Литье под высоким и низким давлением. Литье с противодавлением

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Тихоокеанский государственный университет»

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра «ЛП и ТМ»

РЕФЕРАТ

«Литье под высоким и низким давлением. Литье с противодавлением»

                                       Выполнил : студент гр. ЛП-81 Салмин С.А.

                                       Принял преподаватель:

                                       Щекин А.В.

Хабаровск 2012 г.

Литье под давлением.

Процесс литья под давлением имеет более чем вековую историю. Главными его пре-имуществами является возможность получения заготовок с минимальными припусками на механическую обработку или без неё и минимальной шероховатостью необработанных по-верхностей, обеспечение высокой производительности и низкой трудоёмкости изготовления деталей.

К литью под регулируемым давлением относят способы литья, сущность которых заключается в том, что заполнение полости формы расплавим и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или газа.

Литье под регулируемым давлением создает широкие возможности для управления заполнением формы расплавим. Если внутрь герметичной камеры а подавать сжатый воздух или  газ под давлением Ризб>Ратм, то за счет разницы давлений расплав поднимется по металлопроводу 1 и заполнит форму 2 до уровня, соответствующего H=(pизб-pатм)/r.

Такой способ заполнения называют литьем под низким давлением. Термин "низкое давление" используется потому, что для подъема расплава и заполнения формы требуемое избыточное давление менее 0.1 МПа.

Если в герметичной камере б установок создавать вакуум, а в камере а давление поддерживать равное атмосферному, то заполнение формы произойдет за счет разницы давлений Ратм-Р. Такой способ заполнения называют литьем вакуумным всасыванием.

Используя схему установки аналогичную данной можно осуществить заполнение формы иначе. Положим, что в камерах а и б вначале создано одинаковое, но больше атмосферного давление воздуха или газа Рк>Ратм. Затем подача воздуха в камеру б прекращается, а в камеру а продолжается; давление в камере а повышается до Рк+DР. Тогда металл будет подниматься по металлопроводу вследствие разницы давлений Ра-Рб, т.е. аналогично тому, как и при литье под низким давлением. Того же результата можно достичь, если понижать давление в камере б, оставляя постоянным давление в камере а. Такие процессы называют литьем под низким давлением с противодавлением.

Установки для литья под регулируемым давлением  - сложные динамические системы, позволяющие в широких пределах регулировать скорость заполнения формы расплавим. Использование таких установок позволяет заполнить формы тонкостенных 9600 оливок, изменить продолжительность заполнения отдельных участков формы отливок сложной конфигурации с переменной толщиной стенки с целью управления процессом теплообмена расплава и формы, добиваясь рациональной последовательности затвердевания отдельных частей отливки.

Приложение давления на затвердевающий расплав позволяет улучшить условия питания, усадки отливки, повысить ее качество - механические свойства и герметичность. В рассматриваемых процессах после заполнения формы давление действует на расплав, который из тигля через металлопровод поступает в затвердевающую отливку и питает ее. Благодаря этому усадочная пористость в таких отливках уменьшается, плотность и механические свойства возрастают.

Литье под регулируемым давлением осуществляется на установках так, что процесс заполнения формы расплавим - самая трудоемкая и неприятная с точки зрения охраны труда и техники безопасности операция - выполняется автоматически. Конструкции установок и машин для этих литейных процессов обеспечивают также автоматизацию операций сборки и раскрытия форм, выталкивания отливки и ее удаления из формы. Таким образом, процессы литья под регулируемым давлением позволяют повысить качество отливок и обеспечить автоматизацию их производства.

В практике наибольшее применение нашли следующие процессы литья под регулируемым давлением: литье под низким давлением, литье под низким давлением с противодавлением, литье вакуумным всасыванием, литье вакуумным всасыванием с кристаллизацией под давлением (вакуумно - компрессионное литье).

Литье под низким давлением.

