Материаловедение

В зависимости от сочетания конструктивных и пневматических параметров установки движение расплава в металлопроводе и литейной форме при заполнении может происходить как при возрастающей скорости потока, так и при колебательном ее изменении. Колебательный характер изменения скорости отрицательно влияет на качество отливок, поэтому конструкция установки и режим работы ее пневмосистемы, а также конструкция вентиляционной системы формы должны способствовать гашению колебаний скорости.

Основными конструктивными  параметрами установки являются: объем рабочего пространства камеры, площадь поперечного сечения  отверстия металлопровода, площадь зеркала расплава в тигле.

Увеличение объема рабочего пространства камеры установки  увеличивает скорость потока, способствует гашению колебаний, но полностью  их не исключает.

 Уменьшение площади сечения отверстия металлопровода в установках с объемом рабочего пространства менее 0.07 м3 приводит к резкому гашению колебаний и увеличению скорости течения расплава, в установках с объемом рабочего пространства более 0.4 м3 увеличение площади сечения отверстия металлопровода не влияет на характер движения потока и скорость расплава на входе в форму.

Увеличение площади  зеркала расплава в тигле при  условии постоянства массы расплава в нем способствует спокойному заполнению. Поэтому установки с тиглем ванного  типа, в которых зеркало расплава достаточно велико, более предпочтительны, так как обеспечивают устойчивый режим работы.

 Увеличение гидравлического  сопротивления на входе расплава  в металлопровод приводит к снижению ускорения расплава в начале заполнения и гасит возникающие колебания.

Важное значение для обеспечения постоянства  заданной скорости от заливке к заливке, т.е. по мере понижения уровня расплава в тигле, имеет система управления подачей воздуха в камеру установки. Системы регулирования по величине давления целесообразно использовать только в установках ванного типа. При этом точность регулирования должна быть в пределах 0.01-0.05МПа; это обеспечивает поддержание скорости заливки с погрешностью 10-15%. Для установок ванного типа используют дроссельные системы регулирования.

Конструкция полости  формы и конструкция ее вентиляционной системы также оказывают влияние  на характер движения расплава в полости  формы. При заполнении форм сложных  отливок с ребрами, бобышками  создаются условия для захвата  воздуха потоком расплава. Гидравлическое сопротивление полости формы  оказывает существенное влияние  на характер движения потока. Конструкция  вентиляционной системывлияет на характер движения потокарасплава в полости формы и металлопроводе. Уменьшение площади вентиляционных каналов приводит к возрастанию противодавления воздуха в полости формы, способствует гашению колебаний и снижает скорость потока расплава.

Тепловые условия  формирования отливки создают возможность  направленного затвердевания отливки  и питания ее усадки. Части формы, расположенные на верхней плите  рабочей камеры установки нагреваются  до температуры большей, чем верхняя  часть формы. Кроме того, через нижние сечения полости формы, расположенные ближе к металлопроводу, проходит большее количество расплава, чем через сечения, расположенные в верхней части, что существенно увеличивает разницу температур в нижней и верхней частях отливки. Поэтому массивные части отливки, требующие питания, располагают внизу формы, соединяют их массивными литниками с металлопроводом; вверху же формы располагают части отливки, не требующие питания.

Статическое давление на расплав по окончании заполнения формы улучшает контакт затвердевающей корочки и поверхности формы, вследствие чего увеличивается скорость затвердевания отливки. Вместе с  тем давление воздуха на расплав  в тигле способствует постоянной подпитке усаживающейся отливки, в  результате чего уменьшается усадочная  пористость, возрастает плотность и  повышаются механические свойства отливки.

 Избыточное давление  в потоке расплава при заполнении  формы больше, чем при гравитационной  заливке, и гидравлический удар, который может возникнуть при  окончании заполнения формы, приводит  к прониканию расплава в поры  песчаного стержня, появлению  механического пригара на отливках.

 При литье под  низким давлением стремятся заполнить форму расплавим с возможно меньшим перегревом, достаточным для хорошего заполнения формы. С уменьшением толщины стенки отливки и увеличением ее размеров температуру заливки принимают большей. Литниковые системы конструируют с учетом литейных свойств сплава и конструкции отливки. Для отливок простой конфигурации литниковая система может состоять из одного литника, непосредственно примыкающего к массивной части, для более сложных тонкостенных отливок - из литника, литниковых ходов, коллектора и питателей.

