым в одной части литейной формы и 11-12 квалитет по размерам, получаемым в двух частях формы. Точность зависит от точности изготовления формы, обычно форму изготовляют на 1-2 квалитета точнее детали. Выше указана экономически достижимая в производстве точность.

2. Шероховатость поверхности отливки зависит от шероховатости поверхности рабочей поверхности формы, продолжительности ее эксплуатации и материала отливки. Обычно рабочую поверхность формы полируют (при этом достигают параметр R_a=0,16 мкм). При литье до 500 отливок получают шероховатость поверхности R_a=1,25-0,63 мкм - для отливок из цинковых сплавов. R_a =2,5-1,25 мкм - для отливок из алюминиевых сплавов и R_a =2,5- R_z мкм - для медных сплавов, а при изготовлении 10000 отливок соответственно получают R_a =2,5-1,25 мкм, R_a =2.5 - R_z =20 мкм, Rz = 160-80 мкм.

3. При питье под давлением механические свойства неравномерны по толщине отливки и отличаются в лучшую сторону по сравнению с этими свойствами отливок полученных другим способом. При быстром охлаждении у отливок образуется литейная корочка с мелкозернистой структурой, толщина которой не более 1-1-1,5мм. Поэтому тонкостенные отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенную прочность (на 20-30%).

4. Важным показателем качества является пористость, вскрываемая при механической обработке и являющаяся причиной брака. Так как пористость всегда имеет место при литье сложных тонкостенных деталей, то необходимо применять конструктивные меры для предупреждения вскрытия пор. В этом случае для уменьшения влияния воздушной пористости на качество необходимо устранять механическую обработку отливок, предусматривать отливку отверстий. А при необходимости механообработки назначать припуск не более 0,5 мм.

Особенностью конструкции отливок при литье под давлением является наличие приливов для выталкивателей. Приливы для выталкивателей создают в тонкостенных отливках со стороны подвижной части формы для предупреждения деформации и прокола отливок выталкивателями.

(технологичность).

Одними из основных параметров, определяющих технологические требования к конструкции отливок, являются литейные свойства сплавов.

Эти свойства определяют следующее основные требования:

равностенность;

радиусы закругления;

плавные переходы:

уклоны (или конусность);

отверстия;

армирование.

Установим действительную необходимость соблюдения этих требований. Равностенность - требование заключается в назначении одинаковой толщины стенок на всем протяжении и в различных основных плоскостях (рис.12).

Это обеспечивает равномерность и одновременность усадки и отсутствие усадочных раковин, которые обычно в этом случае выводят в приливы-прибыли или в литниково-питающую систему. Одновременно с равностененностью необходимо стремиться к тонкостенности для устранения крупнозернистой структуры, увеличения прочности. В тонкостенных отливках для создания необходимой жесткости предусматривают ребра жесткости (рис.12).

Рис. 12. Влияние толщины стенки на качество отливки;

а) неравностенная отливка,

б) равностенная отливка.

Толщина ребер жесткости внешних d_р=(0.8-0.9)d, внутренних d_р=(0,6-0,7)d , где (d - средняя толщина стенки детали. Толщина стенок зависит от способа литья площади сплошной поверхности и сплава, что представлено в следующей таблице.

Таблица 2. Зависимость толщины стенок от способа литья.

Радиусы закругления назначают для предупреждения образования усадочных трещин, возникающих вследствие неравномерности кристаллизации (рис.13).

Рис.13. Влияние радиуса сопряжения стенок на качество отливок.

Кроме внутренних сопрягают также и внешние острые кромки для предупреждения образования трещин в формах. Острые кромки допускают только на плоскостях разъема. Величина рекомендуемых внутренних и внешних радиусов сопряжения отливок зависит от способа литья:

Таблица 3. Зависимость радиусов скругления от способа литья.

Плавные переходы. Переходы от толстых сечений к тонким для предупреждения образования трещин в граничных зонах при охлаждении отливки должны быть выполнены постепенно (рис.14).

Рис. 14 Плавные переходы от толстых к тонким сечениям отливки

Величину участка сопряжения определяет соотношение толщин стенок.

Уклоны (конусность) необходимы на поверхностях, расположенных плоскости разъема формы, для обеспечения удаления модели (отливки) из формы. Уклоны на внутренние поверхности больше уклонов на наружные поверхности (рис.15).

Рис. 15. Уклоны на наружные и внутренние поверхности.

Величина уклона также зависит от способа литья.

Таблица4. Зависимость уклонов от способа литья

Отверстия отливают всегда с целью предупреждения вскрытия усадочных раковин и пористости в сплошной отливке, уменьшения объема последующей обработки, уменьшения массы. Минимальная величина диаметра и максимальная длина отверстия зависят от способа литья и сплава.

