В чем заключается сущность изготовления отливок литьем под давлением

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:

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:

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:

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.

Источник

Изготовление отливок литьем под давлением

1, Сущность метода и область применения. Сущность состоит в том,
ЧТО жидким металлом принудительно заполняют металлическую пресс-
форму иод давлением, которое поддерживают до полной кристаллизации
отлиики. Давление обеспечивает быстрое и хорошее заполнение формы,
высокую точность и малую шероховатость поверхности отливки. Прину-
дительное питание отливки жидким металлом исключает возможность
‘Орт ювания усадочных раковин, пористости и не требует установки при-
«I.км.-и Ускоренная кристаллизация металла в металлической пресс-
форме под давлением обусловливает образование мелкозернистой струк-
гуры. Благодаря внешнему давлению растворенные в металле газы оста-
ЮТСЯ В твердом растворе, что снижает газовую пористость металла.
Отливки*, полученные этим методом, как правило, не имеют припусков на

Лхайическую обработку и после удаления из формы являются готовыми деталями. Литьем под давлением можно получать отливки с толщиной стенки до 0,5 мм, сложной конфигурации и с отверстиями диаметром до I мм.

высокая стоимость пресс-форм, имеющих сложную конфигурацию и гребующйх высокой точности изготовления, обусловливает целесообраз­ность применения литья под давлением только в крупносерийном и мас-СОВОМ производствах тонкостенных отливок достаточно сложной конфи­гурации из сплавов цветных металлов массой до 50 кг.

которых камера находится непосредственно в расплаве, применяют для получения отливок из сплавов с низкой температурой, плавления на ос­нове цинка, олова и свинца. Машины с холодной камерой сжатия, в кото­рых камера вынесена за пределы расплава, используют для получения отливок из более тугоплавких цветных сплавов на основе меди, алюминия и магния.

На машинах с вертикальной холодной камерой сжатия (рис. 111.22, а) расплав 4 заливают в камеру сжатия 5 (положение I). Верхний поршень /, опускаясь, давит на расплав и на нижний поршень 10, который при дви­жении вниз открывает литниковый канал 3. Металл заполняет полость 2 пресс-формы, состоящей из двух половин 6 и 7 (положение II). Объем жидкого металла должен быть больше объема полости формы, чтобы между верхним и нижним поршнем оставался избыток металла Давление верхнего поршня поддерживают до полной кристаллизации отливки, после чего ресс-форму раскрывают и отливку 9 вместе с литником 12 выталкивают из формы толкателями 5. Нижний поршень выталкивает на­ружу избыток металла 11 (положение III) и его отправляют в переплав.

На рис. 111.22, б показана работа машины с горизонтальной холодной камерой сжатия. Все операции на ней выполняются в той же последова­тельности.

На рис. III.22, в приведена схема работы поршневой машины с горячей камерой сжатия. Чугунный тигель 13 с жидким металлом все время по­догревают снизу газом через форсунку 21. Перед заливкой пресс-форму 19 закрывают и мундштук 18 соединяется с каналом 17. При верхнем положе­нии поршня 16 через отверстие 14 сплав заполняет камеру сжатия 15 и канал. При движении вниз поршень впрессовывает жидкий металл в полость формы. После затвердевания металла давление снимают, поршень движется вверх, форму раскрывают и отливку выталкивают толкателями 20, Машины с горячей камерой сжатия более производительны и расходу­ют меньше жидкого металла, однако их нельзя применять для литья спла­вов с температурой плавления более 500 °С из-за быстрого изнашивания поршня.

В машинах г холодной камерой сжатия поршень контактирует с рас­плавом В течение короткого промежутка времени и поэтому мало изнаши-п.и’и-,1 Здесь можно значительно повысить давление, что гарантирует высокую плотность И прочность отливок. Если в машинах с горячей ка­мерой сжатия давление достигает 20 МПа, то в машинах с холодной ка­мерой сжатия при литье алюминиевых и медных сплавов давление может достигать 100—300 МПа.

Компрессорные машины, работающие на сжатом воздухе, применя­ются редко и поэтому здесь не рассматриваются.

§ 17. Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям

1. Сущность метода и область применения. Сущность состоит в том,
что по неразъемной легкоплавкой модели изготавливают неразъемную
разовую форму. Модели из этой формы выплавляют, а образовавшуюся
полость заливают жидким металлом. При этом способе получаемые от-
ливки настолько точны, что объем механической обработки уменьшается
на 80—100 % и в 1,5—2 раза сокращается расход жидкого металла.
Высокая точность и чистота поверхности отливки обеспечиваются: при-
менением неразъемных моделей (модели выплавляют и не требуется их
расталкивать); отсутствием формовочных уклонов; изготовлением стерж-
ней в процессе формовки, а не отдельно в стержневых разъемных ящиках;
использованием маршалита (кварцевая мука) в качестве наполнителя в
формовочной смеси, что обеспечивает получение гладкой поверхности
отливки.

