Что такое литье под давлением

Литье под давлением. Суть процесса. Основные операции и область использования

Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием давления пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом. В отличие от кокиля рабочие поверхности пресс-формы, контактирующие с отливкой, не имеют огнеупорного покрытия. Это приводит к необходимости кратковременного заполнения пресс-формы расплавом и действия на кристаллизующуюся отливку избыточного давления, в сотни раз превосходящего гравитационное. Современный процесс, реализуемый на специальных гидравлических машинах, обеспечивает получение oт не-скольких десятков до нескольких тысяч отливок разного назначения в час с высокими механическими свойствами, низкой шероховатостью поверхности и размерами, соответствующими или максимально приближенными к размерам готовой детали. Толщина стенки отливок может быть менее I ,0 мм, а масса – от нескольких граммов до десятков килограммов.

В зависимости от конструкции камеры прессования различают машины с холодной (рисунок 4.1) и горячей (рисунок 4.2) камерами прессования.

Рисунок 4.1 – Схема технологического процесса литья под давлением на машине с холодной камерой прессования: а – подача расплава в камеру прессования; б – запрессовка; в – раскрытие пресс-формы; г – выталкивание отливки; 1 – пресс-форма; 2 – пресс-поршень; 3 – камера прессования; 4 – стержень; 5 – толкатель

Рисунок 4.2 – Схема технологического процесса литья под давлением на машине с горячей камерой прессования: а – заполнение камеры прессования расплавом; б – запрессовка; в – раскрытие пресс-формы и выталкивание отливки; 1 – камера прессования; 2 – заливочное отверстие; 3 – тигель с расплавом; 4 – обогреваемый канал; 5 – пресс-форма; 6 – пресс-поршень; 7 – отливка; 8 – толкатели

Основные операции технологического процесса зависят от конструктивного решения камер прессования.

На машинах с холодной камерой прессования после подготовки пресс-формы 1 (рисунок 4.1, а) к очередному циклу, ее сборки и запирания с помощью запирающего механизма литейной машины в камеру прессования 3 подается доза расплава. Затем под действием пресс-поршня 2, перемещающегося в этой камере посредством механизма прессования, через каналы литниковой системы расплав заполняет рабочую полость пресс-формы (рисунок 4.1, б). После затвердевания и охлаждения отливки до определенной температуры извлекают стержни 4 и раскрывают пресс-форму (рисунок 4.1, в), а затем механизмом выталкивания и толкателями 5 отливку удаляют из пресс-формы (ри-сунок 4.1, г). Механизмы машины приходят в исходное состояние. Литники и заливы отделяются, от отливки, как правило, с помощью обрезного пресса, расположенного около литейной машины, либо механизмами пресс-формы. На этом рабочий цикл завершается.

На машинах с горячей камерой прессования особенность технологического процесса заключается в том, что камера прессования 1 (рисунок 4.2, а) располагается в тигле 3 и сообщается с ним заливочным отверстием 2. Через это отверстие при исходном положении пресс-поршня 6 расплав самотеком поступает из тигля в камеру прессования. После перекрытия пресс-поршнем заливочного отверстия расплав по обогреваемому каналу 4 поступает в рабочую полость пресс-формы 5 (рисунок 4.2, б). Рабочий цикл завершается после возврата пресс-поршня в исходное положение и слива остатков расплава из канала 4 в камеру прессования, раскрытия пресс-формы и удаления из нее отливки 7 толкателями 8 (рисунок 4.2, в).

Таким образом, процесс литья под давлением реализуется только на специальных машинах, что обеспечивает возможность комплексной автоматизации технологического процесса, способствует существенному улучшению санитарно-гигиенических условий труда, уменьшению вредного воздействия литейного производства на окружающую среду.

Особенности формирования отливок и их качество

При литье под давлением основные показатели качества отливки – точность размеров, шероховатость поверхности, механические свойства, плотность и герметичность – определяются следующими особенностями ее формирования:

1. Кратковременность заполнения полости пресс-формы расплавом. Скорость поступления расплава в пресс-форму для разных отливок и сплавов колеблется от 0,3 до 140 м/с, продолжительность ее заполнения 0,02 – 0,3 с, а конечное давление на расплав может достигать 500 МПа. Это позволяет, несмотря на высокую скорость охлаждения расплава в форме, изготавливать весьма сложные корпусные отливки с толщиной стенки менее 1 мм из сплавов с низкой и даже близкой к нулю жидкотекучестью (таким свойством обладают, например, сплавы, находящиеся в твердожидком состоянии). Высокая кинетическая энергия движущегося расплава и давление, передаваемое на него в момент окончания заполнения формы, способствуют получению отливок с низкой шероховатостью поверхности.

2. Газонепроницаемость материала пресс-формы. Вентиляция рабочей по-лости происходит посредством специальных вентиляционных каналов. При высоких скоростях поступления расплава в полость пресс-формы воздух, а также газообразные продукты разложения смазочного материала, образующиеся при его взаимодействии с расплавом, не успевают полностью удалиться из пресс-формы за время заполнения ее расплавом. Они препятствуют заполнению пресс-формы и попадают в расплав, приводя к образованию неслитин, неспаев, раковин и газовоздушной пористости в отливках. Газовоздушная пористость приводит к уменьшению плотности отливок, снижению их герметичности и пластических свойств. Воздух, газы, продукты разложения смазочного материала, находящиеся в порах отливки под высоким давлением, затрудняют ее термическую обработку: при нагреве прочность отливки снижается, а давление газов в порах повышается, что вызывает коробление отливки, на ее поверхности появляются пузыри.

Для снижения газовоздушной пористости в отливках используют ряд технологических приемов, а также специальные способы литья под давлением (см. подраздел 4.2).

3. Высокая интенсивность теплового взаимодействия между материалом отливки и пресс-формой, обусловленная ее высокими теплопроводностью и теплоемкостью, малым термическим сопротивлением слоя смазочного материала и продуктов его разложения, значительным давлением расплава и отливки на стенки пресс-формы, улучшающим контакт между ними. Это способствует получению мелкозернистой структуры, особенно в поверхностных слоях отливки, повышению ее прочности и высокой производительности процесса.

