Литье металлов

бронзы, алюминия и других металлов. Литейная форма (рис. 5.5) 

представляет собой неразъемную  тонкостенную прочную оболочку 5, 

которую изготовляют из мелкозернистых формовочных материалов по 

разовым выплавляемым (или растворяемым) моделям. Перед заливкой

металла оболочку прокаливают при 800—900 °С для удаления газо-

творных составляющих. Разовые модели отливки изготовляют в 

металлических пресс-формах путем  заливки специальных легкоплавких или

легко растворимых модельных составов. Некоторые составы, 

применяемые в светотехническом производстве, приведены в табл. 5.6.

Модели, полученные в пресс-формах, соединяют в литниковую 

систему 4, которую называют блоком моделей. Затем на поверхность блока

моделей наносят слой огнеупорной  смеси, представляющей собой жид-

кую суспензию, состояющую из пылевидного  огнеупорного материала и 

связующего - коллоидного раствора диоксида кремния D0 % Si02)

в кремниевой кислоте. Для получения  оболочки необходимой толщины

на блок наносят последовательно 4—6 слоев и более. Из оболочки 

модели отливок и литниковой системы удаляют выплавлением или 

растворением в горячей воде. Для удаления из оболочки влаги и  веществ, 

которые могут быть источниками газов, оболочку прокаливают при 900-

1000 °С. До прокаливания оболочки  ее установливают в опоке из 

жаростойкой стали 1 и засыпают сухим  песком 2 или заливают жидкой

самотвердеющей смесью. После прокаливания форма готова к заливке 

металлом.

После охлаждения отливок оболочка легко отстает от их поверхности,

но прочно удерживается в отверстиях. Остатки оболочки удаляют 

химическим способом — выщелачиванием. После выщелачивания отливки 

промывают в воде при 50-80 °С, затем  пассивируют в водном растворе

воды с 0,3 % натриевой селитры  и сушат.

Особенностью литья по выплавляемым моделям является то, что 

форма после прокаливания не содержит газотворных составляющих, что 

исключает вероятность образования  газовых раковин в отливках. 

Заливка же в горячие формы дает возможность изготовлять сложнейшие 

тонкостенные отливки с толщиной стенки 1—3 мм. К недостатку способа 

следует отнести его высокую  стоимость, в связи с чем он применяется 

ограниченно.

Литье в постоянные формы. В светотехническом производстве 

преимущественное распространение  получили два способа литья в 

постоянные формы — литье  в кокиль и литье под давлением.

Литье в кокиль. Применяется для  получения отливок различных 

корпусных деталей СП. Литьем в  кокиль назьюается процесс заливки 

расплавленного металла в металлическую  форму, выдерживающую 

многократную заливку, которая  заполняется под собственным  весом метал-

Рис. 5.6. Форма для литья в  кокиль

ла. Различают полукокильное литье, когда 

используются металлическая форма  и 

песчаные стержни (для литья черных 

металлов) и чисто кокильное  литье, когда 

форму и стержни изготовляют  из чугуна или 

углеродистой стали (для литья 

алюминиевых сплавов).

Форма кокиля (рис. 5.6) определяет конфигурацию детали. 

Половинки корпуса 2 и 4 соединяются между собой. Металлический стержень

3 для облегчения его извлечения  из отливки делают составным  из 

нескольких частей, средняя часть  которого называется клином. К концу 

затвердевания отливки прежде всего  удаляют клин, затем боковые 

стержни 7, после чего раскрывают кокиль и извлекают отливку.

Особенностью литья в кокиль является интенсивный теплообмен

между отливкой и кокилем, который  значительно выше, чем при литье 

в разовые формы, поэтому отливки  получаются с более плотной 

мелкозернистой структурой, что существенно повышает механические 

свойства некоторых литьевых алюминиевых  сплавов [45].

Литье в металлические формы  производят на кокильных машинах,

которые представляют собой устройства для смыкания и размыкания

формы, а также извлечения из нее отливок. В светотехническом 

производстве используются универсальные  литейно-кокильные машины

(табл. 5.7) [3].

Литье под давлением в светотехническом производстве 

применяется очень широко. Сущность этого способа заключается в  том, что 

расплав металла подается в стальную разъемную форму под давлением  на

специальном технологическом, оборудовании — литьевых машинах.

