1 Информационно-аналитический обзор состояния вопроса
1.1 Литье под давлением на машин литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования
1.1.1 Технологии литья под давлением алюминиевых сплавов
Технология литья под давлением на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования следующим образом (рисунке 1):
На первом этапе расплавленный алюминий заливается в камеру прессования 2, расположенную горизонтально по оси машины и перпендикулярно к плоскости разъема формы, непосредственно связанную с неподвижной половиной формы 1. Заливка металла осуществляется через имеющийся верхней части камеры окно 3.
На втором этапе осуществляется заполнение полости формы, при помощи движении пресс-поршня 5 расплавленный алюминий через питатель 4 заполняет рабочую полость формы.
На третьем этапе происходит подпрессовка, вытесняя часть жидкого металла в полость формы.
На четвертом этапе после окончания кристаллизации металла форма раскрывается, и отливка 6 с пресс-остатком 7 выталкивается пресс-поршнем из неподвижной части формы 8. Как правило, отливка остается в подвижной половине пресс-формы, а затем выталкивается с помощью системы толкателей, либо сбрасывается в специальную тару, либо извлекается захватами манипулятора.
Рисунок 1 – Схема литья под давлением на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования
При литье на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования потери теплота жидким металлом и гидравлическое сопротивление на пути его движения в полость пресс-формы меньше, чем при литье на машинах с вертикальной камерой прессования, в результате исключения одного из элементов литниковой системы – литникового хода. Это позволяет снизить температуру заливки сплава, уменьшить пористость отливки и осуществить ее эффективную подпрессовку после окончания заполнения. Возможность широкого диапазона изменения скорости прессования позволяет создавать наиболее благоприятные гидродинамические и тепловые условия формирования отливки, до минимума сокращать пористость отливок [3].
1.1.2 Технологической оснастки для литья под давлением алюминиевых сплавов
Технологическая оснастка ЛПД включает собой пресс-форму. Рассмотрим типичную конструкцию пресс-формы МЛПД алюминиевых сплавов, (рисунке 2), для дальнейшего анализа. Собранная пресс-форма представляет собой прямоугольный параллелепипед, иногда цилиндр. Обычно она состоит из неподвижной и подвижной частей, в которых смонтированы все остальные детали.
Неподвижную часть двухгнездной пресс-формы с помощью плиты 3 крепят к прессующему блоку машины с горизонтальной камерой прессования 27, а подвижную часть с помощью плиты 15 – к постаменту 29, установленному на подвижном запирающем блоке машины.
Расплавленный металл поступает в пресс-форму через литниковую втулку 26, ударяется о рассекатель 18 и растекается по литниковым каналам в два гнезда, заполняя рабочую полость пресс-формы, образуя отливки 23. В плитах 2 и 11, называемых обоймами, смонтированы специальные вкладыши, в которых оформляется внешний контур отливки. Подвижной вкладыш 16 прижимается плитой 12 к обойме 11. Неподвижный вкладыш 6 крепят к обойме 2 винтами 4.
Рисунок 2 – Пресс-форма для машин
литья под давлением
алюминиевых сплавов
При раскрытии пресс-формы отливка остается в подвижной части. Стержни 9, закрепленные штифтами 24 в ползунах 10, в первый момент после раскрытия пресс-формы снимают отливку с неподвижного стержня 5, а затем извлекаются из нее наклонными клиньями-пальцами 7. При перемещении подвижной полуформы плита 14, соединенная с плитой 13 выталкивателей, наталкивается на неподвижные упоры 19 и останавливается. Выталкиватели 17 удаляют отливку. При закрытии пресс-формы обратные толкатели 20 упираются в неподвижную обойму 2 и возвращают выталкиватели в исходное положение. Центрирование неподвижной и подвижной полуформ осуществляется направляющими втулками 21 и колонками 1. Привернутые болтами 28 замки 5 служат для предотвращения отхода ползунов 10 и стержней 9 под давлением жидкого металла. Чтобы предотвратить перемещение ползунов 10 при раскрытой пресс-форме, применяют фиксаторы 25, иначе при закрытии пресс-формы клин-палец 7 может не попасть в отверстие ползуна 10. Во время работы пресс- форма охлаждается водой, которая поступает по резиновому шлангу к штуцерам 22.