4. Передача в момент окончания заполнения металлом пресс-формы давления, развиваемого пресс-поршнем в камере прессования, на расплав в полости формы. Это улучшает питание отливки, способствует уменьшению усадочной пористости, сжатию газовоздушных включений. В результате воз-растают плотность, герметичность и механические свойства отливки. Однако эффективность действия подпрессовки ограничена, так как это давление на расплав в пресс-форме действует только до тех пор, пока питатель не затвердеет.

5. Использование металлической пресс-формы с точными размерами и низкой шероховатостью рабочих поверхностей. Это способствует получению высокоточных отливок по массе, геометрии и размерам. Высокая точность размеров отливок (классы 1 – 4 по ГОСТ 26645—85 (изм. № 1,1998)) позволяет уменьшить припуски на обработку до 0,3 – 0,8 мм, а в некоторых случаях полностью исключить обработку резанием. Остается только зачистка мест удаления питателей, соединительных каналов промывников и облоя. Коэффициент точности отливок по массе (КТМ) при литье под давлением достигает 0,95 – 0,98. Шероховатость поверхности отливок, полученных под давлением, зависит в основном от шероховатости поверхности пресс-формы и технологических режимов литья. Обычно эти отливки имеют шероховатость от R_z = 160 – 80 мкм (сплавы на основе меди) до R_z = 1,00 – 0,32 мкм (цинковые сплавы).

Эффективность производства отливок и область их применения

Учитывая опыт производства отливок под давлением, можно отметить следующие его преимущества:

1. Возможность изготовления отливок значительной площади с малой толщиной стенок (менее 1 мм).

2. Возможность повышения качества отливок: отливка получается с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности; практически не требует обработки резанием; механические свойства отливок получаются достаточно высокими.

3. Возможность многократного использования металлической пресс-формы. При этом сборка формы и извлечение из нее готовой отливки выполняются машиной, а процесс получения отливки является малооперационным. Указанные обстоятельства и высокая скорость затвердевания отливки в пресс-форме делают процесс литья под давлением одним из самых высокопроизводительных литейных процессов и создают предпосылки для полной автоматизации данного производства.

4. Значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда вследствие устранения из литейного цеха формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды.

Наряду с указанными преимуществами литье под давлением имеет и ряд недостатков, в том числе следующие:

1. Габаритные размеры и масса отливок ограниченны мощностью машины (усилием, развиваемым механизмом запирания).

2. Высокая стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость ее изго-товления, ограниченная стойкость, особенно при литье сплавов черных металлов и медных сплавов, что снижает эффективность процесса и ограничивает область его использования. Повышение стойкости пресс-форм является одной из важных проблем, особенно при литье сплавов, имеющих высокую температуру плавления. Удлинение срока службы пресс-форм повышает эффективность производства, позволяет расширить номенклатуру сплавов, из которых могут быть получены отливки под давлением.

3. Трудности изготовления отливок со сложными полостями, поднутрениями, карманами.

4. Наличие в отливках газовоздушной и усадочной пористости, которая снижает механические свойства материала отливок, их герметичность, ограничивает возможности изготовления отливок из сплавов, упрочняемых термической обработкой. Устранение газовоздушной и усадочной пористости отливок является одной из важных проблем, решение которой позволяет расширить область применения этого перспективного технологического процесса, повысить эффективность его использования.

5. Наличие напряжений в отливках при усадке из-за неподатливости пресс-формы также ограничивает номенклатуру сплавов, из которых могут быть изготовлены отливки данным способом.

С учетом преимуществ и недостатков способа литья под давлением определяется рациональная область его использования. Вследствие высокой стоимости пресс-форм, сложности оборудования, высокой производительности литье под давлением экономически целесообразно применять в массовом и крупносерийном производстве точных отливок с минимальными припусками на обработку резанием из алюминиевых, цинковых, магниевых и медных сплавов, а в некоторых случаях специальных сплавов и сталей.

Этот процесс с полным основанием может быть отнесен к малооперационным и практически безотходным технологиям, так как литники и облой подвергают переплавке, а отходы в стружку малы. Наивысшие экономические показатели достигаются при изготовлении отливок под давлением на машинах с горячей камерой прессования.

Литье под давлением

Литье под давлением – это высокопроизводительный автоматизированный технологический процесс создания тонкостенных деталей из цветных металлов, стали и пластмасс. С высокой скоростью жидкий расплав заполняет пресс форму. и далее в результате под давлением получаются отливки заданной формы. Эта статья подробно описывает технологию, оборудование и изделия, которые можно получить при помощи метода.

Описание технологических операций

Процесс литья под давлением осуществляется в стальных пресс-формах. Расплавленный материал подаётся в пресс-форму и кристаллизуется там под воздействием высокого давления.

Пресс-форма это технологическая литейная оснастка, сконструированная из подвижной и неподвижной стальных частей. Подвижная половина передвигается по направляющим цилиндрам, неподвижная закреплена на стационарной плите.

Перед заливкой подвижная часть плотно прижимается к неподвижной гидроцилиндром и фиксируется в этом положении специальными замками. После застывания заготовки, подвижная часть оборудования отъезжает, а отливку выталкивают механические толкатели. Перед смыканием пресс-формы, контактирующие с расплавленным металлом поверхности, покрывают разделительной смазкой. Специальный состав обеспечивает беспрепятственное отделение отливок после литья, защищает сталь от негативного воздействия высоких температур.

Литье под давлением выполняется в автоматизированном режиме в промышленных установках. Главными узлом этого оборудования выступает камера для прессования, она бывает холодной или горячей. Холодная камера – это горизонтальный цилиндр, с поршнем внутри и воронкой, предназначенной для заливания расплава. После заливки металла, поршень движется внутри цилиндра, нагнетая расплав в пресс-форму. После заполнения формы повышается усилие на поршень для создания достаточной величины давления для кристаллизации металла.