Рабочиее давление на расплав создается  непосредственно сжатым 

воздухом или поршнем. Давление может достигать нескольких сот 

атмосфер, что обеспечивает хорошую  заполняемость формы с высокой 

скоростью течения металла и  получение отливок высокой точности с 

большой производительностью.

По сравнению с рассмотренными выше способами литье под 

давлением имеет следующие преимущества:

высокая точность размеров и высокая  чистота поверхности отливки;

возможность получения тонкостенных отливок сложной 

конфигурации;

отсутствие формовочных смесей, что обеспечивает хорошие санитар-

но-производственные условия;

быстрая кристаллизация металла в форме, что позволяет получать

отливки с мелкозернистой структурой высокой прочности;

возможность полной механизации и  автоматизации процесса литья;

высокая производительность;

возможность использования отходов  собственного производства.

К недостаткам литья под давлением  следует отнести:

относительно высокую стоимость  оборудования и оснастки;

сложность получения деталей с  внутренними полостями в связи  с 

отсутствием стержней в формах;

ограничение размеров и массы отливок, обусловленное мощностью

литьевой машины;

возможность появления в отливках мелких воздушных раковин,

так называемой пористости;

ограничение максимальной температуры (до 1000° С) расплава 

используемого металла.

Литьем под давлением можно  получать детали с толщиной стенки

до 1 мм, что невозможно при литье  другими способами. Качество 

поверхности отливок определяется качеством поверхности формы  и 

сроком ее службы. Требования к  литьевым формам при этом способе 

получения отливок предъявляются  весьма жесткие, что и определяет их

высокую стоимость.

Разъемные стальные закаленные формы  для получения отливок на

литьевых машинах называют пресс-формами. Детали пресс-форм обычно

изготовляют из легированных сталей марок ЗХ2В8, ЗХВ8Ф и др. 

Рабочие поверхности подвергают воронению и закаливают. Затем детали

пресс-формы подвергают низкотемпературному  цианированию, что 

позволяет достичь их твердости 62-65 HRC.

Каждая литейная форма конструируется для использования на 

определенной литьевой машине.

Расплав металла поршнем машины при давлении до 100 МН/м2 со

скоростью до 60 м/с через щелевой  питатель запрессовывают в подогре-

тую и смазанную пресс-форму, где  он затвердевает. При раскрытии 

пресс-формы отливка выталкивается, охлаждается, затем ее качество

контролируется.

Получили распространение три  схемы литья под давлением  и 

соответственно три типа литьевых машин: с холодной горизонтальной, с 

холодной вертикальной и горячей  вертикальной камерой прессования 

(рис. 5.7).

Пресс-форма машины с холодной горизонтальной камерой 

прессования (рис. 5.7,л) состоит из неподвижной 4 и подвижной 3 полуформ,

прикрепленных соответственно к неподвижной  плите машины 5 и 

подвижной плите 2. Стержни для оформления вогнутых полостей отливки 

6 находятся, как правило, в  подвижной полуформе. Для извлечения 

отливки из формы предусмотрены  выталкиватели 1.

Запорный механизм машины надежно  прижимает подвижную 

полуформу к неподвижной, после  чего в цилиндрическую камеру 

прессования мерной ложкой 7 заливают определенную дозу расплава. Плунжер

8 перекрывает заливочное отверстие  и создает давление на металл  в 

камере, благодаря чему происходит заполнение формы. После 

затвердевания сплава отводят подвижную  часть пресс-формы вместе с отливкой,

которая затем выталкивается. Перед  очередным циклом пресс-форма 

обдувается сжатым воздухом и смазывается.

Пресоформа машины с холодной вертикальной каь пессова-

ния (рис. 5.1,6) устроена аналогично. Отличие  заключается Нш^чт

двух вертикально расположенных плунжеров 7 и 9. После залт

верной ложкой 8 дозы расплава в  камеру прессования плунжер 

передвигаясь вниз, давит на сплав, несколько перемещая вниз 

плунжер-пяту 9. В результате открывается  заливочное отверстие, 

соединяющее камеру прессования с  полостью пресс-формы, и металл под 

давлением поступает в полость  пресс-формы, после заполнения которой 

плунжер 7 поднимается, а специальный  механизм поднимает пяту 9.

