книги из ГПНТБ / Сосненко, М. Н. Развитие литейного производства

Поставленная перед литейным производством про­ блема повышения надежности литых изделий при од­ новременном снижении их массы может быть успешно решена путем повышения качества и прочностных ха­ рактеристик материала отливок. В связи с этими сооб­ ражениями перспективным процессом следует считать

литье в кокиль под низким регулируемым давлением.

Этот усовершенствованный кокильный способ литья обеспечивает повышение физико-механических свойств литого металла за счет подпитки затвердевающей в металлической форме отливки. Он также увеличивает коэффициент использования расплава (в ряде случаев до 98%) в связи с отсутствием литников и прибылей.

На рис. 55 показана схема установки для литья в кокиль под низким регулируемым давлением конст­ рукции Института проблем литья АН УССР. Она снаб­ жена автоматическим управлением заливки и предна­ значена для получения отливок из сплавов черных и цветных металлов. Система управления с программ­ ным устройством позволяет поддерживать заданный режим процесса заполнения кокиля расплавом, авто­ матически осуществлять работу установки. С помощью потенциометра программного устройства время за­ полнения формы может быть задано в пределах 7— 25 сек., что позволяет легко выбрать требуемый режим заливки.

Установка предназначена для отливки поршней и крышек различного назначения из алюминиевых спла­ вов, чугунных тракторных гильз, корпусов вращаю­ щихся токарных центров из высокопрочного чугуна, корпусов буровых коронок из легированной стали и других деталей массой 40—120 кг. Производительность установки в зависимости от вида расплава и массы отливки составляет 30—120 циклов заливки в час. Ра­ бочее избыточное давление в автоклаве достигает 2 кг/см2.

Для производства более крупных отливок (диамет­ ром до 900 мм, длиной до 1200 мм и массой до 300 кг) из алюминиевых сплавов в СССР создана специаль­ ная установка для литья под низким давлением моде­ ли ЛНД-2 с автоматическим рабочим циклом, обору­ дованная пневматической системой управления для заполнения кокиля расплавом.

151

S

ÎÜ 8

Рис. 55. Установка для литья в кокиль под низким давлением.

¡0, 11 — резиновые прокладки; 12 — тяги; 13 ~ штуцер для подвода воздуха в автоклав.

Выше было сказано о новом материале для форм — блочном графите, из которого делают многократно ис­ пользуемые кокили. Основные теоретические положе­ ния процессов литья в графитовые блочные формы —

кокили были разработаны автором в 1960 г. Получае­ мые в графитовых кокилях отливки характеризуются плотной мелкозернистой структурой, высокими меха­ ническими свойствами, повышенной точностью и ма­ лой шероховатостью поверхности и превосходят ана­ логичные показатели отливок, полученных в металли­ ческих кокилях.

Графитовые кокили рекомендуется применять при массовом и крупносерийном производстве несложных фасонных отливок из серого чугуна, медных и алюми­ ниевых сплавов массой до 500 кг. В них отливают

152

стальные колеса железнодорожного транспорта, брон­ зовые и стальные втулки, медные стержни, а также фасонные отливки небольшой массы из разнообразных сплавов. Учитывая резкое повышение плотности ме­ талла за счет высокой скорости его кристаллизации в графитовом кокиле, этот метод литья следует особен­ но рекомендовать для производства заготовок литых деталей машин, к которым предъявляются жесткие требования в отношении их гидравлической плотности, способности работать в условиях повышенных давле­ ний и износостойкости (крышки, гильзы и поршни ци­ линдров, золотниковые втулки, фланцы и корпуса пат­ ронов токарных станков, детали насосов, части гидро­ аппаратуры и т. д.).