Горячая камера для прессования представляет собой ванну с расплавом, которая расположена в подогреваемом чугунном тигле. Поступательное движение поршня выталкивает расплав из тигля. Металл поднимается по каналу и поступает в пресс-форму. В конструкции канала предусмотрен подогреваемый мундштук. Этот элемент нужен, чтобы жидкий металл не затвердевал внутри.

После застывания детали, остатки расплава из канала сливаются обратно в чугунную ванну. Оборудование этого типа применяется для изделий из сплавов цинка и магния.

Температура нагрева расплава

Нагрев материала для литья под давлением осуществляется исходя из марки сплава и геометрических параметров детали. Если расплав перегрет, при заполнении пресс-формы брызги попадают в отверстия для вентиляции и закупоривают их. Это приводит к ухудшению газоотвода и, как следствие, к возникновению пор в отливке.

Высокая температура жидкого металла приводит к увеличению времени затвердевания изделия, как следствие нужно больше времени на весь технологический процесс. Увеличивается износ оборудования из-за длительного соприкосновения с перегретым расплавом. Возрастает опасность приваривания заливаемого металла к оборудованию, из-за этого может повредиться деталь при выталкивании. Всё это приводит к быстрому износу пресс-формы.

При литье под давлением расплав спрессовывают при минимальной температуре. Цветные металлы нагревают всего на 10–300ºС выше температуры, при которой сплав полностью твердеет. При небольших толщинах элементов отливки сплав нужно нагревать сильнее. Для литья больших изделий простой конфигурации сплав нагревают чуть выше температуры плавления.

Для деталей, к которым предъявляются высокие требования по прочности, металл заливают в твердо жидком состоянии. За счет этого обеспечиваются следующие преимущества:

• предотвратить появление усадочных дефектов в отливке;
• снизить тепловое воздействие на оборудование;
• снизить время охлаждения изделия;
• уменьшить опасность приваривания пресс-формы и отливки.

Металл с включениями твёрдой фазы можно прессовать только в установках, с холодной камерой. При использовании оборудования с горячей камерой есть риск застывания расплава в подводящем канале.

Пример литья под давлением деталей из алюминия – процент твёрдых частиц в расплаве, когда пресс-форма беспрепятственно заполняется, а качество отливки остаётся на высоком уровне, составляет от 40 до 60%.

Скорость подачи расплава в пресс-форму

Поршень спрессовывает металл в пресс-форму с определённой скоростью. Значение выбирается в зависимости от характеристик сплава и геометрических параметров отливки. Если изделие простое с толстыми стенками высокая скорость прессования не нужна. Если деталь имеет сложную геометрию и тонкие элементы скорость запрессовки должна быть высокой. Это требуется, чтобы расплав успел заполнить все узкие полости до затвердевания.

Слишком большая скорость подачи расплавленного материала становится причиной следующего явления: струя разделятся на мелкие капли, образуя смесь расплава и воздуха. Если количество каналов для отвода газов недостаточно или они забиты металлом, пузырьки воздуха останутся в отливке. Это приведёт к образованию пор в металле, чтобы исключить такие дефекты пресс-форму помещают в вакуум.

От скорости движения расплава зависит качество отливок и долговечность оборудования. Если скорость литья под давлением слишком высокая, то защитную смазку с соприкасающихся с жидким металлом поверхностей может смыть. Из-за этого отливка приварится к пресс-форме, и при выталкивании ее может повредить или сломать.

Слишком медленная подача, снизит качество детали. Металл будет застывать прямо во время заполнения формы до того, как усилие будет увеличено. Скорость поступления расплава в пресс-форму при литье под давлением обычно выбирается в диапазоне от 10 до 50 м/с. Небольшую скорость используют для литья деталей из стали, медных сплавов, высокая скорость требуется для сплавов олова и цинка.

Давление на расплав при застывании

В момент, когда расплав полностью заполняет пресс-форму, усилие на поршень многократно увеличивается. Воздействие давлением не прекращается до тех пор, пока металл полностью не затвердеет. В результате возрастает плотность и механические характеристики отливки, в ней не образуются усадочные дефекты. При повышении усилия сжатия уменьшается количество бракованных изделий, растёт чистота поверхности металла, повышается качество отливок.

Чем выше требования к прочности детали, тем больше должно быть усилие прессования. Алюминиевые сплавы прессуют давлением от 40 до 200 МПа. Для сплавов на основе магния используют от 40 до 180 МПа. Цинковые сплавы повергают давлению от 10 до 50 МПа. Для обеспечения высокого качества при увеличении толщины стенки нужно повышать давление при кристаллизации.

Температура подогрева пресс-формы

Перед подачей жидкого сплава литейное оборудование нужно нагреть до определённой температуры, которая подбирается для каждого сплава в зависимости от толщины стенок изделия. Температура предварительного подогрева пресс-формы:

• для литья цинка до 120–1600 ºС;
• магния 200–2400 ºС;
• алюминия 180–2500 ºС;
• стали 200–2800 ºС;
• латуни 280–3200 ºС.

Если отливка тонкостенная – пресс-форму нагревают до температуры ближе к большим значениям указанных выше интервалов. Для толстостенных деталей – ближе к нижнему значению. Это нужно чтобы в тонкостенных отливках расплав не затвердел в процессе заполнения формы. В технологии заливки больших деталей напротив необходимо увеличить скорость застывания.

Преимущества и недостатки литья под давлением

Отливки, выполненные на установках для литья под давлением – это детали, с низкой шероховатостью, высокой точностью исполнения, которым не нужна механическая обработка или она минимальна. После литься детали поступают на отрезные прессы, где с них удаляются литники и промывники.

Состоящий из небольшого количества операций процесс может быть полностью автоматизирован. Из-за простоты операций, быстрого затвердевания металла и автоматического извлечения изделий этот процесс является высокопроизводительным.

Недостаток технологии – это сложность и высокая стоимость технологической оснастки. Экономически не рационально использовать литье под давлением в средне серийном и мелкосерийном производстве. Способ не подходит для литья тугоплавких металлов, которые плавятся при температуре выше, чем сталь.

Эту технологию не применяют для изготовления больших отливок, так как преимущества метода пропадают из-за неравномерного затвердевания, а из-за высокой цены габаритного высокоточного оборудования использование этого способа экономически нецелесообразно.

