Литьё под давлением
При литье под давлением расплав под высоким давлением и с большой скоростью впрыскивается в долговременные формы из улучшенной жаропрочной стали. Металл течёт под давлением в полости формы. В конце заполнения формы давление на жидкий металл возрастает до 700 - 1000 бар. Давление поддерживается в процессе затвердевания металла. Это позволяет получить самую точную передачу формы по сравнению с другими методами литья. Тем самым достижимы узкие поля допусков размеров, резкость контуров и качество поверхности с малыми припусками на обработку. Благодаря высокому съёму продукции с квадратного метра площади речь идёт об очень экономичном методе литья. Этот метод имеет, однако, также определённые недостатки. Так, увеличивающая прочность двойная термообработка, в общем, невозможна, поскольку заключённые в материале пузырьки воздуха или газовые поры, образующиеся из-за толчкообразного наполнения формы, при определённых условиях создадут трудности. Также следует назвать ещё имеющуюся в настоящее время ограниченную свободу конструирования, поскольку при литье под давлением не могут быть применены для литейных полостей никакие обычно применяемые песчаные стержни. Обычно применяемые песчаные стержни были бы разрушены высоким давлением литья и сделали бы отливку непригодной. Однако происходит дальнейшее развитие литейной технологии. В настоящее время разрабатываются такие песчаные стержни, которые могут выдерживать высокое давление литья в процессе литья под давлением.
1. Разливочный ковш
2. Отверстие заполнения
3. Поршень прессования
4. Камера прессования
5. Гидроцилиндр
6. Стальная форма
|
Изображение 2 |
Прессование (Squeeze Casting)
Речь идёт о литье под давлением с несколько иными преимуществами и недостатками. Конструкция литейной машины, однако, отличается. Создание давления при прессовании происходит в конце процесса заполнения формы, который идёт значительно медленнее, чем при литье под давлением. Расплав, в отличие от литья под давлением, выдавливается в форму не в течение нескольких миллисекунд; процесс литья длится значительно дольше, до нескольких секунд. Это особенно важно при заливке чувствительных заливаемых частей, таких, как, напр. Silizium Preforms (LOKASIL метод) или усиления волокном постели под подшипники. Впрыск расплава, как это делается при литье под давлением, повредил или разрушил бы эти чувствительные части, сделав данную отливку негодной. Благодаря отсутствию турбулентности при заполнении формы прессованные части полностью термообрабатываемы для увеличения прочности.
1. Гидроцилиндр
2. Стальная форма
3. Разливочный ковш
4. Камера прессования
5. Поршень прессования
6. Гидроцилиндр
Изображение 3
Литье в оболочковые формы
Способ литья в оболочковые формы основан на получении разовых полуформ и стержней в виде оболочек толщиной 6-10 мм. Их изготавливают путем отверждения на металлической оснастке слоя смеси, в которой связующее вещество при нагреве вначале расплавляется, а затем затвердевает (необратимо), придавая оболочке высокую прочность.
Технология литья в оболочковые формы включает ряд операций, выполнение которых при литье данным способом имеет ярко выраженные особенности. К ним относятся: приготовление специальной песчано-смоляной смеси; формирование на модельной оснастке тонкостенных оболочковых форм и стержней; сборка форм и их подготовка к заливке. Для приготовления оболочковых форм выпускают специальное связующее, представляющее собой смеси фенолформальдегидной смолы с катализатором отверждения смолы, вводимым в количестве 7-8%.
Предварительное формирование оболочки наиболее часто производят, используя поворотный бункер 1, в который засыпают песчано-смоляную смесь 2 (рис. 3.8, а). На верхнюю часть бункера, снабженную кольцевым каналом 3 для подачи охлаждающей воды, устанавливают моделями вниз и закрепляют нагретую до 200-240 oС металлическую модельную плиту 4. На ней закреплена с помощью четырех направляющих колонок 5 плита 6 толкателей 7.
Толкатели, равномерно распределенные по всей плите, выходят на рабочую поверхность, как модели, так и модельной плиты. Их фиксируют специальными хвостовиками в гнездах плиты 6 и закрепляют в ней прижимной плитой 8. Модельная плита с выталкивающим устройством помещена в корпус 9. Для фиксации плиты толкателей в исходном положении на направляющих колоннах 5 установлены пружины 10.