Литье по выплавляемым моделям применяют при производстве отливок очень сложной конфигурации из любых литейных сплавов, в том числе из высоколегированных сталей, имеющих высокую температуру плавления и трудно поддающихся механической обработке и ковке. Этим способом можно получать отливки массой от 0,02 до 100 кг, с толщиной стенок до 0,5 мм и отверстиями диаметром до 2 мм.

2. Технология получения отливок литьем по выплавляемым моделям
включает следующие этапы: а) изготовление разъемных пресс-форм;
б) получение неразъемных легкоплавких моделей в пресс-формах; в) из-
готовление неразъемной разовой формы по легкоплавким моделям;

Рис, 111.23. Литье по выплавляемым моделям.

г) выплавление моделей из формы; д) обжиг формы; е) заливка формы ме­таллом и выбивка готовых отливок.

Разъемные пресс-формы изготовляют из стали или алюминиемых спла­вов. Полость пресс-формы точно повторяет конфигурацию и размеры будущей детали с учетом усадки модельного состава.

Неразъемные легкоплавкие модели получают запрессовкой в пресс-форму модельного состава, нагретого до тестообразного состояния. Для его изготовления широко используют легкоплавкие материалы: парафин, стеарин, воск, церезин, канифоль и др. Легкоплавкая модель в отличие от обычной является точной копией изготовляемой детали: она неразъем­на, имеет все внутренние полости, отверстия, резьбу и не имеет стерж­невых знаков.

На рис. 111.23 приведен чертеж отливаемой детали (а) и неразъемной модели (б), отличающейся от нее наличием питателя /. Модели питателями «припаивают» к общему легкоплавкому стояку 2 и в результате получают блок моделей (рис. 111.23, в). Чтобы изготовить литейную форму, готовый блок моделей окунают в огнеупорную смесь, представляющую собой сус­пензию маршалита (60—70 %) в гидролизованном этилсиликате (30— 40%). После окунания на моделях, питателях и стояке остается тонкая огнеупорная пленка смеси 3 (рис. 111.23, г). Эта же смесь заполняет все полости и отверстия в моделях, образуя стержни. Для упрочнения огне­упорной пленки блок моделей посыпают мелким сухим кварцевым песком 4. Прилипая к сырой пленке, песок образует огнеупорный слой, который сушат либо на воздухе, либо помещая блок моделей в аммиачную камеру для ускоренной химической сушки. Когда слой высыхает, операции оку­нания, посыпания песком и сушки повторяют от 3 до 5 раз. После сушки последнего огнеупорного слоя получают форму в виде многослойной оболочки с заформованными легкоплавкими моделями. Форму помещают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре более 100 °С или погружают в горячую воду. Модели и элементы^литниковой системы (стояк и питатели) плавятся и вытекают из формы. Для выжигания остат­ков модельного состава из полости, а также для упрочнения оболочки по­лученную литейную форму в металлическом ящике 5 (рис. 111.23, о») засыпают металлической дробью и помещают в термическую печь, где обжигают при температуре 800—900 °С. Заливку металла производят в

горячую форму, что дает возможность получать тон­костенные сложной конфи­гурации отливки. Выбивку отливок и отделение литни­ков осуществляют на виб­роустановках.

Кроме выплавляемых моделей в литейном произ­водстве используют выжи­гаемые модели при изготов-

лении ответственных отли­вок массой до 3,5т из чугуна, стали и цветных сплавов в индивидуальном производстве. Для изготовления выжигаемых моделей используют пено-полпстирол, который и 50 100 раз легче древесины, легко режется горя­чей проволокой и легко склеивается. Склеиванием можно получить по-ЛИСТИролОВЫе ВЫЖИГаемые модели самой сложной конфигурации. Этот метод отличается большой точностью и экономией металла из-за отсутст-вия формовочных уклонов.

На рис. 111.24 приведен чертеж отливки (а) и выжигаемой пенополи-СТИроловой модели 2 с приклеенными к ней пенополистироловыми элемен­тами литниковой системы 1 (б). Модель с литниковой системой заформовы-вают песчано-глинистой смесью 3 в металлическом ящике 5 (в). Во время заливки модель с литниковой системой остается в форме и жидкий металл 4 выжигает их и одновременно заполняет полость формы.