Применение

Литье под давлением изготавливают тонкостенные детали со сложной геометрией. Этой технологией делают изделия из меди, алюминия, цинка, магниевых сплавов, сталей и пластика. Эта технология позволяет выполнять геометрически сложные отливки с толщиной элементов до 1 мм.

Литье под давлением применяют в следующих отраслях промышленности:

• приборостроение;
• автомобилестроение;
• самолётостроение;
• станкостроение;
• изготовление элементов смесителей.
• производство бытовой техники;

Литье под давлением широко используют для производства изделий из полиэтилена, полипропилена и других синтетических материалов. Из-за большой стоимости применяемой оснастки эта технология экономически обоснована только в массовом или крупносерийном производстве.

Сегодня ни одно машиностроительное предприятие, массово изготавливающее детали бытовой техники, приборы, двигатели внутреннего сгорания и другие высокотехнологичные механизмы, не может обойтись без установок для литья под давлением.

Литье металлов под давлением

Основы литья металлов под давлением

Литьё металлов под давлением — способ изготовления отливок из сплавов, при котором сплав приобретает форму отливки, быстро заполняя пресс-форму под высоким давлением от 7 до 700 МПа. Этот способ применяется для сплавов цветных металлов (на основе цинка, алюминия, меди, магния, сплав олово-свинец) из-за их низкой температуры плавления, а также для некоторых сталей. Изделия могут быть массой от десятков граммов до десятков килограммов. Литье металлов под давлением занимает одно из самых высоких мест по объемам массового производства в металлообработке.

Литьём под давлением изготавливают:

детали автомобильных двигателей (в том числе алюминиевые блоки, детали карбюраторов);

детали сантехнического оборудования;

детали бытовых приборов (пылесосы, стиральные машины, телефоны); ранее — детали печатных машинок;

детали компьютеров, мобильных телефонов и прочего аналогичного оборудования.

Литье под давлением алюминия: используется в легких и высокопрочных узлах. Картер коробки передач и т.д.

Литье под давлением магния: используется в легких и высокопрочных узлах, например: корпуса электро-борудования.

Литье под давлением цинка: используется при производстве игрушек и в деталях малых размеров, а так же в узлах с хорошим качеством поверхности, особенно где есть хромирование.

Литье под давлением латуни: используется в сантехнических изделиях, например, водопроводных кранах, смесителях.

Процесс изготовления изделий

Литейные формы (пресс-формы) обычно изготавливаются из стали. Оформляющая полость формы выбирается подобной наружной поверхности отливки, однако учитываются искажения размеров. Пресс-форма содержит также выталкиватели и подвижные металлические стержни, образующие внутренние полости изделий. Литейные машины разделяют на два вида — с горячей и холодной камерой прессования. По типу расположения вертикальные и горизонтальные. На рис. 1 дана принципиальная схема работы машин с холодной камерой прессования, расположенной у одних машин горизонтально (a), a y других — вертикально (б). При работе машины жидкий металл мерной ложкой или с помощью автоматического дозатора заливают в камеру прессования 6 и гидравлическим плунжером (прессующим поршнем 7) запрессовывают в пресс-форму. Пресс-формы изготовляют из двух половин (подвижной 3 и неподвижной 5) с вертикальной или горизонтальной плоскостью разъема. Это обеспечивает быстрое извлечение отливок с помощью толкателей 2, которые крепятся с тыльной стороны подвижной пресс-формы.

Рис.1 – Схемы литья под давлением на машинах с камерами прессования:

а — холодной горизонтальной;

б — холодной вертикальной;

1 — плита крепления подвижной части формы;

3 — подвижная матрица формы;

4 — полость формы (отливка);

5 — неподвижная матрица формы;

6 — камера прессования;

7 — прессующий поршень;

9 — тигель нагревательной передачи;

10 — обогреваемый мундштук.

Литейные машины с горячей камерой прессования

Сплавы на основе цинка, как правило, льются в машинах с горячей камерой прессования. Камера погружена в расплав. Под относительно слабым давлением сжатого воздуха или поршня расплав из камеры вытесняется в пресс-форму.

Скоростная операция. Время цикла менее 1 секунды для маленьких деталей, до 30 секунд для более крупных деталей.

Рабочее давление в диапазоне от 100-300 атм.

Обычные пресса или небольшие высокоскоростные установки.

Рис.2 – Схема литья под давлением на машинах с горячей камерой прессования:

Литейные машины с холодной камерой прессования

Такие машины используются для литья под давлением алюминиевых, магниевых, медных сплавов. Литьё в пресс-формы происходит под давлением от 35 до 700 МПа.

Инжекторный плунжер и цилиндр не опускаются в расплавленный.

Расплавленный металл разливается ковшом механически или вручную.

Более длительное время цикла. Может достигать 1 мин.

Рабочее давление 200-700 psi Al и Mg (13-47 атм.).

Рабочее давление 400-1000 psi Cu (27-68 атм.).

Рис.3 – Схема литья под давлением на машинах с холодной камерой прессования:

Основные преимущества литья под давлением

К основным преимуществам технологии литья под давлением можно отнести:

• высокую производительность;
• высокое качество поверхности (5-8 классы чистоты для алюминиевых сплавов);
• точные размеры литого изделия (3-7 классы точности);
• минимальная потребность в механической обработке изделия.

Процессы литья под давлением

Существуют следующие этапы литья под давлением:

Первый этап: раскрытие пресс-формы и смазка.
Это необходимо для того, чтобы готовая отливка легко отходила от полостей пресс-формы и металл в поршне не застывал до того, как он будет запрессован. Также образуется пленка, которая помогает стабилизировать температуру и защищает поверхность пресс-формы, что увеличивает срок службы оснастки.

Второй этап: смыкание пресс-формы.

Третий этап: заливка металла в поршень.
После смазки пресс-формы и поршня рабочий зачерпывает из печи необходимое количество металла и заливает его в горловину поршня.

Четвертый этап: запрессовка металла.
Поршень под воздействием пневматики, в которую как правило закачан азот, совершает поступательное движение и закачивает металл в камеру прессования.

