книги из ГПНТБ / Постников Н.С. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов

средственно в стержневых 'ящиках. Для повышения прочности стержни можно дополнительно подсушивать в печи. Положительные стороны изготовления стержней по СОд-процессу таковы: 1) получение достаточно прочных и точных стержней без сушки; 2) возможность немедленного использования продутого стержня; 3) воз­ можность применения дешевой деревянной оснастки.

Основные недостатки СОг-процесса заключаются в пониженной текучести и малой живучести жидкостекольных смесей и их плохой выбиваемости.

В настоящее время успешно осваивают и внедряют в производство стержни из самотвердеющих на воздухе смесей, а также из смесей, которые затвердевают за ко­ роткое время в нагретых до 200—250°С стержневых металлических ящиках. Составы для изготовления стержней по горячей оснастке обычно готовят из -смеси кварцевого песка с крепителем (мочевиноили фенолформальдегидная смола) и кислым катализатором (на­ пример, фосфорная кислота). Примерный состав смеси:

смеси затвердевают за несколько секунд, а затем окон­ чательно твердеют на воздухе.

Стержни, изготовленные в горячих ящиках, вдвое прочнее обычных песчано-масляных и в 6—8 раз проч­ нее изготовленных по СОг-процессу. Недостатком сме­ сей со смолами является их высокая стоимость и малая живучесть — всего 3—5 ч. Их применение экономически оправдывается лишь в серийном производстве при изго­ товлении стержней на высокопроизводительных уста­ новках.

2.УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ

ВПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ

•Современные способы литья в песчаные формы пре­ дусматривают возможность получения отливок с мини­ мальными припусками на механическую обработку, по­ вышенной плотности, герметичности и с улучшенными механическими свойствами, а также тонкостенных круп­ ногабаритных отливок специального назначения. Рассмотоим некоторые из этих способов.

153

устройство очень сложных' литниковых систем, а следо­ вательно, повышенный расход жидкого металла. Кроме этого, удаление литников и прибылей — операции трудо­ емкие.

В отечественной промышленности применяется но­ вый метод литья фасонных отливок, названный методом последовательно направленной кристаллизации. При литье этим методом впервые в отечественной практике успешно применена верхняя литниковая система для литья высоких отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.

Сущность метода заключается в том, что место подвода металла в форму в процессе заливки не остает­

формы в процессе заливки, совпадающее с направлени­ ем струи металла в трубке, и передача металла из чаши в полость формы при помощи стальных трубок, играю­ щих роль стояков.

Разработанный метод применяется специально при

применено как неподвижное закрепление литниковой трубки и перемещение вниз формы, так и стационарное положение формы и перемещение вверх литниковой трубки.

Схема установки для литья методом последователь­ но направленной кристаллизации показана на рис. 53.

В форме / выполняются литниковые колодцы 16, от которых по всей высоте детали проходят щели-питатели 15 толщиной 4—7 мм, подводящие металл к полости от­ ливки. Собранная форма устанавливается на стол 3 гидравлического подъемника 4. Над формой на специ­ альных штангах 7, выдвигающихся из труб 8, устанав­ ливается металлическая литниковая чаша 13 таким об-

154

Рис. 53. Схема установки для литья фасонных деталей методом по­ следовательно направленной кристаллизации:

155

разом, чтобы отверстия ее строго совпадали с колодца­ ми формы. Через отверстия литниковой чаши в колодцы 16 формы / опускаются стальные трубки 14, внутренний диаметр которых 12—ііб мм. Перед самой заливкой на­ гретые трубки устанавливают так, чтобы они не доходи­ ли до дна колодцев формы на 20—25 мм.

После наполнения литниковой чаши металлом шаро­ вые стопоры вынимают и металл по трубкам поступает в литниковые колодцы, а затем через щели-питатели в рабочую полость формы. В момент погружения нижних концов трубок в жидкий металл на 30—50 мм включа­ ется механизм опускания формы. Скорость опускания должна быть равной или несколько 'большей линейной скорости кристаллизации данной отливки. По мере опу­ скания формы жидкий металл заполняет вышележащие слои. Этим и обусловливается направленность и после­ довательность кристаллизации отливки.

На установках подобного типа получают отливки вы­ сотой до 2 м со стенкой толщиной 5—8 мм. На качество отливок при литье этим способом положительное влия­ ние оказывают пониженные температуры заливки спла­ вов и небольшой перегрев их в процессе плавки.

Литье !.с кристаллизацией в 'автоклаве под высоким давлением

Известно и успешно используется в промышленности положительное влияние на качество литых изделий дав­ ления, приложенного на различных стадиях технологи­ ческого процесса (плавка, литье, кристаллизация). Вы­ держка под давлением способствует изменению физи­ ческого состояния металла, что в конечном итоге приводит к повышению точности и улучшению механи­ ческих свойств литых изделий. Известный способ литья силуминов с кристаллизацией под давлением 5—6 ат в автоклаве успешно применяется несколько десятков лет, а в последние годы получил дальнейшее развитие, благодаря исследованиям H. Н. Белоусова [55].