Источник

Литье под давлением. 1. Общие сведения о технологических процессах получения отливок

1. Общие сведения о технологических процессах получения отливок

специальными способами литья.

3. Литье под давлением.

Сущность процесса литья под давлением заключается в том, что форма заполняется расплавом под давлением внешних сил, превосходящих силы гравитации, а затвердевание протекает под избыточным давлением. Преимущества и недостатки литья. Преимуществами данного способа литья являются: возможность изготовления отливок с малой толщиной стенок (менее 1 мм);

повышение качества отливок – отливка получается с высокой точностью размеров и чистой поверхностью, с малой шероховатостью, практически не требует обработки, имеет достаточно высокие механические свойства; полное исключение трудоемких операций и хорошие предпосылки для полной автоматизации производства;

значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда из за устранения из производства формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды. Наряду с преимуществами литье под давлением имеет ряд недостатков:

ограничение габаритных размеров и массы отливок мощностью машины, усилием, развиваемым механизмом запирания пресс-формы; высокую стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость ее изготовления; низкую стойкость пресс-формы при литье тугоплавких сплавов, что ограничивает область его использования; наличие в отливках газовоздушной пористости, что снижает их герметичность, затрудняет термообработку. Основные операции. В процессе литья расплавленный металл заливается в камеру прессования специальной машины, а затем под воздействием поршня, перемещающегося в этой камере, через литниковый канал заполняет полость металлической пресс-формы, затвердевает под избыточным давлением и образует отливку. После затвердевания и охлаждения до определенной температуры из отливки сначала извлекаются стержни, а затем пресс форма раскрывается, и толкатели удаляют отливку из пресс-формы.

Область использования. Заполнение пресс-формы и кристаллизация под давлением позволяют получать отливки высокого качества. Чистая поверхность и точные размеры металлической формы, высокая скорость движения расплава дают возможность резко сократить продолжительность заполнения, улучшить заполняемость и получить отливки сложной конфигурации с чистой поверхностью.

Внешнее давление на затвердевающий металл и высокие скорости его охлаждения в металлической форме способствуют измельчению структуры металла в отливке, уменьшению усадочных дефектов, повышению механических свойств. Литьем под давлением изготавливают отливки для различных отраслей машинои приборостроения из цинковых, алюминиевых, магниевых, медных сплавов, реже из чугуна и стали, массой от нескольких граммов до десятков килограммов, обычно тонкостенные, сложной конфигурации с раз витой поверхностью.

Автоматизация литья под давлением. Размеры и масса отливок зависят от мощности машин, на которых они отливаются. Чем больше усилие запирания пресс-формы, тем большее давление и скорость перемещения развивает прессующий механизм машины, тем больших размеров отливки можно получить. В зависимости от устройства камеры прессования различают процессы литья на машинах с холодной (рис. 1.19) и горячей камерами прессования (рис. 1.20). В горячекамерных машинах камера прессования располагается в тигле и сообщается с ним отверстием, через которое в нее поступает расплав. При движении поршня отверстие перекрывается, и расплав поступает в полость формы. После затвердевания отливки поршень возвращается в исходное положение, и остатки расплава сливаются в камеру. После извлечения отливки пресс-форма закрывается, и цикл повторяется.

Машины с горячей камерой прессования более производительны, однако камера прессования и поршень на этих машинах работают в тяжелых условиях, быстро изнашиваются и требуют замены. Такие машины обычно используют для литья цинковых, свинцово-сурьмянистых, магниевых и других сплавов, не взаимодействующих с материалом поршня и камерой прессования.

Машины с горизонтальной холодной камерой прессования позволяют развивать значительные усилия запирания и прессования, поэтому они чаще используются для изготовления отливок из алюминиевых, медных сплавов, чугуна и стали. Однако на таких машинах труднее получить мелкие точные отливки, так как расплав быстро охлаждается и заполняемость формы ухудшается.

Машины для литья под давлением являются сложными автоматизированными агрегатами, работающими в комплексе со вспомогательным оборудованием. К вспомогательному оборудованию относятся: раздаточные печи, дозаторы жидкого металла, манипуляторы для простановки арматуры, смазывания камер прессования и пресс-формы, удаления отливки, устройства для подогрева и стабилизации температуры пресс-формы, пресс для обрезки литников и облоя.

Эффективность производства отливок под давлением зависит от того, насколько полно используются его преимущества и как учтены его недостатки.

Дефекты отливок. Причины образования дефектов при литье под давлением могут быть связаны как с качеством приготовления сплава, так и с нарушениями специфических технологических требований, присущих данному способу литья. Различают дефекты в виде несплошностей тела отливки, несоответствия геометрических размеров требованиям чертежа и дефекты поверхности отливки.