Пятый этап: снятие готового изделия.

Смазочные материалы для литья под давлением

Перед началом, а также и во время работы рабочую поверхность пресс-формы покрывают смазкой линейка Petrofer Formol. Смазки для холодного пуска наносятся на холодные штампы в начале операции, то есть в тот момент, когда смешивающиеся с водой жидкие смазочные материалы еще не образуют достаточную пленку из-за низких температур матрицы. Смазка частично предохраняет форму от термического удара и, следовательно, увеличивает сроки службы формы, она способствует более легкому извлечению отливки из формы, предохраняя форму от приваривания. Смазка помогает получить также более качественную поверхность отливки. Смазки для холодного пуска используют в качестве разделительного состава при производстве отливок из свинцовых сплавов. Данные продукты практически не эмульгируются, и требуется их удаление методом скиммирования.

При литье под давлением в 90-Х годах применяли в основном жирные смазки на основе минеральных масел, которые при сгорании не дают минеральных осадков. При литье алюминиевых сплавов применяли смесь масла с графитом или смесь графита с воском и вазелином и др.

Современные водосмешиваемые и чистые масла отвечают следующим требованиям:

нанесение смазочного материала методом микро-напыления под давлением. Очень тонкий слой смазки должен обеспечивать весь предъявляемый функционал и способствовать экономичности расхода.

высокие проникающие свойства и устойчивость к температуре, отсутствие воспламенения и образования дыма. Применение продукта для различных сложностей геометрических форм.

состав смазки должен обеспечивать высокий эффект отделения металла из формы, оставлять после отделения минимальное накопление осадков.

легкое удаление отложений и очистка оборудования. Остатки на литых компонентах должны быть совместимы с процессами окраски и гальванике изделий.

высокие концентрации смешения с водой 1:50-1:200.

устойчивость к поражению микроорганизмами и стабильность эмульсии, минимальное влияние на здоровье человека и окружающую среду.

долгий срок службы смазки на форме, отсутствие стекания образования сгустков и содержания твердых веществ в составе.

равномерное охлаждение формы, коррозионная защита узлов и оснастки, улучшенное прохождение метала.

Смазку наносят тонким, ровным слоем через 1—2 заливки. Для получения качественного изделия необходимо соблюдать определенные значения удельного давления прессования.

Продукция PETROFER для литья металла под давлением

Компания PETROFER предлагает своим клиентам продукты, отвечающие всем потребностям современной промышленности.

Линейка продуктов DIE-LUBRIC – смазочные материалы для литья металлов под давлением в портфеле продуктов Petrofer. Водосмешиваемые и чистые масла подходят для смазки форм при литье под давлением изделий из алюминия, цинка, магния, меди и металлов различных сплавов. Продукты разделяются для применения в машинах как горячего литья, так и холодного литья; оптимизированы для универсального и специального применения. Имеют экономичный расход, хорошую защиту от коррозии. Состав продуктов максимально безопасен для здоровья человека и окружающей среды.

При этом стоит отметить, что могут быть улучшены следующие факторы:

1. Литьё металлов #Литье металлов_иннов_технология

2. Общая информация #Литье металлов_иннов_описание

2.1 Описание назначения #Литье металлов_иннов_назначение

Литьём под давлением изготавливают:

• детали автомобильных двигателей (в том числе алюминиевые блоки, детали карбюраторов);
• детали сантехнического оборудования;
• детали бытовых приборов (пылесосы, стиральные машины, телефоны);
• детали приборов
• детали кораблей
• детали самолетов
• детали для аэрокосмической промышленности
• детали автомобилей
• корпуса электродвигателей
• детали для энергетической промышленной
• деталей для централизованного отопления квартир и домов

Также литьё под давлением используется при производстве компьютеров, смартфонов и прочей электроники.

Практически любую деталь из алюминия можно отлить на машинах литья под давлением. Поскольку при литье под давлением можно получить детали с высокими допусками по пористости и плотности изделия.

2.2 Используемые материалы #Литье металлов_иннов_материалы

Способ литья под давлением применяется для сплавов цветных металлов (на основе цинка, алюминия, меди, магния, сплав олово-свинец) из-за их низкой температуры плавления, а также для некоторых сталей.
Важнейшее свойство металла, который предполагается использовать для литья, – его текучесть. Сплав в расплавленном виде должен максимально легко перетекать из одного тигля в другой, заполняя при этом его мельчайшие выемки. Чем выше текучесть, тем тоньше стенки можно сделать у готового изделия. С металлом, который растекается плохо, намного сложнее. В обычных условиях он успевает схватиться значительно раньше, чем заполнит все промежутки формы. Именно с этой сложностью промышленники сталкиваются, когда выполняют литье сплавов металлов.
Наиболее востребованными в промышленности являются металлы, имеющие низкую температуру плавления, так как их производство менее затратное. Чем ниже температура плавления материала, тем легче производится его отливка.

2.3 Описание технологического процесса #Литье металлов_иннов_процессы

Современное литейное производство кроме традиционной технологии заливки жидкого металла в песчаные формы применяют и другие высокотехнологичные, производительные способы литья:

• вакуумный;
• центробежный;
• под давлением;
• центробежный;
• оболочковый;
• многократный;
• ртутный;
• по выплавляемым моделям;
• электрошлаковый.

Чаще всего сегодня в промышленных масштабах используются следующие технологии производства:

• в металлические формы (коколь);
• статическое литье;
• отливка под давлением;
• в оболочковые формы;
• в выплавляемые модели.

