Основные характеристики процесса литья под давлением

Технологический процесс литья под давлением включает в себя ряд подготовительных и последовательных этапов. Основными этапами являются следующие:

  • подготовка литейной машины и пресс-формы к работе (проверка запирающих и прессующих механизмов машины, разогрев пресс- формы до заданной температуры газом и регулирования системы охлаждения);
  • подготовка жидкого расплава (плавка металла, рафинирование и дегазация жидкого сплава, транспортировка готового сплава к раздаточной печи, регулирование жидкого сплава до заданной температуры заливки);
  • подготовка необходимых рабочих инструментов для нанесения смазки и удаления отливок;
  • внешний осмотр, очистка и обдувка полости пресс-формы и нанесение смазки.

Процесс литья под давлением заключается в том, что расплавленный металл из раздаточной печи заливается механическим ковшом или нагнетается насосом в пресс-камеру литейной машины, а затем под действием поршня, перемещающегося в этой камере, через литниковые каналы заполняет с высокой скоростью полость пресс-формы. Жидкий сплав подвергается кристаллизации под действием давления гидросистемы машины и охлаждения вкладышей пресс-формы водой и образует отливку. Продолжительность кристаллизации зависит от массы заливаемого металла, скорости охлаждения пресс-формы, конфигурации отливки и составляет от 5 до 30 с. Происходит раскрытие пресс-формы и отливка удаляется механическим манипулятором.

Основные характеристики процесса литья под давлением

На рис.33 показана последовательность операций литья под давлением на примере наиболее распространенного прессующего механизма с холодной горизонтальной камерой. Камера устанавливается отдельно и заполнение ее жидким металлом рассчитано только для одной отливки. Жидкий металл заливается ковшом или дозирующим устройством в камеру прессования. После этого рабочая жидкость (масло или эмульсия) поступает от аккумулятора в гидравлический цилиндр прессующего механизма, перемещает поршень и осуществляет заполнение металлом полости пресс-формы. По окончании затвердевания отливки из нее извлекается стержень, ось которого перпендикулярна оси машины, и пресс-форма раскрывается.

Подвижная полуформа отходит от неподвижной полуформы. При этом выталкиватели удаляют из нее отливку, а поршень возвращается в исходное положение.

Процесс заполнения жидким металлом камеры прессования и пресс-формы можно разбить на четыре фазы. На рис.34 приведены кривые изменения скорости перемещения прессующего поршня и давления рабочей жидкости в цилиндре прессования за время хода поршня. Если пресс-форма заполняется сплошным потоком, то изменение давления металла в ее полости будет подобно изменению давления жидкости в цилиндре. За время т1 поршень перекрывает заливочное отверстие (| фаза). Скорость поршня небольшая. Значение р1 соответствует давлению, необходимому для преодоления трения в гидравлическом цилиндре и камере прессования. Период тг (|| фаза) соответствует заполнению металлом под действием поршня всего объема камеры прессования, вплоть до литниковых каналов. Скорость поршня начинает возрастать и достигает максимального значения V2 (на машинах современных моделей возможна еще одна ступень повышения скорости в период заполнения). Давление р2 больше рх на величину гидравлических сопротивлений в камере прессования.

В период времени т3 (III фаза) заполняются литниковая система и полость пресс-формы. Вследствие резкого сужения потока в питателе скорость падает до величины V3, а давление р3 повышается. При меньших значениях максимальной скорости (штриховая линия) давление

Основные характеристики процесса литья под давлением

во II и III фазах также падает. В момент окончания хода поршня происходит гидравлический удар вследствие инерционных сил подвижных частей прессующего механизма; давление возрастает. После затухания колебаний устанавливается конечное гидростатическое давление р4 и начинается IV фаза - подпрессовка. Величина конечного давления зависит от рода сплава, его состояния (вяязкости, плотности), требований к отливке и других факторов. Она может изменяться от 5 до 500 МПа. Если к моменту достижения давления р4 металл в питателе остается жидким или, как принято называть, жидкоподвижным, то это давлением передается на затвердевающую отливку.

Максимальной усилие подпрессовки должно развиваться прессующим механизмом машины не в момент начала затвердевания отливки, а практически сразу по окончании заполнения пресс-формы. При наличии толстого питателя подпрессовка позволяет ликвидировать усадочную пористость в отливке и улучшить состояние ее поверхности, особенно если сплав заливается в жидко-твердом состоянии. Подпрессовка способствует получению плотных, с минимальной воздушногазовой и усадочной пористостью отливок, толщина стенки которых может достигать 5-8 мм, а также отливок из сплавов, упрочняемых термообработкой. Это расширяет область применения способа литья под давлением. При заполнении пресс-формы сплошным турбулентным или дисперсным потоком подпрессовка позволяет сжать воздушногазовые включения во всех сечениях, уменьшает пористость и повышает прочность литой детали.