Наиболее распространенными дефектами отливок, вызванными плохим качеством сплава, являются трещины, привар, низкие механические свойства, коррозия отливок. К специфическим дефектам отливок при литье под давлением можно отнести узорчатую поверхность, следы потоков металла, привар, задиры на поверхности отливки, нечеткие контуры отливки, газовые раковины и пористость.

Литье под низким давлением. Этим способом изготовляют отливки преимущественно из алюминиевых и реже из медных сплавов. Сущность данного способа литья состоит в вытеснении газом жидкого металла из тигля раздаточной печи в литейную форму с регулированием давления сжатого газа по заданной программе. Помимо принудительного заполнения литейной формы, позволяющего получать крупногабаритные тонко стенные детали, в этом методе литья эффективно используют питание затвердевающей отливки жидким металлом из естественной прибыли – металлопровода. При этом необходимо обеспечить затвердевание отливки сверху вниз. Регулирование динамики потока металла осуществляется давлением сжатого газа в герметичной раздаточной печи.

Воздух или инертный газ под давлением до 0,1 МПа давит на зеркало расплава. Вследствие разницы между давлением в печи и атмосферным давлением расплав по металлопроводу поступает в форму. По окончании заполнения формы и затвердевания отливки давление газа над расплавом в печи снижается до атмосферного и остаток жидкого металла из металлопровода сливается в тигель. Форма раскрывается, отливка извлекается, после чего цикл повторяется.

При литье под низким давлением отливку можно изготавливать в кокиле, песчаной или комбинированной (кокиль с песчаными или оболочковыми стержнями) форме. Основными преимуществами процесса литья под низким давлением являются: автоматизация трудоемкой операции заливки формы; возможность регулирования скорости потока расплава в полости формы; улучшение питания отливки; повышение ее плотность, благодаря избыточному давлению на расплав; снижение расхода металла на литниковую систему, так как незатвердевший металл из металлопровода сливается в тигель, что повышает коэффициент выхода годного до 90 %.

Наряду с указанными преимуществами способ литья под низким давлением имеет ряд недостатков: невысокую стойкость металлопровода, по груженного в расплав, что затрудняет использование способа для литья из сплавов с высокой температурой плавления; сложность системы регулирования скорости потока расплава в форме, вызванную динамическими процессами, происходящими в установке при заполнении ее камеры воздухом.

Преимущества и недостатки способам определяют рациональную область его применения и перспективы развития.

Контрольные вопросы и задания

1. Опишите сущность процесса литья под давлением.

2. Какие отливки изготовляют литьем под давлением?

3. Назовите основные недостатки процесса литья под давлением.

4. В чем заключается принцип литья под низким давлением?

Центробежное литье – это способ изготовления отливок, при котором заполнение формы расплавом и его затвердевание происходит в поле действия центробежных сил.

Основные операции. Форма может вращаться вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной осей, а также одновременно вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Наиболее распространен способ литья во вращающиеся металлические формы с горизонтальной осью вращения (рис. 1.21). По этому способу отливка формируется со свободной поверхностью в поле центробежных сил, а формообразующей поверхностью служит внутренняя поверхность изложницы. Расплав заливается в изложницу через заливочный желоб и растекается по внутренней поверхности формы, образуя под действием центробежных сил пустотелый цилиндр.

После полного затвердевания металла и остановки машины отливка извлекается из формы. Этот способ обладает наиболее высоким коэффициентом выхода годного (≈ 100 %). При получении отливок со свободной поверхностью при вращении формы вокруг вертикальной оси (рис. 1.22) расплав заливают в форму, укрепленную на шпинделе, приводимом в движение электродвигателем. Расплав под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Отливки с внутренней поверхностью сложной конфигурации получают с использованием стержней в формах с вертикальной осью вращения (рис. 1.23). Расплав через заливочное отверстие и стояк попадает в центральную полость формы, выполненную стержнями. Затем через щелевые питатели под действием центробежных сил расплав попадает в полость формы.

Центробежное литье принадлежит к литейным процессам, основные операции которых выполняются с использованием машин. В зависимости от назначения машины для центробежного литья разделяют на универсальные, предназначенные для изготовления отливок общего назначения; труболитейные, предназначенные для изготовления чугунных и стальных труб, в том числе труб большого диаметра; специального назначения, используемые для изготовления однотипных отливок в массовом производстве (гильзы двигателей внутреннего сгорания, биметаллические отливки и др.).