Применяют для получения крупных тонкостенных корпусных заготовок из легкоплавких сплавов. Расплавленный металл 1 (рис. 2) из плавильного тигля 2, который нагревается электронагревателями 3, под давлением инертного газа или воздуха 0,1—0,8 кгс/см2 (0,01—0,08 МН/м2) выжимается по металлопроводу 4 в рабочую полость формы 5, где он кристаллизуется в пространстве между формой 6 и стержнем 7. Стержень может быть из обычной стержневой песчаной смеси. Давление инертного газа должно быть невысоким по той причине, что площадь зеркала расплавленного металла в тигле 2 во много раз больше площади металлопровода 4. Незначительное перемещение металла в тигле вызывает высокий подъем жидкого металла внутри металлопровода и в литейной форме. После кристаллизации отливки, давление инертного газа снимается, литейная форма, раскрывается и из неё извлекают отливку.

Основные характеристики процесса.                                                                                                                   

При литье под давлением основными факторами, определяющими формирование отливки, являются давление в камере прессования и пресс-форме, скорости движения поршня и впуска жидкого металла в форму, параметры литниково-вентиляционной системы, температуры заливаемого металла и формы, режимы смазывания и охлаждения рабочей полости формы и камеры прессования. Совокупность таких параметров, как давление в потоке металла, скорость движения металла, противодавление, возникающее вследствие затрудненного удаления воздуха и газообразных продуктов сгорания смазочного материала, образует гидродинамический режим формирования отливки. Температуры заливаемого сплава и формы, продолжительность заполнения и под прессовки, а также темп работы определяют тепловой режим процесса. От правильного выбора технологических режимов заполнения и под прессовки, определяющих конструкцию пресс-формы, тип и мощность машины для литья под давлением, зависит качество отливок.

Выполняют машинным способом в металлические формы, называемые пресс-формами.

Заполнение металлом пресс формы осуществляют после её смыкания через литниковые каналы, которые соединяют рабочую полость пресс-формы с камерой прессования машины для литья под давлением. Наружные очертания отливки образуются рабочей поверхностью сомкнутой пресс-формы, а внутренние отверстия и полости получают при помощи металлических стержней, которые извлекают из затвердевшей отливки в момент раскрытия пресс-формы. Стержни имеют механически привод в виде реек, шестерен, зубатых секторов, клиньев, эксцентриков, кинематически связанных с механизмом раскрытия пресс формы.

Металл заливают в камеру прессования и запрессовывают внутрь рабочей полости пресс-формы. После кристаллизации отливки происходит раскрытие пресс-формы для из-влечения отливки, при этом отдельная часть остается неподвижной, а остальные части отводятся гидроприводом. Отливка удерживается в подвижной части и перемещается с ней до соприкосновения с выталкивателями, которые выталкивают отливку из подвижной части пресс-формы. Отливка может быть извлечена из раскрытой пресс формы при помощи манипулятора или робота. Для предотвращения сваривания рабочей поверхности пресс-формы с отливкой и облегчения извлечения отливки полость пресс-формы покрывают составами в виде паст или распыляющих жидкостей, содержащих порошки металлов, графит, сульфид молибдена.

Преимущественно используют сплавы на основе меди, алюминия, цинка, свинца, сурьмы, которые оказывают незначительное тепловое воздействие на пресс-формы. Разгар и деформация пресс-форм приводят к потере точности и чистоты поверхности отливок. Для сохранения постоянства размеров пресс-формы делают водоохлаждение. В последнее время все шире начинают использоваться тугоплавкие сплавы, например, стали, требующие очень дорогих пресс-форм с жаропрочными вставками из сплавов на основе молибдена. Внутренние полости в отрезках поучают при помощи латунных стержней. После кристаллизации стальной отливки латунный стержень остаётся внутри неё, при высокотемпературном отжиге он выплавляется из отливки, оставляя после себя полость. Опивки, полученные литьём под давлением, отличаются чистотой поверхности и точностью, соответствующей 4 классу. Допуски на размеры находятся в пределах от ±0,075 до ±0,18 мм. Литьё под давлением экономически целесообразно для крупносерийного и массового производства точных отливок из легкоплавких сплавов.