Отливка под давлением

• Первый этап, это раскрытие пресс-формы и смазка. Это необходимо для того, чтобы готовая отливка легко отходила от полостей пресс-формы и металл в поршне не застывал до того, как он будет запрессован. Также образуется пленка, которая помогает стабилизировать температуру и защищает поверхность пресс-формы, что увеличивает срок службы оснастки.
• Второй этап, это смыкание пресс-формы. Усилие смыкания пресс-формы эта та характеристика, которая по современной классификации дает название всей машине, то есть например если у машины литья под давлением название C300D, то ее усилие смыкания 3000 кило-Ньютонов или 300 тонн и она является аналогом машины литья под давлением 711А08 по Советской классификации. Другими словами такая машина способна сдержать металл, который создает усилие, стремящееся раскрыть пресс-форму в триста тонн.
• Третий этап, это заливка металла в поршень. После смазки пресс-формы и поршня рабочий зачерпывает из печи необходимое количество металла и заливает его в горловину поршня.
• Четвертый этап, это запрессовка металла. Поршень под воздействием пневматики, в которую как правило закачан азот, совершает поступательное движение и закачивает метал в камеру прессования.
• Пятый этап, это снятие готового изделия.

2.4 Серийность (#Литье металлов_иннов_серийность)

Данный метод изготовления заготовок отличается высокой производительностью. Но иногда чтобы переналадить линию для выпуска новой заготовки требуется вложить значительные средства, так как оборудование и оснастка очень дорогие (литье металлов под давлением).

3. Требования по обеспечению производства(#Литье металлов_иннов_обеспечение)

3.1 Используемое оборудование (#Литье металлов_иннов_оборудование)

Для литья металлов пускают в ход разные емкости, которые разделяют на песочные, применяемые только один раз во время оливки, а также многократные. Многоразовые отливочные емкости делают из разных материалов:

• чугуна;
• жаропрочной стали;
• огнеупорной керамики;
• графита.
  

Широко распространены чугунные кокили и изложницы. При изготовлении продукции из алюминия, меди и других цветных сплавов выполняют металлические формы из чугуна, меди и латуни.

Такое решение было принято давно, оно позволяет легко проводить подготовку материалов к основному процессу. Сам процесс длится недолго, модели выходят высокого качества. При выполнении этой технологии привлечение большого количества рабочих не требуется.

Металлические отливочные емкости бывают открытыми и закрытыми. Открытые – это изложницы, а закрытые – кокили. В закрытых емкостях имеется полость, повторяющая размеры выплавляемой детали. Заливка жидкого металла в них проводится через специальное отверстие.

Оболочковые отливочные емкости используются при заливке сплавов цветных и драгоценных металлов, а также изделий из стали. Для отливки сплавов цветных металлов их делают из порошкообразного диоксида кремния или гипса.

При изготовлении продукции из золота, платины и серебра пресс-форму делают из легкоплавкого материала, который заполняется ртутью, парафином или пластмассой, что позволяет создавать продукт сложной конфигурации небольшой толщины.

Для стали годится только отливка под давлением, так как материал этот хорошей текучестью не обладает.

Литье металлов под давлением

Пресс-формы

Литейные машины с горячей камерой прессования

Литейные машины с холодной камерой прессования

Кокильные машины для литья металлов

3.2. Требования к заготовке (#Литье металлов_иннов_заготовка)

– Текучесть
Сплав в расплавленном виде должен максимально легко перетекать из одного тигля в другой, заполняя при этом его мельчайшие выемки. Чем выше текучесть, тем тоньше стенки можно сделать у готового изделия. С металлом, который растекается плохо, намного сложнее. В обычных условиях он успевает схватиться значительно раньше, чем заполнит все промежутки формы.

3.3. Требования к температуре (#Литье металлов_иннов_температура)

Металл для отливки нагревают немного выше температуры плавления. Некоторые виды металлов можно расплавить и залить в формы в домашних условиях, например аллюминий.

3.4. Требования к давлению (#Литье металлов_иннов_давление)

3.5 Ограничения по форме и конструкции (#Литье металлов_иннов_ограничения)

Отливка ограничена:
– по сложности конфигурации, так как при отделении отливки от литейной формы могут происходить повреждения.
– по толщине, так как расплав равномернее затвердевает, если изделие тонкое.

3.6 Иные (#Литье металлов_иннов_иныетребования)

– Осадка при охлаждении.
Чаще всего применяют сплавы на основе алюминия, цинка, меди и олова-свинца (литье цветных металлов). Температура плавления у них сравнительно невелика, а потому достигается очень высокая технологичность всего процесса. Кроме того, у этого сырья сравнительно маленькая осадка при охлаждении. Это означает, что можно производить детали с очень незначительными допусками, что при выпуске современной техники чрезвычайно важно.

3.7 Постобработка(#Литье металлов_иннов_обработка)

4. Характеристики готовых деталей

4.1 Механические свойства (#Литье металлов_иннов_механика)

4.2. Оптические свойства (#Литье металлов_иннов_оптика)

Глянцевая/матовая – оптические свойства готовой детали зависят от металла и способе литья.

4.3. Тепло/электро проводность (#Литье металлов_иннов_проводимость)

Электропроводность зависит от используемого металла, теплопроводность высокая.

4.4. Тактильные (#Литье металлов_иннов_тактильность)

Высокое качество поверхности (5—8 классы чистоты для алюминиевых сплавов)

4.5. Внешние признаки применяемой технологии (#Т_иннов_признаки)

Часто особенно на дешевых изделиях видно линию разъема формы, также могут быть видны следы толкателей. Также на детали можно увидеть место, где был литник.

4.6. Иные (#Литье металлов_иннов_иныехарактеристики)

Изделия могут быть массой от десятков граммов до десятков килограммов.

Литье под давлением

Литье под давлением — один из наиболее производительных способов получения отливок высокой точности и чистоты поверхности. К числу его преимуществ относится возможность изготовления сложных и тонкостенных деталей, малая материалоемкость, улучшение условий труда. Чистота поверхности при литье под давлением достигает — Rа 12,5-3,2мкм, точность размеров до 11 квалитета. Особенность метода — высокие скорости вступления металла в форму теплоотвода, что, как правило, предопределяет получение мелкозернистой структуры.

Есть и недостатки — ограниченность габарита и веса деталей, трудность получения отливок с внутренними полостями, сложность оборудования, установка и эксплуатация которого рентабельна только при крупносерийном и массовом производстве.