Основные детали пресс-формы в зависимости от их назначения подразделяют на три группы: формообразующие, конструктивные входящие в механизмы пресс-формы и стандартные. Размеры деталей оформляющей полости пресс-формы должны отличаться от размеров отливки на величину усадки алюминиевых сплавов.
Формообразующие детали. Эти детали являются наиболее ответственными, так как они соприкасаются с жидким сплавом, в той или иной степени участвуют в оформлении поверхностей отливок и наиболее сильно подвергаются термическому воздействию и механическим нагрузкам. Эти детали изготовляют из жаростойких сталей, обладающих высокими механическими свойствами. К формообразующие деталям относиться: вкладыши, стрежни, щеки, выталкиватели.
Вкладыши и вставки. Вкладышами называют детали пресс- форм, имеющие полость, в которой оформляются наружные поверхности отливок. Конструкция вкладышей и расположение в них оформляющих полостей определяют размеры пресс-формы и в какой-то степени влияют на качество отливок. Контур вкладышей определяется конфигурацией отливки. Чаще всего вкладыши имеют прямоугольную или цилиндрическую форму.
Стержни. Стержни могут быть неподвижными, подвижными, резьбовыми и другими.
Неподвижные стержни устанавливают в пресс-форме перпендикулярно плоскости разъема. Для облегчения удаления отливки стержни имеют конусность или уклон. Конусность стержней, установленных в неподвижной полуформе, должна быть больше конусности подвижной полуформы, чтобы при раскрытии пресс-формы отливка осталась на стержнях подвижной части. Для предотвращения коробления и поломки отливок при их удалении около стержней в подвижной полуформе располагают дополнительные выталкиватели.
Неподвижные стержни крепят в пресс-форме различными способами. Наиболее распространен способ крепления стержней буртиком, опирающимся на подкладную плиту. Высота посадочной части стержня зависит от размера его оформляющей части. При наличии врезных вкладышей стержни опираются на дно обоймы.
Подвижные стержни оформляют все полости и отверстия в отливке, расположенные параллельно плоскости разъема или под углом к ней. Подвижные стержни с помощью различных механизмов извлекаются из отливки до раскрытия или чаще всего во время раскрытия пресс-формы. Требования к оформляющей части этих стержней такие же, как и к оформляющей части неподвижных стержней. Для обеспечения плавного возвратно-поступательного движения в пресс-форме подвижные стержни имеют увеличенную длину направляющей части. Это дает возможность избегать перекосов, заливов жидкого металла и подтеков смазочного материала.
Рисунок 3 – Способы крепления
неподвижных стержней во вкладышах:
а – двойной лыской; б – продольной шпонкой (шпилькой);
в – поперечной шпонкой
При изготовлении отливок из алюминиевых сплавов размеры направляющей части подвижных стержней в целях предохранения от попадания брызг и грязи, а также обеспечения плавного хода стержня выполняют по широкоходовой посадке.
Рисунок 4 – Способы крепления
подвижных стержней:
1 – стержень; 2 – защитная втулка;
3 – ползун; 4 – штифт;
5 – направляющая втулка ползуна
Щеки. Эти детали оформляют наружные боковые поверхности и поднутрения отливок. Щеками принято называть подвижные детали больших размеров. К щекам предъявляют те же требования, что и к подвижным стержням. Щеки состоят из оформляющей и направляющей деталей, соединяемых между собой с помощью штифтов, ласточкиного хвоста или хвостовика, входящего в Т-образный паз ползуна. В обойме движение щек также осуществляется по Т-образным пазам.
Литниковые втулки и рассекатели. Литниковые втулки предназначены для сопряжения пресс-формы с камерой прессования машины, рассекатели – для направления струи жидкого металла, поступающего через литниковые втулки, в каналы литниковой системы и далее в оформляющую полость. Литниковые втулки и рассекатели больше других деталей пресс-формы подвержены динамическому, химическому и термическому воздействию жидкого металла, поэтому их всегда делают сменными.