Трудоёмкость изготовления отливок литьём под давлением в литейных цехах снижается в 10-12 раз, трудоёмкость механической обработки снижается в 5-8 раз. Данный способ литья нашёл широкое применение в автомобильной, авиационной, электротехнической, приборостроительной, санитарно-технической отраслях промышленности. Часто отливки, изготовленные литьём под давлением, армируют для упрочнения. Конструктивные элементы из других более прочных или износостойких сплавов предварительно получают механической обработкой или холодной листовой штамповкой и вкладывают в пресс-форму перед заполнением её металлом.

При литье под давлением цинковых сплавов пресс-формы выдерживают без разрушения и потери точности 1 млн. заполнении металлом, магниевых сплавов - 250 тыс. заполнений, алюминиевых сплавов - 100 тыс., медных ставов - 5000 заполнений.                                                                                                                                                          

Механизм прессования.

Прессующий агрегат представляет собой механизм с газовым мультипликатором давления, благодаря которому на высоких скоростях прессования практически отсутствует гидроудар в цилиндре прессования, а время набора мультиплицированного давления минимально. В сочетании с возможностью обеспечить высокую скорость прессования (до 9 м/с), механизм позволяет реализовать любой режим прессования для тонкостенных и толстостенных отливок.

Участок завершения второй фазы

Участок пути прессующего плунжера в конце заполнения формы (второй фазы), на котором возможно уменьшение скорости прессования (режим торможения или “управляемый впрыск”). Это дополнительная фаза прессования позволяет исключить так называемые «прострелы» при недостаточном усилии запирания формы, за счет очень точного и эффективного торможения прессующего поршня в конце прессования. Этот режим также положительно сказывается на долговечности пресс-формы

Гидродинамический режим формирования отливки.   

Создает кинетику заполнения, газовый режим формы, характер распределения газовых включений в отливке и качество рельефа её поверхности. Давление в потоке металла возникает в результате сопротивления движению металла при прохождении его через тонкие сечения полости пресс-формы и обтекании стержней, при поворотах, сужениях и расширениях потока. В случае отсутствия сопротивления величина гидродинамического давления в потоке определяется противодавлением воздуха и газов, удаление которых затруднено из-за невозможности выполнения вентиляционных каналов большого сечения. Чёткость оформления рельефа и шероховатость поверхности отливки зависят от кинетической энергии потока.

В момент окончания его движения создается гидродинамическое давление на стенки пресс-формы:

Рф = pм Vф

где pм — плотность жидкого металла;

Vф — скорость потока в пресс-форме.

Высокая скорость впускаемого потока (скорость впуска) соответствует получению тонкостенных крупногабаритных отливок сложных очертаний. Высокие скорости впуска и потока в пресс-форме создаются в результате быстрого перемещения прессующего поршня. Для преодоления сопротивления затвердевающей массы металла в тонких сечениях оформляющей полости, а также сопротивления газов, остающихся в отливке, необходимо высокое гидростатическое давление. Оно передается от прессующего поршня через литниковый питающий канал. Чем позже затвердеет питатель, тем продолжительнее действие давления. Процесс передачи гидростатического давления в полость пресс-формы называется подпрессовкой.

Использование утолщенных питателей позволяет осуществить подпрессовку и питание отливки жидким металлом в период кристаллизации и тем самым устранить усадочные раковины. Максимальное усилие подпрессовки должно развиваться прессующим механизмом машины не в момент начала затвердевания отливки, а почти сразу после окончания заполнения пресс-формы. Характер движения металла в оформляющей полости зависит от скорости выпуска, соотношения толщины питателя и отливки, вязкости и поверхностного натяжения заливаемого сплава, тепловых условий его взаимодействия со стенками пресс-формы. На основе скоростных киносъёмок процесса движения металла в прозрачной пресс-форме установлено, что при литье с малыми скоростями выпуска возможно заполнение даже ламинарным потоком, со средними скоростями – сплошное турбулентное заполнение.

При высоких скоростях выпуска поток разбивается, заполнение становится дисперсным. Однако заполнение полости форм ламинарным, турбулентным или дисперсным потоком возможно лишь при получении образцов или отливки простой формы. Большая часть отливок, используемых в машиностроении и приборостроении, имеет сложную конфигурацию с утолщениями, бобышками, приливами и переходами, поэтому даже дисперсное заполнение в чистом виде наблюдается редко.