Суть литья под давлением в том, что расплавленный металл заполняет форму и кристаллизуется под избыточным давлением, после чего форму раскрывают и отливку удаляют. По способу создания давления можно выделить разновидности метода: литье под поршневым и газовым давлением, вакуумное всасывание, литье выжиманием, жидкая штамповка, кристалли­зация под сверхвысоким давлением, кристаллизация в электромагнитных полях. Наиболее рас­пространено формообразование под поршневым давлением при использовании литейных ма­шин. Однако пока оно применимо главным образом для получения тонкостенных деталей из цветных сплавов. Увеличение толщины стенки отливки до 6 мм и выше обычно приводит к газовой порис­тости.

По сравнению с другими методами питье под давлением экономит 30—50% металла (по весу) и часто в десятки раз снижает общую трудоемкость изготовления детали. Основные направления его развития — использование новых, особенно бесконтактных способов создания избыточного давления, усовершенствование соответствующих машин, увеличение веса и габа­ритов литья, повышение точности отливок, их армирование, автоматизация операций и др.

Литье под давлением по технологическим и экономическим показателям занимает ведущее место среди способов получения отливок, так как при наибольшем приближении фор­мы и размеров отливки к готовой детали, высокой точности и чистоте поверхности этот способ обеспечивает и наиболее высокий уровень производительности труда, возможность полной автоматизации технологического процесса.

Литьем под давлением изготавливают сложные тонкостенные отливки из легкоплав­ких цветных сплавов на основе алюминия, магния, цинка, меди. Масса полученных отливок находится в пределах от нескольких граммов до десятков килограммов, характер производства, как правило, массовый или крупносерийный. Наибольшей эффективности достигают при по­лучении отливок массой до 30 кг, размеры до 1,5 м из цветных металлов и сплавов. Отливки почти не требуют дальнейшей механической обработки, с готовой внутренней или внешней резьбой, с разнообразной арматурой, с полостями и каналами сложной конфигурации. Применение черных металлов — стали и чугуна — для литья под давлением ограничено, так как при этом наблюдается очень низкая стойкость литейных форм.

Конфигурация отливки должна обеспечивать беспрепятственное выталкивание из формы. Наиболее рациональной является форма с одной плоскостью разъема. Поверхности отливки, образуемые стержнями или перпендикулярные к плоскости разъема, должны иметь конусность или литейный уклон.

При переводе деталей на литье под давлением необходимо учитывать особенности формирования отливок при данном способе литья. Сочетание двух особенностей процесса — металлической формы и давления, на жидкий металл в период его заливки в форму — позволя­ет получать плотные отливки с высокими механическими свойствами, с высокой точностью размеров и малой шероховатостью поверхности.

Прочность отливок при литье под давлением на 15-20 % превышает прочность отли­вок из того же сплава изготовленных литьем в песчано-глинистые формы.

Литьем под давлением получают отливки различного назначения: детали приборов, корпуса, шестерни и т.п.

Основные преимущества литья под давлением по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы следующие:

многократное использование литейных форм;

полное исключение формовочных и стержневых смесей;

высокая точность размеров ичистота поверхностей, практически не требующих механической обработки, возможность получения отливок с малой толщиной стенок (менее 1 мм) большой протяженности;

полное исключение трудоемких операций формовки, сборки и выбивки форм;

возможность комплексной автоматизацции производственного процесса.

К недостаткам способа литья под давлением относятся следующие:

высокая стоимость пресс- форм, сложность и длительность их изготовления;

невысокая стойкость npeсс-форм, особенно при литье сплавов с высокой температу­рой плавления (сталь, чугун, медные сплавы).

В связи с этим при назначении литья под давлением как способа получения заготовок необходимо учитывать технологнческие свойства материала детали. Сплавы для литья под дав­лением должны обладать следующими свойствами:

узким интервалом кристаллизации, необходимым для получения отливок с равно­мерной плотностью;

достаточными прочностью и пластичностью при высоких температурах во избежание разрушения отливки при ее извлечении из формы;

малой степенью привариваемости кматериалу формы;

стабильностью химического свойства при длительной выдержке в раздаточных печах.

Наружные контуры отливок при литье под давлением весьма разноооразны и слож­ны, однако дня уменьшения коробления детали следует избегать чрезмерного увеличения одно­го размера в сравнении с двумя другими.

Стенки отливки следует предусматривать возможно одинаковой толщины в целях
устранения термических узлов, в которых образуются воздушная, усадочная пористость или раковины. Оптимальная толщина стенки — 4—5 мм; у отливок с толщиной стенок более 6—8мм появляются усадочная рыхлость, газовые раковины и пористость из-за попадания газов и воздуха в металл при заливке. Тонкостенные же отливки имеют по всему сечению мелкозернистую структуру и более высокую прочность. Стенки в деталях следует предусматривать минимальной толщины, а в случаях недостатка жесткости или прочности – укреплять стенки ребрами жесткости. Толщина ребер жесткости должка составлять 0,8 — 0,9 толщины стенки.

Литье под низким давлением. Основной недостаток литья под поршневым давлением —низкая стойкость материала пресс-формы и пуансона. От этого недостатка свободен метод литья под низким давлением, или, как часто его называют, метод литья под регулируемым давлением.

Метод литья под низким давлением используют при производстве массового чугунного литья, например, железнодорожных колес. Метод имеет ряд достоинств:

– автоматизируется весьма трудоемкая и материалоемкая операция заливки (или разливки в случае производства слитков);

– скорость потока металла в полости формы можно регулировать измене­нием давления и тем самым отливать крупные детали с тонкими стенками;

– можно создавать избыточное давление, что способствует улучшению качества поверхности и устранению газовой пористости;

– высокая скорость кристаллизации исключает ликвацию;

– при литье под низким давлением уменьшается расход металла на литниковую систему;

-в отдельных случаях, меняя состав атмосферы, создающей давление, можно воздействовать и на свойства отливки.

Фактически литье под регулируемым давлением имеет лишь один серьезный недостаток — низкую стойкость металлопровода. Впервые метод был применен в массовом про­изводстве чугунных железнодорожных колес.

При данном способе литья отсутствует контакт атмосферы с распла­вом, что исключает вторичное окисление; большая скорость заливки; можно с высокой производительностью изготовлять полые детали, трубную заготовку и другие изделия высотой до 8—10 м, весом до 30 т, гарантируя точность рельефа иразмеров; быстрая кристаллизация отливок исключает развитие физической и химической неоднородности; поверхность деталей не требует, как правило, дальнейшей механической обработки.