Литье с противодавлением

Развитие литья  под низким давлением является литье  с противодавлением. Установка для  литья с противодавлением состоит  из двух камер. В камере, устройство которой подобно герметической  камере установки литья под низким давлением, располагается тигель с расплавим. В камере находится форма, обычно металлическая. Камеры разделны герметичной крышкой, через нее проходит металлопровод, соединяющий тигель и форму. Эти камеры прочно соединены друг с другом зажимами.

Давление воздуха, под которым происходит заполнение формы расплавим, будет будет соответственно равно разнице давлений в нижней Ра и верхней Рб камерах установки: DР=Ра-Рб. Скорость подъема расплава в металлопроводе и полости формы так же, как и при литье под низким давлением, будет зависеть от всей совокупности рассмотренных выше конструктивных и пневматических характеристик системы, определяющих скорость нарастания разницы давлений DР, во время работы установки.

 Литье с противодавлением  позволяет уменьшить выделение  газов из расплава, улучшить питание  отливок и вследствие этого  повысить их герметичность, а  также механические свойства. Этот способ литья дает наибольший эффект при изготовлении отливок с массивными стенками равномерной толщины из алюминиевых и магниевых сплавов, кристаллизующихся в широком интервале температур. Использование второй стадии процесса - кристаллизации под всесторонним избыточным давлением для тонкостенных отливок не всегда приводит к заметному улучшению свойств. Это объясняется тем, что продолжительность кристаллизации тонкостенных отливок мала и отливка затвердевает прежде, чем давление в верхней камере установки достигнет необходимой величины. 

Литье вакуумным  всасыванием

 Сущность процесса  литья вакуумным всасыванием  состоит в том, что расплав  под действием разряжения, создаваемого  в полости формы, заполняет  ее и затвердевает, образуя отливку.  Изменением разности между атмосферным  давлением и давлением в полости  формы можно регулировать скорость  заполнения формы расплавим, управляя  этим процессом. Вакуумирование полости форм при заливке позволяет заполнить формы тонкостенных отливок с толщиной стенки 1-1.5 мм, исключить попадание воздуха в расплав, повысить точность, и механические свойства отливок.

 В производстве  используют установки двух основных  разновидностей.

Установки первого  типа имеют две камеры: нижнюю и  верхнюю. Нижняя камера представляет собой  раздаточную печь с электрическим  или газовым обогревом, в которой  располагается тигель с расплавим. Верхняя камера расположена на крышке нижней камеры, в крышке установлен металлопровод. Форму устанавливают и закрепляют в камере так, чтобы литник соединялся прижимами с крышкой. Полость верхней камеры через вакуум-привод соединена с ресивером, в котором насосом создается разряжение, регулируемое системой управления. В начальный момент клапан управления открывается, в верхней камере создается разряжение, и расплав вследствие разницы давлений в камерах по металлопроводу поднимается и заполняет полость формы. После затвердевания отливки клапан системы управления соединяет полость верхней камеры с атмосферой, давление в обеих камерах становится одинаковым, а остатки незатвердевшего расплава сливаются из металлопровода в тигель. Верхняя камера снимается, форма с отливкой извлекается и цикл может повторятся.

Установки такого типа используют обычно для улучшения  заполнения форм тонкостенных сложных  фасонных отливок из алюминиевых  и магниевых сплавов с толщиной стенки 2-2.5мм, а иногда и до 1-1.5мм.

Установки второго  типа используют для отливки втулок, слитков и заготовок простой  конфигурации в водоохлаждаемых системах кристаллизаторы. Носок металлического водоохлаждаемого кристаллизатора погружается в рассплав, находящийся в тигле раздаточной печи. Рабочая полость кристаллизатора, оразующая отливку, соединяется вакуумом-проводом с вакуумным ресивером. Разряжение в системе создается вакуумом-насосом и регулируется натекателем. Поворотом распределительного крана рабочая полость кристаллизатора соединяется в вакуумным ресивером. В полости кристаллизатора создается разрежение, и расплав всасывается внутрь кристаллизатора, поднимаясь на высоту, пропорциональную разрежению hрт и обратно пропорционально ее плотности. После затвердевания отливки носок кристаллизатора извлекают из ванны расплава, поворотом крана, рабочую полость соединяют с атмосферой и отливка выпадает из кристаллизатора в приемный короб.