Рисунок 5– Технология литья в оболочковые формы
Для предварительного формирования оболочки бункер 1, снабженный цапфами 11 и поворотным механизмом, поворачивают на 1800, и формовочный материал падает на горячую модельную плиту (рис.3.8, б), уплотняясь под действием гравитационных сил. В прилегающем к плите слое смеси смола плавится (при температуре 95-115 oС), смачивая зерна песка, а затем начинает полимеризоваться, загустевая и отверждаясь по мере прогрева до более высокой температуры. За 30-40 с выдержки смола успевает оплавиться в слое толщиной около 10 мм.
Слой остается на модельной плите после поворота бункера в исходное положение (рис.3.8, в) и сброса на дно бункера не прореагировавшей, сохранившей свои начальные свойства и пригодной для последующего использования части смеси.
Теперь модельную плиту со сформированной оболочковой полуформой снимают с бункера (рис.3.8, г) и подают в печь 12 (рис.3.8, д), где при температуре 300-400 oС за 90-120 с заканчивается полимеризация, и смола приобретает высокую технологическую прочность. Затем готовую оболочковую полуформу снимают с модельной плиты (рис.3.8, е) и соединяют с другой полу-формой (например, склеиванием) на специальном пневмопрессе (рис.3.8, ж). Для исключения прорыва расплава, формы с вертикальным разъемом обычно заформовывают (рис.3.8, з) в опорный наполнитель (песок, дробь и т.п.). Формы небольшой высоты с горизонтальным разъемом в большинстве случаев не заформовывают и заливают на поддонах с песчаной постелью.
В оболочковые формы получают отливки практически из любых промышленных сплавов массой до 200-300 кг. Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые разовые формы заключаются в следующем:
уменьшение параметров шероховатости поверхности и существенное улучшение внешнего товарного вида отливок;
возможность получения отливок с тонким и сложным рельефом, а также толстостенных отливок с литыми каналами малых сечений;
уменьшение трудоемкости ряда операций технологического процесса (приготовление смеси, изготовление формы, очистка отливок и пр.);
сокращение в 8-10 раз и более объема переработки и транспортирования формовочных материалов;
уменьшение металлоемкости формовочного оборудования.
Кроме того, для литья в оболочковые формы характерна меньшая жесткость оболочки, что следует рассматривать как достоинство метода в сравнении с методами литья в кокиль.
Основные недостатки метода литья в оболочковые формы:
относительно высокая стоимость смоляного связующего;
сложность модельной и стержневой оснастки;
повышенное выделение вредных химических веществ в ходе термического разложения смоляного связующего;
недостаточная прочность оболочек при получении тяжелых отливок;
склонность к появлению некоторых специфических видов дефектов, сопровождающих низкую газопроницаемость литейной формы.
Литье по выплавляемым моделям Литье по выплавляемым моделям представляет собой способ получения отливок в многослойных оболочковых неразъемных разовых формах. Формы изготавливают с использованием выплавляемых, выжигаемых и растворяемых моделей однократного применения. Применение этого способа обеспечивает возможность изготовления из любых литейных сплавов фасонных отливок, в том числе сложных по конфигурации и тонкостенных. Последовательность подготовительных и основных производственных операций при различных вариантах современного промышленного процесса литья по выплавляемым моделям представлена на рис.3.9.