Наибольшие по объему производства установки литья под регулируемым давлением используются в черной металлургии.

При изготовлении отливок из сложнолегированных сталей, содержащих хром, титан, алюминий и другие легкоокисляющиеся элементы, практически не меняется состав металла при заполнении формы.

2.10.8.Литье выжиманием.

Литье вакуумным всасыванием.

Метод можно рассматривать как одну из разновидностей литья под давлением и используется для изготовления панельных деталей значительных размеров до 2—2,5 м, с толщиной стенки 2,5—5 мм.

Сущность способа литья выжиманием: жидкий сплав (алюми­ниевый) заливается в нижнюю часть металлической формы (матрицу) и, при опускании верхней части формы (пуансона), выжимается, заполняя пространство между нижней и верхней частями формы.

Несмотря на сложность установок для выжимания расплава метод экономичен, так как позволяет снизить металлоемкость, а в некоторых случаях и трудоемкость изготовления сложных особенно клепаных узлов конструкций в 20— 30 раз.

Серьезный недостаток метода — образование горячих трещин при усадке. Дня борьбы с горячими трещинами применяют различные приемы, в частности, предельно снижают температуру заливки.

Отливки, полученные выжиманием, высокоплотны, с мелкозернистой структурой, с хорошими механическими свойствами.

Литье вакуумным всасыванием также можно рас­сматривать как разновидность литья под давлением. Этим методом можно получать отливки значительных габаритов, но простой формы, например втулки, трубные заготовки и т. п.

Наиболее специфическая черта отливок, полученных вакуумным всасыванием, — крупнозернистостъ структуры.

Литье способом вакуумного всасывания, или литье под разрежением, стало приме­няться сравнительно недавно. Сущность процесса заключается в следующем. Жидкий сплав засасывается в охлаждаемую водой форму — кристаллизатор, а незатвердевший остаток сливается.

Вакуумным всасыванием можно изготовлять втулки или трубы. По истечении определеного времени, необходимого для затвердевания расплава на стенке кри­сталлизатора до определенной толщины, снимают разряжение и выливают не успевший затвердеть сплав в ванну. Затем поднимают кристаллизатор с затвердевшей в виде втулки ча­стью сплава. Качество внешней поверхности такой отливки хорошее (точность ±1 мм), внутрен­няя же поверхность отливки имеет развитую волнистость, и ее удаление возможно только меха­нической обработкой.

К преимуществам вакуумного всасывания относятся: спокойное заполнение сплавом полости кристаллизатора; исключается расход сплава на литниковые системы; из сплава частич­но удаляются растворенные в нем газы.

Центробежное литье

Центробежное литье – это способ изготовления отливок, при котором заливаемый в форму металл подвергается действию центробежных сил, возникающих в жидком металле при заливке во вращающуюся форму или, в отдельных случаях, в результате вращения уже запол­ненной металлом формы. Центробежное литье является типичным видом литья, при котором используются формы как разовые, так и постоянные. Это дает возможность комбинировать центробежное литье с другими видами литья, например с литьем по выплавляемым моделям.

Центробежное литье получило большое распространение как для изготовления отли­вок имеющих форму тел вращения, так и для фасонных отливок сложной конфигурации. Этот способ успешно применяется для отливки деталей из чугуна, стали и разных сплавов цветных металлов.

Механические свойства отливок из стали, отлитых центробежным способом, не усту­пают прочности поковок из той же стали.

Наибольший технико-экономический эффект дает применение центробежного литья при крупносерийном и массовом производствах отливок типа тел вращения. К числу таких изделий относятся трубы (различного назначения) из чугуна, стали, цветных металлов, жаро­стойких, коррозионно-стойких и твердых сплавов, втулки, цилиндрические гильэы, тракторные и автомобильные детали, кольца подшипников скольжения, железнодорожные и трамвайные бандажи ж т.п. Большое распространение получил способ центробежного литья биметалличе­ских изделий. Наибольших масштабов достигло применение центробежного литья в производ­стве чугунных труб.

Центробежное литье фасонных деталей следует применять только в тех случаях, ко­гда обычным литьем в неподвижные формы эти изделия либо невозможно получить, либо получают с низкими технико-экономическими показателями. Особенно эффективно при нзготовлении отливок: тонкостенных деталей с извилистыми очертаниями, с тонким и острым рельефом, малыми радиусами закруглений.

Качество поверхности отливок и точность их изготовления определяют видом применяемой формы постоянной металлической или разовой. Материал металлических форм – чугун и сталь. Разовые формы бывают песчано-глинистые (сырые или сухие), керамические или собранные из стержней.

К основным преимуществам этого способа литья можно отнести:

-высокую плотность отливок вследствие малого количеств внутрикристаллических пустот усадочного или газового происхождения; в ряде случаев центробежные отливки по своим свойствам оказываются на уровне поковок, а по экономии металла и снижению трудозатрат превос­ходят их;

-меньший расход металла, из-за отсутствия литниковой системы или снижения массы литников;

-исключение затрат на изготовление стержней для получения полостей в цилиндрических отливках;

-улучшение заполняемости формы металлом; получение отливок из сплавов, обладающих низкой жидкотекучестью

-возможность получение многослойных изделий.

Центробежному способу литья свойственны и недостатки:

-трудность получения качественных отливок из ликвирующих сплавов;

-загрязнение свободной поверхности отливок ликвидами и неметаллическими включениями, а у толстостенных отливок эта поверхность может иметь пористость, что вынуждает увеличивать припуск на механическую обработку свободных поверхностей на 2 5 %;

-для получения отливок требуются специальные машины;

-литейные формы дорогостоящие, они должны иметь высокие прочность и герметич­ность ввиду повышенного давления металла.

|	следующая лекция ==>
Электрошлаковое литье в охлаждаемый кокиль.	|	Штамповка жидкого металла.

Дата добавления: 2017-03-29 ; просмотров: 2471 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