Рациональные температуры заливки различных сплавов

Сплавы	Цинковые	Алюминиевые	Магниевые	Медные	Чугун	Сталь
Температура заливки, °С	420–480	660–770	680–780	1000–1180	1280–1400	1420–1560

Рис. 9. 12. Зависимости ориентировочной стойкости кокилей

от температуры заливки сплавов

 

Достоинствами кокильного литья являются:

· возможность многократного использования форм;

· удобства автоматизации процесса труда;

· хорошие механические свойства отливок, обусловленные их мелкозернистой структурой, формирующейся в условиях интенсивного теплообмена между отливкой и кокилем;

· высокая геометрическая точность размеров и малая шероховатость поверхности отливок;

· снижение припусков на механическую обработку; сокращение расхода формовочной смеси.

Недостатками литья в кокиль являются: трудоемкость изготовления кокилей, их высокая стоимость, отсутствие податливости, особенно при получении сложных фасонных отливок из легированных сталей и тугоплавких металлов.

Кокильное литье применяется в массовом и серийном производстве для изготовления отливок из чугуна, стали, цветных сплавов с толщиной стенок от 3 до100 мм, массой от нескольких граммов до нескольких сотен килограммов.

Литье под давлением – способ получения отливок из сплавов цветных металлов и сталей, при этом заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением.

Этот способ максимально приближает размеры и форму отливки к размерам и форме готовой детали, что позволяет уменьшить или совсем исключить их последующую механическую обработку.

Литье под давлением осуществляется в металлических формах. Этому способу так же, как литью в кокиль, соответствует короткое время остывания и кристаллизации отливок. 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.

 

Рис. 9. 13. Схема процесса изготовления отливок на машинах с горизонтальной

холодной камерой прессования: 1 – первая половина пресс-формы; 2 – стержень;

3 – вторая половина пресс-формы; 4 – цилиндр; 5 – поршень; 6 – толкатель; 7 – деталь

 

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

Сущность литья под давлением с холодной камерой прессования состоит в том, что на расплавленный металл (расплав), залитый в камеру прессования, сообщающуюся с оформляющей полостью формы (рис. 9.13, а), давит поршень. В результате этого расплав быстро заполняет форму (рис. 9.13, 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. После застывания отливки форма разъединяется (рис. 9.13, в), и отливка извлекается.

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), 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.

На машинах с горячей камерой прессования (рис. 9.14) камера прессования расположена в обогреваемом тигле с расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера 4 расплавленный металл 2 через отверстие   заполняет камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстия перекрываются, сплав под давлением 10–30 МПа заполняет полость пресс-формы 3. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного металла из канала сливаются в камеру прессования, а отливка из пресс-формы удаляется выталкивателями 5.

 

Рис. 9. 14. Схема процесса изготовления отливок на машинах с горячей камерой

прессования: 1 – тигель; 2 – жидкий металл в камере прессования; 3 – пресс-форма;
4 – плунжер; 5 – выталкиватель; 6 – готовая деталь

 

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

Особенности способа литья под давлением определяются 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 течение малого времени. Повышенное давление прижимает металл к рабочей поверхности пресс-формы и способствует четкому оформлению конфигурации отливки. Отливка тонкостенная с гладкой поверхностью 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 транспортировка ее к обрезному прессу для удаления литников.

Для уменьшения возможности образования газовой и усадочной пористости в отливках применяют вакуумирование полости пресс-формы и сплава, а также толстые питатели (вместо тонких щелевых).

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.

Литье центробежное – способ получения отливок, как правило, в металлических формах (изложницах), при котором расплавленный металл, под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам формы и затвердевает, образуя отливку.

Центробежным способом получают отливки из чугуна, стали и из цветных сплавов (алюминия, цинка, меди, титана и др.) на литейных центробежных машинах. В зависимости от расположения оси вращения центробежные машины подразделяются: на машины с горизонтальной (рис. 9.15, а), вертикальной
(рис. 9.15, б) и наклонной осью вращения.

а)

б)

Рис. 9. 15. Схемы центробежного литья

 

Внутренняя поверхность отливки при центробежном литье формируется без непосредственного контакта с литейной формой и без стержней.

Расплав заполняет полость литейной формы и затвердевает под воздействием центробежной силы F _Ц, значительно превышающей силу тяжести F _Т.

Литейные формы (изложницы) предварительно нагревают или охлаждают до 300 °С, затем на рабочую поверхность наносят огнеупорное покрытие в виде красок, облицовок из сыпучих материалов. Это повышает стойкость изложниц, снижает скорость охлаждения отливки, предупреждает образование спаев и трещин.

При оптимальной частоте вращения происходит хорошее заполнение форм жидким металлом, и неметаллические включения, шлаки и газовая пористость оттесняются к внутренней поверхности отливок. При превышении оптимальной частоты вращения возрастает ликвация в отливке, а также образуются трещины из-за роста давления. При невысоких частотах вращения отливка плохо очищается от шлаков и газов, поверхности отливки приобретают шероховатость.

Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок со свободной поверхностью – чугунных и стальных труб, колец, втулок, цилиндрических или конических барабанов (обечаек) и др.

Центробежное литье применяют для получения пустотелых отливок типа тел вращения (втулки, роторы). Фасонные отливки получают в центробежных машинах с вертикальной осью вращения в песчаных, металлических, керамических и других формах.

Преимуществами данного способа литья являются:

· высокий выход годного литья (90–95 %);

· высокая плотность и мелкозернистость металла;

· возможность получения тонкостенных отливок из сплавов с низкой жидкотекучестью;

· возможность получения двухслойных отливок;

· большая производительность данного способа и возможность его автоматизации.

Недостатки способа:

· химическая неоднородность в толстостенных отливках;

· возможность деформации формы под давлением жидкого металла;

· разностенность по высоте отливок, полученных в центробежных машинах с вертикальной осью вращения;

· высокие внутренние напряжения в поверхностном слое, способствующие образованию трещин.