|
Специальные виды литья Литье под давлением
Московский
Государственный Авиационный Технологический Университет имени К.Э.Циолковского
Кафедра:
Технология литейного производства
Литье под регулируемым давлением
Студент группы 1МТСВ-3-8 Мошкин Ю.Б.
Преподаватель Бобрышев Б.Л.
Москва, 1995 год.
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
Тигель
с расплавим в раздаточной печи (камере) установки герметично закрывают крышкой
в которой установлен металопровод, изготовленный из жаростойкого материала.
Металлопровод погружают в расплав так, что конец его не достает до конца тигля
на 40-60 мм. Форму установленную на крышке, соединяют с металопроводом
литниковой втулки. Полость в отливке может быть выполнена металлическим, оболочковым
или песчаным стержнем.
Воздух
или инертный газ под давлением до 0.1МПа через систему регулирования поступает
по трубопроводу внутрь камеры установки и атмосферным давлением расплав
поступает в форму снизу через металопровод, литник и коллектор со скоростью,
регулируемой давлением в камере установки. По окончании заполнения формы и
затвердевания отливки автоматически открывается клапан, соединяющий камеру
установки с атмосферой. Давление воздуха в камере снижается до атмосферного и
незатвердевший расплав из металопровода сливается в тигель. После этого форма
раскрывается, отливка извлекается и цикл повторяется.
Основными преимуществами
процесса литья под низким давлением являются: автоматизация трудоемкой операции
заливки формы; возможность регулирования скорости потока расплава в полости
формы изменением давления в камере установки; улучшение питания отливки;
снижение расхода металла на литниковую систему.
Основные недостатки
невысокая стойкость части металлопровода, погруженной в расплав, что затрудняет
использование способа литья для сплавов с высокой температурой плавления;
сложность системы регулирования скорости потока расплава в форме, вызванная
динамическими процессами, происходящими в установке при заполнении ее камеры
воздухом, нестабильностью утечек воздуха через уплотнения, понижением уровня
расплава в установке по мере изготовления отливок; возможность ухудшения
качества сплава при длительной выдержке в тигле установки; сложность эксплуатации
и наладки установок.
Преимущества
и недостатки способа определяют рациональную область его применения и
перспективы использования. Литье под низким давлением наиболее широко применяют
для изготовления сложных фасонных и особенно тонкостенных отливок из
алюминиевых и магниевых сплавов, простых отливок из медных сплавов и сталей в
серийном и массовом производстве.
Особенности формирования отливки при литье под
низким давлением. Заполнение форм расплавим при этом способе литья
может осуществлятся со скоростями потока, которые можно регулировать в широком
диапазоне. Для получения качественных отливок предпочтительно заполнять форму
сплошным потоком, при скоростях, обеспечивающих качественное заполнение формы и
исключающих захват воздуха расплавим, образование в отливках газовых раковин,
попадание в них окисных пленок и неметалических включений. Однако уменьшение
скорости потока, необходимое для сохранения его сплошности может вызвать
преждевременное охлаждение и затвердевание расплава, т.е. до полного заполнения
формы. Поэтому, как и в других литейных процессах, важно согласовывать
гидравлические и тепловые режимы заполнения формы рассплавом.
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.
Максимальная высота отливки изготавливаемой вакуумным всасыванием. Изложите сущность и привидите схему литья под низким давлением. Меры по улучшению качества алюминиевого литья под давлением. Реферат на тему Литье под регулируемым газовым давлением. Специальные виды литья литье с применением вибрации. Реферат современное развитие литья под давлением. История литья под регулируемым газовым давлением. Спец виды литья качество в россиии и за рубежом. Виды коллекторов воздух передача под давлением. Литья под низким давлением с противодавлением. Технологический процесс литья под давлением. Классификация специальных способов литья. Классификация видов литья под давлением. Сущность ваккумного литья под давлением. Реферат на тему специальные виды литья.
|
|
|