На рис. 56 показана схема установки для литья под низким давлением стальных колес железнодорож­ ного транспорта (масса колеса 330 кг) в блочных гра­ фитовых формах. Вначале наполненный расплавлен­ ной сталью разливочный ковш 2 опускают в бетонный автоклав 3, который закрывают крышкой с сифонной огнеупорной трубкой 1. После впуска в автоклав сжа­ того до 2 ат воздуха сталь по трубке 1 поступает в гра­ фитовую форму 4. Для предупреждения подъема верх­ ней полуформы давлением заливаемого расплава в установке предусмотрены упоры 5, приводимые в действие пневматическими цилиндрами. После запол­ нения формы сталью (этот момент контролируется уровнем расплава в прибылях 6) опускается графи­ товая пробка 7. При этом поступление стали в форму прекращается и одновременно снимается давление воз­ духа в автоклаве. Отлитые в графитовых формах ко­ леса получают с допуском около 0,05 мм по всем раз­ мерам, кроме диаметра, для которого допускается от­ клонение до 2 мм. Стойкость графитовой формы — 400 заливок. При 20 переточках в ней можно получить 8 тыс. колес, отличающихся высокими эксплуатацион­ ными свойствами.

На ряде отечественных заводов, использующих ду­ говые сталеплавильные печи, успешно применяют очень дешевые кокили, выточенные из отработанных печных графитовых электродов. В них получают сталь­ ные, чугунные и бронзовые цилиндрические отливки диаметром 100-г-300 мм. Особенно эффективно приме-

153

1

Рис. 56. Схема установки для литья колес в графитовых формах под низким давлением.

нение графитовых блочных кокилей для отливок из медных сплавов, так как отсутствие химического взаи­ модействия между расплавом бронзы или латуни с уг­ леродом кокиля обеспечивает высокое качество по­ верхности отливок. На Минском автомобильном заво­ де перевод на литье в графитовые кокили серийно вы­ пускаемых бронзовых втулок четырех наименований (ранее они отливались в песчано-глинистых формах) с годовой программой 5—6 тыс. шт. позволил сэконо­ мить за счет уменьшения припусков на механическую

154

встраивается в систему ее механизмов. В литейных це­ хах наибольшее применение нашли машины с горизон­ тальной холодной камерой сжатия, усилие запирания формы на которых достигает 2500 т. В нашей стране подобные машины выпускаются под марками 512Г, 515М, 516М2, 517М и др. Подача расплава в камеру прессования таких машин производится автоматиче­ ски с помощью электромагнитных, вакуумных и дру­ гих заливочно-дозирующих устройств. Машины с го­ рячей камерой прессования применяются главным об­ разом при получении отливок из цинковых и свинцовооловянистых сплавов, имеющих низкую (до 500°) тем­ пературу плавления.

Качество получаемых отливок и экономичность литья под давлением зависит от применяемых литей­ ных форм, которые в этом случае принято называть пресс-формами. В качестве материала пресс-форм при­ меняют специальные стали, содержащие вольфрам, молибден, хром и другие легирующие элементы. Стой­ кость пресс-форм зависит от вида используемого сплава, а также от технологических режимов литья.

медных сплавов, 100—250 тыс. — из магниевых и алю­ миниевых и 500 тыс. заливок при получении отливок из легкоплавких оловянно-свинцовых сплавов. Для повышения долговечности пресс-формы подвергают азотированию, цианированию, хромированию, фосфатированию, покрывают изоляционными материалами, снабжают системой водоохлаждения. Ценное свойство металлических пресс-форм —- выдерживать большое (5—7 тыс. кг/см2) давление струи расплава — спо­ собствует интенсивному теплообмену между отливкой и формой. Это помогает получать сложнейшие тонко­ стенные отливки, обеспечивает надежное питание от­ ливки и измельчает ее структуру.

Технология литья под давлением отличается ма­ лой (Юч-200 сек.) длительностью производственного цикла и простотой выполняемых операций. Залитая с помощью мерного устройства 6 (рис. 57) в камеру прессования 7 порция расплава 5 мгновенно запрессо­ вывается пуансоном / в полость пресс-формы 3, со­

пи

7

Рис. 57. Схема литья под давлением на машине с вертикальной камерой сжатия:

а) — заливка расплава в камеру прессования; б) — запрессовка расплава в пресс-форму; в) — раскрытие пресс-формы и извлечение из нее отливки.