Диаметр отверстий литниковой втулки пресс-формы машины с горизонтальной камерой прессования равен диаметру отверстия камеры прессования, так как втулка является продолжением камеры и в нее входит пресс-поршень. Рассекатель служит не только для направления потока, но и для защиты подвижной обоймы от действия жидкого металла.
Рисунок 5 – Расположение литниковых втулок и
рассекателей в пресс-форме:
1 – отливка; 2 – литниковая втулка;
3 – защитная вставка – рассекатель;
4 – выталкиватель; 5 – рассекатель
Выталкиватели. Эти детали служат для снятия отливки с выступающих элементов вкладышей и стержней, расположенных в подвижной полуформе. Конструкция выталкивателей зависит, в первую очередь, от конфигурации отливки и расположения ее в пресс-форме.
Наиболее распространен способ удаления отливки цилиндрическими выталкивателями, которые наиболее просты в изготовлении и эксплуатации.
Конструктивные детали. Эти детали служат для установки формообразующих деталей в подвижной и неподвижной полуформах, Обеспечения их точного взаимного расположения и направления, а также для крепления пресс-формы к машине. Конструктивные детали должны быть достаточно прочными, чтобы не деформироваться под действием усилий, передаваемых формообразующими деталями при возникновении гидродинамического давления в процессе заполнения пресс-формы и статистического давления в процессе подпрессовки.
Клиновые механизмы. Они предназначены для автоматического перемещения стержней, когда используется обратный ход подвижного стола запирающего механизма машины. Это позволяет совместить процесс удаления стержней с процессом раскрытия пресс-формы.
Реечные механизмы. Эти механизмы рекомендуется использовать при ходе стержня более рисунок 6. При раскрытии пресс-формы рейка 3, закрепленная в неподвижной обойме, входит в зацепление с зубчатым валиком 5, который приводит в движение реечный ползун 6 вместе со стержнем 1 и закрепленным в ползуне штифтом 2. Для фиксации положения стержня в оформляющей полости предусмотрен замок 4.
Рисунок 6 – Реечный механизм
для извлечения стержней
Комбинированные механизмы. Очень часто для автоматического извлечения стержней применяют комбинированные реечно-клиновые механизмы, которые не имеют недостатков, присущих клиновым и реечным механизмам.
Гидравлический привод стержней. Гидравлический привод представляет собой цилиндр двойного действия, установленный чаще всего на подвижной, а в некоторых случаях и на неподвижной полуформе. Цилиндр приводится в действие от золотника машины или специального распределительного устройства. В последнем случае движение стержней не связано с движением пресс- формы, они могут перемещаться в любой момент, а также и при закрытой пресс-форме, что является преимуществом этого привода. В большинстве конструкций современных машин предусмотрен гидравлический привод стержней и выталкивателей.
Механизм для выталкивания отливок. Механизм выталкивания обеспечивает удаление отливки из полости пресс-формы непосредственно после ее формообразования. Существуют следующие виды выталкивания отливки из пресс-формы: выталкивание непараллельно движению стола машины, выталкивание с помощью подвижной плиты, выталкивание через специальные приливы и выталкивание после предварительного отвода выталкивателей.
Механизм выталкивания отливки непараллельно движению стола машины применяют в том случае, если стержень (стержни) имеет поднутрения в направлении, перпендикулярном направлению движения пресс-формы. Такое выталкивание возможно при условии, что угол между направлением движения и направлением выталкивания составляет не более 20°. Для того чтобы уменьшить силу трения во время перемещения плит выталкивателей, в местах соприкосновения толкателей машины с прижимной плитой помещают ролики.
Механизм выталкивания с помощью выдвижной плиты широко применяют в многогнездных и одногнездных пресс-формах отливок с крупных стержней. Выталкивание отливок через приливы используют в том случае, когда нет возможности вытолкнуть отливку непосредственно выталкивателем или требования к ее поверхности не позволяют оставлять следы от выталкивателей. В этом случае делают специальные технологические приливы.
Механизмы предварительного отвода плит выталкивателей применяют в тех случаях, когда боковые ползуны или стержни пересекаются с выталкивателями в момент закрытия пресс-формы [3].
Стандартные детали. Кроме основных деталей пресс-форма имеет ряд вспомогательных крепежных деталей, конструкции и размеры которых определяются стандартами.