Следует отметить, что машины с  холодной горизонтальной камерой 

прессования на 10—20 % производительнее, чем с вертикальной, в связи

с чем первые получили большее распространение.

Пресоформа машины с горячей  вертикальной камерой прессования 

(рис. 5.7,в) несколько сложнее  описанных выше, поскольку имеет 

связь с печью, встраиваемой в машину. Металл в печи 11 

поддерживается в жидком состоянии  при заданной температуре нагревателями 10.

Камера прессования выполнена  как одно целое с чугунным тиглем 9.

Когда плунжер 8 поднят, металл через  отверстия 7 заполняет камеру

прессования. При движении плунжера 8 вниз он перекрывает отверстия

7 и сообщает давление сплаву, устремляющемуся в полость  

пресс-формы. Машины с горячей вертикальной камерой прессования в 

светотехническом производстве применяются  ограниченно.

Пресс-формы для охлаждения оборудуются каналами, через которые

пропускают воду. Тепловой режим  при литье зависит от конструктивных

особенностей отливаемой детали, типа литниковой системы и марки 

сплава. Перед началом работы форму  нагревают до 150°С. Для 

получения отливок высокого качества температура расплава должна быть на

15—20 °С выше температуры начала  кристаллизации. При литье  

алюминиевых сплавов оптимальная  температура пресс-формы составляет

220—240 °С, максимальная температура  пресс-формы не должна 

превышать 400 °С [3]. Кроме водяного охлаждения для поддержания

заданного температурного режима осуществляют интенсивную обдувку 

поверхностей разъема пресс-формы  сжатым воздухом после каждой заливки.

Качество отливок во многом зависит  от правильного выбора 

литниковой системы, через которую расплав поступает в полость формы, 

состоящей из питателя, подводящего  канала и стояка. Литниковая система 

должна обеспечивать наилучшее  заполнение полости пресс-формы  с 

максимальной скоростью без  недоливов, получение отливок с  минимальной

пористостью и высокой чистотой поверхности, полное удаление воздуха 

и газов из полости формы в  процессе заливки. Кроме того, она  должна

легко удаляться из формы и не затруднять ее обрубку. Расход расплава

на литниковую систему должен быть минимальным.

Для улучшения качества отливок  и уменьшения прилипания расплава

к стенкам формы рабочую полость  формы и детали камеры прессования 

смазывают. Периодичность смазки определяется конфигурацией отлив-

ки — с увеличением ее сложности  частота смазки увеличивается. 

Смазывающие составы, применяемые  для форм, должны удовлетворять 

следующим требованиям: быть стойкими при высоких температуре и 

давлении; не вызьшать коррозии отливок  и частей пресс-формы; быть 

удобными в применении и нетоксичными; образовывать устойчивую пленку

на поверхности полости формы  и камеры прессования. Рекомендуемые 

смазывающие составы, применяемые  при литье под давлением, 

приведены в [44].

В качестве примера назовем смазывающий  состав, %, используемый

при литье алюминиевых сплавов: парафин — 30, воск — 30, вазелин — 14,

графит — 26. Кроме того, в светотехническом производстве широко ис-

пользуется [3] состав, состоящий из 40% машинного масла; 20 % 

графита и 40 % стеарина. При отливке  простых деталей также используют

отработанное машинное масло.

При проектировании технологических  процессов литья под давлением 

необходимо комплексно учитывать  взаимную связь между всеми 

технологическими параметрами, особо  выделяя при этом выбор температуры 

расплава и формы, давления и скорости прессования. Рекомендуемые

технологические параметры процесса литья под давлением, по данным

[44], приведены в табл. 5.8.

Для обеспечения высокого качества отливок следует иметь в виду,

что при проектировании деталей  необходимо назначать литейные 

радиусы не менее 0,5 мм и литейные уклоны не менее 0° 30' для наружных

и не менее 0° 45' для внутренних плоскостей.

Основные технические данные некоторых  литьевых машин, 

применяемых в светотехническом производстве, приведены в табл. 5.9.

5.4. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специфическим процессом формообразования корпусных деталей СП

является штамповка жидкого  металла, сочетающая в себе элементы

литья под давлением и горячей  объемной штамповки и позволяющая  в