Машины для литья под давлением должны иметь механизм подачи рабочей жидкости в прессующий цилиндр, обеспечивающий заданное конечное давление при подпрессовке. При необходимости используют мультиплицирующие механизмы, которые позволяют не только повысить давление, но и уменьшить величину пикового давления гидравлического удара.

Заполнение пресс-формы. Пресс-форма заполняется жидким металлом с высокой скоростью и под большим давлением. Скорость впуска металла колеблется от 0,5 до 120 м/с, а конечное давление может достигать 500 МПа. Пресс-форма заполняется за сотые, а для особо тонкостенных отливок, за тысячные доли секунды. Это позволяет несмотря на высокую скорость охлаждения металла изготовлять очень тонкостенные детали. Высокая кинетическая энергия движущегося металла способствует получению гладкой поверхности отливок.

Установлено, что характер движения металла в оформляющей полости зависит от скорости впуска, соотношения толщин питателя и отливки, вязкости и поверхностного натяжения заливаемого сплава, тепловых условий его взаимодействия со стенками пресс-форм.

Характер движения металла при заполнении камеры прессования подчиняется законам ламинарного и турбулентного движения потока жидкого сплава, а при больших скоростях потока - дисперсным.

Основные характеристики процесса литья под давлением

Ламинарное движение металла осуществляется при литье с малыми скоростями Vпр перемещения прессующего поршня. Ламинарный характер заполнения способствует повышению плотности отливок, уменьшению газовых включений и пористости, так как создаются условия для максимального удаления воздуха и газов из полости пресс-формы. Ламинарный характер заполнения пресс-формы наблюдается при низких скоростях впуска металла (менее 0,3 м/с) и отношении толщины питателя к толщине отливки

Сплошное ламинарное заполнение можно использовать только для отливок сравнительно простой конфигурации, изготовляемых из сплавов с широким интервалом кристаллизации. На основе этого заполнения разработан новый процесс литья под давлением, так называемый перспективный акурад-процесс.

Турбулентное движение. При заполнении пресс-формы жидким сплавом со скоростями впуска 0,5-15 м/с в пристеночных потоках, образующихся после удара струи о преграду, движение становится турбулентным. Поступающий в оформляющую полость металл образует сплошной поток, называемый гидравлическим подпором. Вследствие вихревого движения жидкого металла в гидравлическом подпоре происходит захват воздуха и газообразных продуктов сгорания смазки, которые остаются в затвердевшей отливке в виде раковин размером 0,1-1,0 мм и более. Обычно сплошное турбулентное заполнение наблюдается когда отношение

Основные характеристики процесса литья под давлением

Объем газов, захватываемых в отливку (Vотл) может быть определен по следующей формуле:

Основные характеристики процесса литья под давлением

где ротл- масса отливки, г; Г - газонасыщенность отливки см3/100 г.

При заполнении жидким сплавом газы захватываются в камере прессования (V1) и в пресс-форме (\/2).

Основные характеристики процесса литья под давлением

На рис.35 изображена схема заполнения жидким металлом и газом в камере прессования. Объем газов, захватываемых металлом в камере прессования, определяют по формуле:

Основные характеристики процесса литья под давлением

Можно определить объем газов, захватываемых металлом в пресс-форме.

Выполненный расчет по определению количества газов применительно к отливке ’’Блок цилиндров” автомобильного двигателя ’’Москвич-412” представлен в табл.31.

В ходе запрессовки жидкого металла пресс-поршнем удаляется 75 % газа и 25 % остается в отливке.

Таблица 31. Количество газов, захватываемых в отливку

Основные характеристики процесса литья под давлением

Основные характеристики процесса литья под давлением

Дисперсное заполнение. Дисперсное заполнение начинается для жидкого металла при скоростях впуска выше 25-30 м/с и отношении fпит : Fотл < 0,25-0,5.

Расчеты и исследования показывают, что чем выше скорость потока, тем мельче пористость. При скоростях впуска 100-120 м/с пористость становится незаметной для глаза. Эта пористость по сравнению с пористостью, получающейся при турбулентном заполнении, в меньшей степени влияет на механические свойства литых деталей.

Дисперсное заполнение применяют при изготовлении тонкостенных отливок сложной конфигурации, так как высокие скорости впуска и большой запас кинетической энергии струи, а также некоторый разогрев металла при использовании тонких (щелевидных) питателей, увеличивают жидкотекучесть сплава и улучшают заполняемость пресс- формы.

Однако при этом отмечается значительное эрозионное действие струи на стержни или стенки, способствующее привариванию сплава, разрушению отливки, а иногда и пресс-формы. Поэтому, если для цинковых сплавов допускаются скорости впуска свыше 100 м/с, для магниевых 50-75 м/с, то для алюминиевых и медных сплавов, обладающих высокой способностью к привару, скорость выпуска не должна превышать 40 м/с.

Смотрите также