Рисунок 6– Литье по выплавляемым моделям Модели отливок изготавливают преимущественно с применением металлической пресс-формы. Для изготовления моделей используют воскообразные сплавы, в состав которых могут входить парафин, церезин и различные воскоподобные материалы. Воскообразные модельные составы обычно запрессовывают в полость пресс-формы в жидком или пастообразном состоянии. На рис.3.9, а показана запрессовка модельного состава в четырехместную пресс-форму 1. Модели отливок обычно собирают в блок, соединяя их с моделью литниковой системы, сделанной также из модельного сплава. В условиях массового производства обычно применяют высокопроизводительный метод механического соединения звеньев в блок (рис.3.9, б) нанизыванием на ме-таллический стояк-каркас и скреплением их пружинным устройством в верхней части стояка. На стояк с рукояткой 3 и опорным фланцем 4 сначала надевают модель литниковой воронки 5, затем нанизывают звенья 2 моделей 4 и скрепляют прижимным устройством 6 с гайкой 7, после чего на нее напаивают колпачок 8 из модельного сплава. Для получения оболочки формы (рис.3.9, в, г) на модельные блоки путем их погружения в бак 9 последовательно наносят несколько слоев суспензии 10, содержащей раствор специального связующего (например, этилсиликата) и порошок огнеупорной основы (пылевидный кварц, корунд, алюмосиликат и пр.). Каждый слой суспензии присыпают упрочняющими его огнеупорными материалами 12 (например, кварцевым песком, шамотом или корундом), которые располагаются в специальном устройстве 11 во взвешенном состоянии. Обычно для получения оболочки необходимой прочности наносят от 3-4 до 7-8 слоев суспензии, а при изготовлении крупных отливок наносят до 18-20 слоев, получая, таким образом, оболочку толщиной около 20-22 мм. Сушка слоев оболочки состоит из двух процессов: собственно сушки (испарения органических растворителей или воды, введенных в состав связующего) и отверждения пленки связующего вещества в результате огеливания или полимеризации. Удаление моделей после формирования оболочки производят различными способами с учетом свойств модельного сплава. Так, легкоплавкие воскообразные составы на основе парафина удаляют из оболочки в горячей воде, горячим воздухом или паром, в перегретом расплаве модельного состава и т.п. На рис.3.9, д показано в качестве примера удаление моделей в горячей воде (14 – бак с горячей водой; 15 – сетка для приема оболочки формы 16; 17 – сливной патрубок для очистки модельного сплава). После удаления модельного сплава оболочки сушат (рис.3.9, е) и затем для удаления остатков его органических компонентов прокаливают при температуре 850-1000 oС. Заливку форм производят непосредственно после прокаливания их в горячем состоянии при температуре 600-900 oС, что обеспечивает хорошее заполнение форм. Заливка может производиться как в заформованные в опорный наполнитель 19 оболочки (рис.3.9, ж), так и в незаформованные. После заливки форм и охлаждения отливок оболочка обычно растрескивается на поверхности литого блока из-за меньшего сжатия при охлаждении по сравнению с усадкой металла. Отливки 21 отделяются от литниковой системы 22 механически, например, специальным инструментом – трубчатой фильерой 23 (рис.3.9, з). Преимущества литья по выплавляемым моделям по сравнению с литьем в песчано-глинистые разовые формы заключаются в следующем:
Кроме того, для литья по выплавляемым моделям характерна меньшая жесткость оболочки, что следует рассматривать как достоинство метода в сравнении с методами литья в кокиль. Основные недостатки метода литья по выплавляемым моделям:
|
Кокиль. Кокильное литье
Кокилем называют металлическую литейную форму (из чугуна, стали и пр.), полость которой заполняется расплавом под действием силы тяжести или регулируемого давления. К достоинствам кокильного литья относят:
возможность многократного использования кокилей (до нескольких десятков тысяч раз при литье алюминиевых сплавов и нескольких сотен заливок при литье чугуна и стали);
повышенная точность размеров, следствием чего является снижение объема обработки резанием и повышение коэффициента использования металла по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы;
улучшение механических свойств металла отливок, особенно в поверхностном слое;
высокая производительность труда и снижение стоимости изготовления отливок;
сокращение потребности в производственных площадях и улучшение условий труда (уменьшение пыле- и газовыделений);
сокращение трудоемких и энергоемких операций очистки отливок, подготовки формовочных материалов и приготовления смесей, их транспортирования и пр.;
широкие возможности комплексной механизации и полной автоматизации процесса литья.
К недостаткам кокильного литья обычно относят:
трудоемкость и сравнительно высокую стоимость изготовления кокилей;
быстрое (и не всегда желательное) охлаждение расплава при заполнении им металлической формы;
резкое снижение стойкости кокилей по мере увеличения массы отливок.