3.5. Литьё под регулируемым перепадом газового давления

Объединяющим технологическим признаком этой группы способов литья является заливка формы выдавливанием жидкого металла снизу вверх из тигля установки через металлопровод под действием создаваемого в них перепадах газового давления ΔР.

К литью под регулируемым перепадом газового давления ΔР относятся три способа литья:

1. При наличии в полости формы давления газа, соответствующего атмосферному (Р_ф = Р_атм), заливка осуществляется благодаря избыточному давлению газа (Р_изб > Р_атм) над зеркалом расплава в тигле установки:

ΔР = Р_т – Р_ф = Р_изб – Р_атм ,

где Р_т – давление над зеркалом расплава в тигле, Па.

Этот способ получил название литья под низким давлением (ЛНД).

2. При давлении газа в полости формы, превышающим атмосферное (Р_ф > Р_атм), для надежного заполнения литейной формы расплавом перепад давлений над зеркалом расплава в тигле должен составлять

ΔР = Р_т – Р_ф = Р_изб – (Р_атм + ΔР_ф ).

Заполнение форм расплавом вопреки препятствию находящегося в её полости сжатого газа (ΔР_ф) обусловило название этого процесса – литье с противодавлением (ЛПРД).

3. Способ литья вакуумным всасыванием (ЛВВ) основан на прямо противоположном эффекте – устранении противодавления газа в полости формы путем её вакуумирования и достижения соотношения Р_ф < Р_атм. В итоге жидкий металл поступает снизу вверх в полость формы под действием перепада давлений

ΔР = Р_т – Р_ф = Р_атм – Р_вак.

Скорость заполнения форм жидким металлом при всех рассматриваемых способах литья зависит от скорости возрастания ΔР во времени t:

,

где φ – коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление системы.

3.5.1. Литьё под низким давлением (лнд)

Схема процесса ЛНД приведена на рис. 3.1. Тигель с жидким металлом 1 плавильной или раздаточной печи герметически закрывается крышкой 2, в которой устанавливают металлопровод 3, изготавливаемый из жаростойкого материала. Металлопровод 3 погружают в жидкий металл так, что конец его не достаёт до дна тигля 40 – 50 мм. Форму 4, установленную на крышке, соединяют с металлопроводом литниковой втулкой 5. Полость в отливке может быть выполнена песчаным или оболочковым стержнем 6.

Воздух или инертный газ под давлением до 1 атм поступает по трубопроводу 7 внутрь тигля и давит на зеркало жидкого металла.

Под действием избыточного давления металл поступает в формы снизу через металлопровод 3, литник 8 и коллектор 9 со скоростью, регулируемой величиной давления в тигле. По окончании заполнения формы и затвердевания отливки открывают клапан 10, соединяющий камеру с атмосферой.

Давление воздуха в камере снижается до атмосферного и не затвердевший металл из металлопровода сливается в тигель. После этого форма раскрывается, отливка извлекается и цикл повторяется.

Рис. 3.1. Установка для литья под низким давлением

При ЛНД отливку можно изготовлять в металлической и комбинированной формах. Реже применяют обычные песчано-глинистые формы.

Способ ЛНД имеет следующие преимущества:

– улучшение условий термостатирования расплава, так как тигель расположен в закрытой теплоизолированной и обогреваемой камере агрегата заливки;

– полностью решена проблема дозирования жидкого металла и его транспортировка в полость литейной формы, выполняющей функции дозатора;

– снижена окисляемость жидкого металла и исключена вероятность захвата шлака и флюса с зеркала расплава в тигле, так как жидкий металл забирается металлопроводом с заданного уровня и отсутствует его открытый перелив в процессе заполнения формы;

– имеется возможность управления гидродинамическими параметрами процесса заполнения полости форм расплавом в результате изменения по заданной программе скорости нарастания перепада давлений W_p(t), что позволяет предельно упростить конструкцию литниково-питающих систем при одновременном улучшении качества заполнения форм жидким металлом;

– питание затвердевающей отливки жидким металлом осуществляется непосредственно из тигля через металлопровод установки и повторное использование сливаемых из него остатков не затвердевшего расплава: это позволяет сократить расход жидкого металла на литниково-питающую систему в 3 – 10 раз (по сравнению со свободной заливкой в кокиль);

– повышается плотность литого металла в результате устранения газовой пористости и усадочных дефектов при принудительном питании затвердевающей отливки под избыточным давлением жидкой фазы;

– в контактной зоне на 20 – 30 %, благодаря интенсификации теплообмена под действием перепада давлений Р, увеличена скорость затвердевания, что способствует измельчению структуры металла отливки, в 1,5 – 2 раза увеличивает производительность благодаря сокращению продолжительности затвердевания отливки и отсутствию затвердевающих прибылей;

– повышение плотности отливки и измельчение структуры литого металла сопровождается ростом его прочностных (на 15 –

– 25 %), пластических (1,5 – 2 раза) и эксплуатационных (циклическая прочность, коррозионная стойкость, износ и др.) свойств;

– повышенная прочность размеров и массы отливок на 1 –

– 2 класса по сравнению с кокильным литьем, уменьшены в 1,5 –

– 2 раза припуски на обработку резанием, предусматриваемые ГОСТ 26645–85;

– шероховатость поверхности отливок может быть уменьшена по сравнению с кокильным литьем с Rz = 160 – 80 до Rz =

= 40 – 20 мкм;

– обеспечивается получение отливок с толщиной стенок 1,5 – 2,0 мм, т.е. толщина стенок отливок в 1,5 – 2,5 раза меньше, чем при литье в кокиль;

– заполняемость литейных форм (благодаря принудительному движению расплава) возрастает в 1,3 – 1,5 раза, что обеспечивает возможность получения крупногабаритных отливок при средних толщинах стенки 3 – 6 мм;

– возможна полная механизация и автоматизация всего технологического цикла, начиная от операции заливки вплоть до удаления из формы готовой отливки;

– полная автоматизация процесса позволяет применять ЛНД в гибких автоматических системах и производствах;

– тяжелый ручной труд заливщика заменен функциями оператора и наладчика машин ЛНД;

– снижение на 30 – 50 % потребности в выплавляемом металле, отсутствие открытого зеркала и перелива жидкого металла в процессе изготовления отливок улучшают условия труда рабочих и экологическую обстановку в целом.

Наряду с преимуществами способ литья под низким давлением имеет недостаток: стойкость части металлопровода, погруженного в жидкий металл, невелика, что затрудняет использование способа для литья сплавов с высокой температурой плавления – чугуна и стали.

Преимущества и недостатки способа определяют рациональную область его применения и перспективы использования. Литьё под низким давлением наиболее широко применяют для изготовления фасонных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, простых отливок из медных сплавов и стали в серийном и массовом производствах. В металлургической промышленности литьё под низким давлением используют для заполнения изложниц крупных слябов нержавеющей стали.