Литье под давлением

Литье под давлением – способ получения отливок из сплавов цветных металлов и сталей, максимально при приближающий размеры и форму отливки к размерам и форме готовой детали. Это позволяет уменьшить или совсем исключить их последующую механическую обработку.

Литье под давлением осуществляется в металлических формах. Этому способу также, как литью в кокиль, соответствуют очень малые времена остывания и кристаллизации отливок (рис.1.33).

Рис. 1.33. К определению времени остывания отливки из алюминиевого сплава размерами 0,1 мм*0,1мм*0,01 мм под давлением

На рис.1.33. представлены результаты расчета количества тепла, отведенного в стальную прессформу при литье под давлением алюминиевой отливки. Расчеты проводились по формуле 1.48.

Так, производительность машин для литья под давлением достигает 50 заливок в 1 минуту. При такой высокой скорости охлаждения и затвердевания жидкотекучесть литейного сплава оказывается недостаточной для заполнения литейной формы самотеком. Этот недостаток эффективно устраняется с помощью подачи расплава в полость литейной формы под давлением.

Сущность способа состоит в том, что на расплавленный метал (расплав), залитый в камеру прессования, сообщающуюся с оформляющей полостью формы (рис. 1.34, а), давит поршень.

Рис.1.34. Схема процесса изготовления отливок на машинах с горизонтальной холодной камерой прессования

В результате этого расплав быстро заполняет форму (рис.1.32,б) и застывает в ней, приобретая очертания отливки. При литье под давлением металлическая форма (пресс-форма) заполняется расплавом под избыточным давлением (до 300 МПа) и формирование отливки также осуществляется под избыточным давлением. Благодаря этому надежно обеспечивается заполняемость формы даже при пониженной температуре заливки расплава.

По роду применяемых сплавов различают машины для литья оловянных, свинцовых и цинковых сплавов; магниевых и алюминиевых сплавов; черных металлов (чугуна и стали). Каждая из машин той или иной группы может отливать сплавы более легкоплавкие, чем те, для которых она предназначена.

В зависимости от массы отливок различают малые машины – для отливок массой от 50 до 300 г, средние – для отливок от 0,3 до 3 кг и крупные, позволяющие получать отливки до 15 кг.

Технологический процесс литья под давлением характеризуется коротким циклом и малым числом операций.

Малые машины для литья под давлением выполняются полуавтоматическими или автоматическими. Автоматические машины осуществляют до 1000 – 1200 операций в час. Располагая детали по несколько штук в форме (обычно до 6 -10 шт) можно получить производительность до 10 000 отливок в час.

Средние машины для литья под давлением выполняются полуавтоматическими, реже автоматическими – для отливок простой формы. Производительность таких машин обычно до 250 операций в час.

Большие машины менее автоматизированы и более тихоходны и позволяют выполнять до 100 операций в час.

Литье под давлением производят на литейных машинах с холодной и горячей камерами прессования.

На машинах с горячей камерой прессования (рис. 1.35.)[10] камера прессования 2 расположена в обогреваемом тигле с расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера 3 расплавленный металл через отверстие 4 заполняет камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстия перекрываются, сплав под давлением 10—30 МПа заполняет полость пресс-формы 5. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного металла из канала сливаются в камеру прессования, а отливка из пресс - формы удаляется выталкивателями 6.

Рис. 1.35. Схема процесса изготовления отливок на машинах с горячей камерой прессования

Машины с горячей камерой прессования используют при изготовлении отливок малых размеров и незначительной массы (до нескольких граммов) благодаря медленному охлаждению расплава и используются в основном для литья легкоплавких (цинковых, свинцово-сурьмянистых и др.) сплавов, из цинковых и магниевых сплавов.

Особенности способа литья под давлением обусловлены условиями заполнения пресс-форм и питания отливок. Расплавленный сплав заполняет пресс-форму за доли секунды (0,001 – 0,6 с) при скорости до 120 м/с. С такой скоростью поступления сплава в форму турбулентный поток металла, ударяясь о стенку формы, разбивается на отдельные капли. При этом происходит закупорка вентиляционных каналов мелкодисперсными каплями металла. Вихревой поток расплава захватывает оставшиеся в полости формы газы - компоненты воздуха и пар от смазывающего материала, образуя при этом газометаллическую эмульсию, быстро затвердевающую в форме. Вследствие этого отливки имеют специфический дефект – газовую пористость, низкую плотность, низкие пластичность и механические свойства. Их нельзя подвергать термической обработке, так как при нагреве поверхность вспучивается вследствие расширения газа в порах.

В момент окончания заполнения полости формы движущийся с большой скоростью сплав мгновенно останавливается. Энергия движения потока преобразуется в энергию давления, которое мгновенно повышается. Происходит гидравлический удар, действующий в течении малого времени. Повышенное давление прижимает металл к рабочей поверхности пресс-формы и способствует четкому оформлению конфигурации отливки. Отливка тонкостенная с гладкой поверхность точно воспроизводит конфигурацию полости пресс-формы. Благодаря тесному контакту между пресс-формой и отливкой увеличивается интенсивность теплообмена, уменьшается время затвердевания отливки. Вследствие гидравлического удара поверхностный слой (0,02 – 0,2 мм) отливок получается плотным, без газовой пористости, лишь внутренние части отливки имеют пористость.

Весь процесс литья под давлением автоматизирован, автоматически производятся смазывание пресс-форм, регулирование их теплового режима, подача расплавленного металла в камеру прессования, извлечение отливки и транспортирование ее к обрезному прессу для удаления литников.

Для уменьшения возможности образования газовой и усадочной пористости в отливках применяют:

а) вакуумирование полости пресс-формы и сплава;

б) применение толстых питателей (вместо тонких щелевых), затвердевающие позже отливки и обеспечивающие ее полное заполнение под давлением; и др.

Преимуществами данного вида литья являются высокая производительность, точность размеров и хорошее качество поверхности отливок, автоматизация процессов литья, снижение в 10 раз трудоемкости изготовления отливок по сравнению с литьем в песчаные формы, без механической обработки или с минимальными припусками, изготовление деталей с готовой резьбой.

Недостатки литья под давлением — высокая стоимость пресс-форм и оборудования; ограниченность габаритных размеров и массы отливок; наличие воздушной пористости в массивных частях отливок, снижающей прочность деталей, и др.

Литье под давлением используют в массовом и крупносерийном производстве отливок. Получают детали различных приборов, электрических машин, карбюраторов и др.[12]