Литье под давлением

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.

9.3. ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ

При центробежном литье заполнение формы жидким металлом и его кристаллизация происходят под воздействием центробежных сил. Эту технологию в машиностроении используют в основном для изго­товления отливок, которые являются телами вращения (кольца, втулки, гильзы, трубы, вальцы и т. п.). При этом преследуют цели обеспечить лучшую заполняемость формы, получить более плотную отливку, из­готовить отливки из сплавов с низкой жидкотекучестью. Для изготов­ления фасонных отливок центробежный способ применяется срав­нительно редко, за исключением литья тонкостенных деталей из тита­новых сплавов.

Литые ювелирные изделия изготавливают исключительно центро­бежным способом.

Рассмотрим, какие силы действуют на металл при центробежной заливке.

Из гидравлики известно, что напряженность поля центробежных сил q определяется центробежной силой, приходящейся на единицу объема вращающегося металла, и выражается формулой

ш^гт

_q-p—.

где р — плотность металла, г/см; ш — угловая скорость вращения, с"¹; г — радиус вращения произвольной точки, см; д — ускорение силы тяжести (981 см/с²).

Согласно принципу эквивалентности воздействие центробежных сил на какую-либо систему физически тождественно действию сил тяжести. На этом основании действующие на металл центробежные

силы можно заменить силами тяжести равной величины и того же направления, а сам металл считать соответственно утяжелившимся. На том же основании величину g можно рассматривать как плотность вращающегося металла. Величину q называют эффективной плотностью, а отношение G = w ^гт/д, являющееся коэффициентом пропорциональности между величинами р и q называют гравита­ционным коэффициентом.

Численное значение гравитационного коэффициента при центро­бежном литье колеблется от нескольких единиц (при литье фасонных отливок) до нескольких сотен (при изготовлении полых цилиндров в металлических формах).

В соответствии с положениями гидравлики удельное давление на стенку сосуда, развиваемое вращающейся в нем жидкостью, определя­ется уравнением

,-£,г>-,Ь

где г и т I — соответственно наружный и внутренний радиусы отливки. Из этого уравнения следует, что во вращающемся металле давление изменяется пропорционально квадрату расстояния рассматриваемой точки от оси вращения и что на свободной поверхности металла (г) при любой скорости вращения избыточное давление равно нулю.

Центробежные силы увеличивают развитие ликвационных процес­сов особенно если компоненты сплавов взаимно нерастворимы и не образуют друг с другом ни эвтектических смесей, ни химических соединений. Например, в свинцовистой бронзе при неправильно назна­ченных технологических режимах ликвация проявляется настолько резко что весь содержащийся в сплаве свинец сосредоточивается на наружной поверхности. Если же компоненты в сплаве взаимно раство­римы, то процесс ликвации в таких сплавах ограничивается обогаще­нием внутренних слоев отливки менее плотными структурными составляющими и примесями.

Во внутренних слоях толстостенных чугунных отливок наблюдается повышенное содержание свободного углерода, сернистого марганца, фосфидной эвтектики. В стальных отливках концентрируются оксиды, нитриды, силикатные включения. Внутренняя зона отливок из медных сплавов часто обогащается оловом, цинком, алюминием, кремнием.

Для центробежного литья применяются машины с горизонтальной (рис 9 7) и вертикальной (рис. 9 8) осями вращения.

Сравнительно мелкие цилиндрические отливки, как правило, изго­тавливают на шпиндельных машинах с горизонтальной осью вращения, форму крепят на шпинделе консольно.

Массивные отливки, например артиллерийские стволы, получают на роликовых машинах.

В машинах с вертикальной осью вращения исключается применение заливочных устройств, которые для машины с горизонтальной осью необходимы.

На рис. 9.9 показана схема изготовления фасонных отливок центро­бежным способом в металлических (а) и песчаных (б) формах.