Особенности формирования отливки. Форма может заполнятся расплавим с тебуемой скоростью, плавно, без разбрызгивания, сплошным фронтом; расплав, заполнивший форму, затвердевает в условиях вакуума; газы, содержащиеся в расплаве, могут из него выделяться, благодаря чему создаются условия для получения отливок без газовых раковин и пористости. Для получения плотных отливок без усадочных дефектов необходимо согласовывать интенсивности затвердевания и питания отливки.

Обычно при литье  вакуумным всасыванием слитков, втулок, расплав засасывают в тонкостенный металлический водоохлаждаемый катализатор, благодаря чему отливка отливка затвердевает с высокой скоростью.

Таким способом можно  получать тонкостенные отливки типа втулок без стержней. В этом случае после всасывания расплава в кристаллизатор и намораживания на внутренних стенках кристализатора корочки твердого металла заданной толщины вакуум отключается и незатвердевший расплав сливается обратно в тигель. Таким образом получают плотные заготовки втулок без газовых и усадочных раковин и пористости. Способ позволяет получать отливки из легких цветных и медных сплавов, чугуна и стали. Наиболее часто этот способ исползуетсядля литья заготовок втулок, вкладышей, подшипников скольжения из дорогостоящих медных сталей. При этом наиболее ярко проявляются основные преимущества данного способа: спокойное заполнение формы расплавим с регулируемой скоростью, сокращение расхода металла в следствии устранения литников и прибылей, автоматизация процесса заполнения формы. 

18.  Литье по выплавляемым моделям, сущность

- это процесс,  в котором для получения отливок  применяются разовые точные неразъемные  керамические оболочковые формы,  получаемые по разовым моделям  с использованием жидких формовочных  смесей.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение  сложных по форме отливок массой от нескольких грамм до десятков килограмм, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 2—5-му классам точности (ГОСТ 26645-85), и с  высокой точностью размеров по сравнению  с другими способами литья.

 По выплавляемым  моделям отливают лопатки турбин, режущий инструмент (фрезы, сверла), кронштейны, карабины, мелкие детали  автомобилей, тракторов.

Габариты: максимальный диаметр, высота, длина, ширина – 300 мм; толщина стенок – от 3 мм.

 Масса: от 2 г  до 20 кг (при художественном литье  масса не ограничена)

Марки выплавляемых металлов:

стали 25Л, 45Л, 35НГМЛ, 40ХНГМЛ, 7Х3, 30Х13, 95Х18, 20ХМЛ, 25ГСЛ;

стали со специальными свойствами 75Х28Л, 75Х24ТЛ, 45Х26Н2СЛ, 12Х18Н9ТЛ,40Х24Н12СЛ, 20Х14Н15С4Л, 20Х25Н19С2Л, 35Х25Н35С2Л, быстрорез Р6М5ЦЛ;

 чугуны серые,  высококачественные всех марок,  АЧС – 2, ИЧХ17НМФЛ, ЧХ25МФТЛ;

 бронзы БрАЖ9 – 4, БрА10Ж3Мц2, БрОЦС –4 –4 –17; алюминий АК7ч, АК8л

 Применение точного  литья целесообразно для изготовления  деталей:

 из стали  и сплавов, трудно поддающихся  или не поддающихся механической  обработке (режущий инструмент, нуждающийся  только в заточке его режущей  кромки на наждачном круге);

 сложной конфигурации, требующей длительной и сложной  механической обработки, большого  количества приспособлений и  специальных режущих инструментов, с неизбежной потерей ценного  металла в виде стружки при обработки (турбины лопатки, части механизма швейных машин, охотничьих ружей, счетных машин);

 художественной  отливки из черных и цветных  сплавов. 

19.  Литье в оболочковые формы, сущность

Литье в оболочковые  формы появилось как попытка автоматизировать изготовление разрушаемых форм. На нагретую модель, выполненную из металла, насыпается смесь песка с частицами неполимеризованного термореактивного материала. Выдержав эту смесь на поверхности нагретой заготовки определенное время, получают слой смеси, в котором частицы пластмассы расплавились и полимеризовались, образовав твердую корку (оболочку) на поверхности модели. При переворачивании резервуара излишняя смесь ссыпается, а корка, с помощью специальных выталкивателей, снимается с модели. Далее, полученные таким образом оболочки , соединяют между собой склеиванием силикатным клеем, устанавливают в опоках и засыпают песком, для обеспечения прочности при заливке металла. Также получают керамические стержни для формирования внутренних полостей отливок.