Таблица 5. Зависимость параметров отверстий от способа литья.

Расстояние от отверстия до края литой детали должно быть более (рис.16) 1.2 d, где d - диаметр отверстия.

Рис. 16. Расстояние до края детали.

Армирование - это процесс заливки в полости отливки металлических деталей, улучшающих свойства отливки. Заливаемые металлические детали называют арматурой в должны иметь сравнимые величины усадки при охлаждении. Армирование наиболее широко применяют при литье под давлением для уменьшения объема последующей сборки, для создания специальных физических свойств (заливка медных трубок циркуляции охлаждающей жидкости, заливка бронзовых втулок в корпус ин цинкового сплава уменьшает трение) или для исключения усадочных раковин. (рис.17)

Рис 17. Армирование при литье при давлении:

а - для уменьшения трудоемкости сборки;

б- для уменьшения трения в корпусе из ЦАМ4;

в- для устранения раковин;

Вопросы для самоконтроля

1. Texнoлoгичecкиe вoзмoжнocти ocнoвныx cпocoбoв литья мeтaллoв.Meтaллы и cплaвы, гaбapиты, мacca, тип пpoизвoдcтвa, пoкaзaтeли кaчecтвa oтливoк.

2. Литeяныe cвoйcтвa мeтaллoв и cплaвoв и влияниe иx нa кaчecтвo oтливки. Boзмoжнo ли упpaвлять кaчecтвoм oтливки, и ecли дa, тo кaк?

3. Ocoбeннocти и тexнoлoгичecкиe вoзмoжнocти литья пo выплaвляeмым мoдeлям, иcпoльзуeмыe cплaвы, тexнoлoгичecкиe тpeбoвaния к кoнcтpукции oтливки, мoжнo ли apмиpoвaть oтливки?

4. Ocoбeнeнocти и тexнoлoгичecкиe вoзмoжнocти литья в кoкиль, иcпoльзуeмые cплaвы, тexнoлигичeкcкиe тpeбoвaния к кoнcтpукциям oтливoк. Kaчecтвo oтливoк.

5. Цeнтpoбeжнoe литьe : ocoбeннocти и тexнoлoгичecкиe вoзиoжнocти.

6. Литьe пoд дaвлeниeи : ocoбeннocти, cпocoбы, тpeбoвaния к мeтaллaм и cплaвaм, пoкaзaтeли кaчecтвa, тexнoлoгичecкиe тpeбoвaния к кoнcтpукции oтливoк.

7. Oбщaя xapaктepиcтикa тexнoлoгичecкиt вoзмoжнocтeй литья в oбoлoчкoвыe фopмы.

8. Oбщaя xapaктepиcтикa тexнoлoгичecкиx вoзмoжнocтeй жидкoй тaмпoвки.

Похожие работы

Обработка металлов давлением

Скачать

38253

0

0

... сущест­венно улучшаются механические и другие свойства металлов. Прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка представля­ют собой различные виды обработки металлов давлением в пластиче­ском состоянии. Среди различных методов пластической обработки прокатка зани­мает особое положение, поскольку данным способом производят изде­лия, пригодные для непосредственного (в состоянии поставки) ...

Усовершенствование технологии получения изделий из полиамида методом литья под давлением

Скачать

67579

4

14

... проводили на лабораторном двухшнековом экструдере с диаметром шнека 30 мм, l/d = 25. Исследование механичеких свойств осуществляли в соответствии с ГОСТ на стандартных образцах, полученных литьем под давлением. Теплофизические свойства изучали методом ДСК при скорости нагрева 20 град/мин с использованием термоанализатора 990 ф. Дюпон. Кинетику поглощения бензина и воды осуществляли на дисках ...

Анализ влияния химического состава и технологии получения на жаропрочность металлов и сплавов

Скачать

46896

4

14

... турбин, из которого следует, что для никелевых сплавов повышение рабочих температур и напряжений связывается с применением литейных сплавов с равноосной и направленной структурой. Повышение жаропрочности достигается усложнением химического состава сплава, увеличением содержания упрочняющей γ-фазы (рис.8). Для работах лопаток энергетических газотурбинных установок разработаны деформируемые ...

Проектирование систем очистки выбросов цеха литья пластмасс

Скачать

207002

27

15

... концентрация пыли в выбросах цеха снизится и будет находится в пределах показателя ПДВ или будет превышать его незначительно. 6.3 Описание технологической схемы очистки выбросов цеха литья пластмасс В цехе литья пластмасс основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются термопластавтоматы в количестве 12 штук и сушильные шкафы, в которых ведется подготовка материала к ...