стоящей из двух частей 2 и 4. Опускание плунжера 9 открывает доступ расплаву в литник 8, а затем в по­ лость пресс-формы 3. После кратковременной выдерж­ ки для кристаллизации расплава и затвердевания от­ ливки пресс-форма автоматически раскрывается, а полученная отливка 10 выталкивается специальным устройством и переносится в контейнер. При этом из камеры сжатия выдается пресс-остаток сплава И. После очистки пресс-формы от грата, ее смазки и за­ пирания цикл литья повторяется. Чтобы обеспечить заданные параметры литья, машины снабжаются конт­ рольной аппаратурой: приборами для определения скорости впуска расплава в пресс-форму, термопара­ ми и термометрами сопротивления для определения температуры нагрева пресс-форм и др.

Простота и малооперационность литья под давле­ нием открывают широкие перспективы для полной ав­ томатизации производственных процессов. На рис. 58 показана схема автоматизированного участка с двумя машинами литья под давлением 1 и механическим ро­ ботом 2, программное управление которым осуществ­ ляет небольшая электронно-вычислительная машина.

158

Робот попеременно извлекает отливки из пресс-форм машин, передает их в бак с водой 3 для охлаждения, на обрезной пресс 4 для отрезки литников, а затем в специальное приспособление для контроля отливок по

внешнему контуру.

Предложенные в последние годы контрольные при­ способления с оптической системой и ЭВМ позволяют полностью отказаться от ручных операций контроля размеров отливок сложной конфигурации. В память машины закладываются данные о требуемых размерах отливки. В процессе измерения (его точность достигает ±0,005 мм) ЭВМ выдает результаты сравнения раз­ меров получаемой.отливки с заданными' по чертежу. При этом обеспечивается высокая скорость измерений и снижается трудоемкость контроля отливок.

?ис. 58. Участок литья под давлением, обслуживаемый роботом.

159

Наша страна прочно удерживает приоритет в об­ ласти литья под давлением чугуна и стали. В послед­ нее десятилетне этот процесс был освоен и внедрен на ряде предприятий автомобильной промышленности. Используя в качестве материала пресс-форм сплавы на основе молибдена, литейщики получили чугунные и стальные отливки, по точности размеров практически не отличающиеся от отливок, производимых методом литья под давлением из алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Как показал проведенный анализ, свойства отливаемых под давлением стальных и чу­ гунных деталей идентичны свойствам поковок. Отме­ ченные преимущества литья под давлением дают ос­ нование полагать, что в ближайшие два-три года но­ вый процесс будет широко использоваться в различ­ ных отраслях промышленности.

При получении ответственных отливок, к которым предъявляются повышенные требования по плотности металла, литейщики ведут процессы литья под давле­ нием с применением вакуума и кислорода. При пер­ вом методе пресс-форму помещают в герметизирован­ ную камеру, в которой перед запрессовкой расплава создается разрежение путем автоматического подклю­ чения к вакуум-аккумулятору. Как показал производ­ ственный опыт, вакуумирование дает возможность по­ лучать плотные, без воздушной и газовой пористости отливки при пониженном удельном давлении прессо­ вания, что способствует повышению размерной точно­ сти отливок и производительности машин.

Сущность второго способа литья под давлением заключается в том, что пресс-форма перед запрессов­ кой расплава заполняется кислородом. Запрессовыва­ емый в пресс-форму алюминиевый расплав вступаете реакцию с кислородом, образуя в отливках мелкие включения окислов. Этот процесс сопровождается рас­ ходом кислорода, благодаря чему в полости прессформы (по мере ее заполнения расплавом) снижается противодавление, что улучшает ее заполняемость. Опыт внедрения процесса на Заволжском моторном заводе при отливке корпуса гидротрансформатора трансмиссии легкового автомобиля показал, что кис­ лородный метод литья повышает плотность отливок за счет уменьшения количества инородных включений и

160