В зависимости от расположения в пространстве оси вращения различают машины с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения. По конструктивному исполнению различают шпиндельные и роликовые машины и центробежные столы. Основные требования, предъявляемые к машинам для центробежного литья: обеспечение вращения формы с требуемой частотой, регулирование частоты вращения в заданных условиях технологического процесса. Машина должна работать плавно, без вибраций, иметь прочные и удобные устройства для крепления и фиксации форм, устройство для подогрева и охлаждения изложниц.

Преимущества и недостатки литья. Заливка вращающейся формы и затвердевание отливки под действием центробежных сил обуславливают главные преимущества данного способа литья: затвердевание металла под действием центробежных сил способствует получению плотных (без газовых, усадочных раковин и рыхлот) отливок с высокими механическими свойствами; отсутствие литниковых систем и прибыльных надставок обеспечивает высокий коэффициент выхода годного; при литье полых цилиндров и труб не требуется стержней для образования центрального отверстия. Основными недостатками центробежного литья являются: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейной формы.

Область использования. Центробежным литьем получают литые за готовки, имеющие форму тел вращения: втулки, венцы червячных колес, барабаны бумагоделательных машин, трубы различного назначения, роторы электродвигателей, камеры сгорания реактивных двигателей, деталей пусковых установок. В некоторых случаях метод центробежного литья является единственно возможным.

Наибольшее применение центробежное литье находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз, и сложных фасонных отливок из титановых и других жаропрочных сплавов. Втулки из медных сплавов получают в металлических изложницах, а отливки из титановых сплавов – в графитовых формах, изготовленных прессованием или по выплавляемым моделям. Венцы червяных колес из оловянистых бронз получают в песчаных формах, а рабочие колеса центробежных насосов – в металлических формах с песчаными стержнями.

Свойства металла, отлитого центробежным способом. Главная особенность процесса формирования отливок при центробежном литье заключается в том, что заполнение формы и затвердевание отливки происходят в поле действия центробежных сил, во много раз превосходящих силу тяжести. При изготовлении отливок со свободной поверхностью расплав охлаждается в изложнице неравномерно по объему. Часть теплоты отводится от расплава в стенку изложницы и ее крышку, другая часть – конвекцией и излучением со стороны свободной поверхности. Воздух в полости отливки вовлекается во вращение и выходит из ее полости; на его место вдоль оси вращения поступает холодный воздух. Такая неравномерность охлаждения отливки приводит к возникновению конвекции в расплаве. Охлажденный более плотный расплав перемещается к стенкам формы, а горячий и менее плотный – к свободной поверхности расплава. Вследствие этого в расплаве возникают конвекционные потоки, циркулирующие в радиальном направлении, что способствует направленному затвердеванию в радиальном направлении и тем больше, чем больше частота вращения.

При направленном затвердевании от стенок изложницы фронт растущих в радиальном направлении кристаллов все время соприкасается с расплавом, что способствует улучшению питания отливок. Свободная поверхность расплава затвердевает в последнюю очередь и остается геометрически правильной. Инородные включения (газы, шлак и т.д.), имеющие меньшую плотность, чем расплав, под действием силы, обусловленной разностью плотностей и гравитационным коэффициентом, интенсивно всплывают на свободную поверхность. Это приводит к необходимости назначать большие припуски на обработку свободных поверхностей отливки.

Центробежные силы способствуют направленному затвердеванию только тогда, когда выделяющиеся на свободной поверхности кристаллы твердой фазы имеют плотность большую, чем плотность остающегося расплава. Для большинства сплавов это условие соблюдается. Исключение составляют два случая: когда сплав затвердевает с увеличением объема (например, серый чугун) и когда выделяющиеся подвижные кристаллы обогащены компонентами сплава, имеющими меньшую плотность, чем остающийся расплав. Ликвация сплавов под действием центробежных сил происходит при изготовлении отливок из сплавов, компоненты которых взаимно нераствори мы и не образуют эвтектик и химических соединений. К таким сплавам относится, например, свинцовистая бронза. Дефекты отливок и меры по их предупреждению. В процессе производства отливок способом центробежного литья возникает ряд характерных дефектов: мелкие спаи на поверхности при низкой температуре формы и металла, горячие трещины, плены в наружных слоях втулок, сквозные раковины при литье оловянных бронз.

Надежный контроль технологических параметров литья, автоматизированная дозировка металла позволяют до минимума свести потери от брака.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите основные типы отливок, получаемые центробежным литьем.

2. Опишите типы литейных машин, предназначенных для получения отливок центробежным литьем.

3. Как влияют центробежные силы на структуры отливок?

4. Назовите основные требования, предъявляемые к машинам для центробежного литья.

5. Каковы главные преимущества и недостатки центробежного литья?

Источник