давления на металл на всех трех основных стадиях ли­ тейного цикла: подготовки жидкого металла и заливки в форму, заполнения формы, кристаллизации отливки.

156

Схема промышленной автоклавной установки для литья отливок этим способом показана на рис. 54.

Рис. 54. Схема модернизированного промышленного ав­ токлава для литья с кристаллизацией под высоким дав­

лением:

ливок по новому способу литья в автоклаве существенно понижается жидкотекучесть сплавов. Поэтому темпера­ туру заливаемого в форму сплава приходится под­ нимать по сравнению с обычным способом литья. В табл. 55 приведена зависимость механических свойств сплавов системы AI—Mg от условий кристаллизации.

Как следует из приведенных в табл. 55 данных, ме­ ханические свойства улучшаются при всех температурах заливаемого в форму сплава, особенно при давлении 50 ат. Поэтому некоторый перегрев сплава, необходимый при литье по новому способу, не оказывает отрицатель­ ного влияния на структуру и свойства отливок. Вместо рассеянной пористости в отливках из алюминиевокремниевых сплавов образуется концентрированная усадоч^

157

ная ракови.на, а в сплавах системы алюминий — магний вместо концентрированной усадочной раковины обра­ зуется зона усадочной рыхлоты в прибыльной или верх­ ней части отливки. Высокое давление при кристаллиза­ ции дает возможность увеличить герметичность отливок даже из широкоинтервальных сплавов типа АЛ27-1.

Известный способ литья алюминиевых сплавов в пес­ чаные формы методом вакуумного всасывания [57] получил практическое распространение благодаря ра­ ботам Н. Н. Белоусова, А. А. Додонова и др. [65], ко­ торые спроектировали, изготовили и внедрили промыш­ ленную установку ВЛМ—1500М (вакуумная литейная машина).

'•' Процесс осуществляется следующим образом. Ниж­ нюю часть формы погружают на небольшую глубину в

158

ванну с жидким сплавом, затем включают вакуумную установку и создают разрежение, благодаря которому сплав всасывается в полость формы. Всасываемый в форму металл поступает без разбрызгивания, не встре­ чая сопротивления воздуха. При этом исключается за­ хват воздуха и попадание шлака, уменьшается окисле­ ние металла и расход его .на литники.

Схема вакуумной литейной машины ВЛМ—1500М по­ казана на рис. 55. В нижнюю часть этой машины вмон-

Рис. 55. Схема вакуумной литейной машины ВЛМ—1500М:

тирован механизм перекрытия, в который впрессован штуцер 4 для подачи металла в форму 7, устанавливае­ мую на основание машины перед началом очередной за­ ливки. Перед началом всасывания металла из тигля 13 в форму 7 крышка 9 с помощью гидравлического ци-

159

линдра 14 опускается на основание машины и плотно прижимается к нему поворотным механизмом 12. Герме­ тичность крышки достигается с помощью уплотняющего резинового кольца 6, в которое может нагнетаться воз­ дух под давлением 5—6 ат. При повороте 'байонетного механизма 11 гидроцилиндрами 5 крышка запирается. При помощи устройства 10 после опускания крышки 9 и срабатывания байонетного механизма 11 производится перекрытие отверстия всасывающего штуцера 4.

Перед заполнением формы 7 расплавленным метал­ лом внутри рабочей камеры создается разрежение путем подключения трубопровода 15 к вакуумной маги­ страли. Заполнение формы металлом осуществляется из тигля 13, подаваемого к всасывающему штуцеру 4 вер­ тикально перемещающимся гидравлическим цилиндром 1. Поддержание заданной температуры жидкого метал­ ла производится с помощью электрической печи 3, смонтированной на тележке 2 с электрическими контак­ тами 16. После заполнения формы металлом произво­ дится перекрытие отверстия всасывающего штуцера и отключение вакуумной магистрали 15. Затем в рабочую камеру по трубе 17 подается сжатый воздух, и последу­ ющее затвердевание происходит под всесторонним дав­ лением 5—6 ат. Клапан 8 служит для стабилизации дав­ ления под крышкой.

Метод вакуумного всасывания дает возможность получать более тонкостенные отливки (сплошные и по­ лые) сложной конфигурации, чем при обычной заливке металла. Однако конструкция вакуумной установки для литья довольно сложна, процесс длителен и, кроме того, при вакуумной дегазации расплава ів полости формы возможно образование пористости в отливке.

Литье £ противодавлением

Литье с противодавлением осуществляется следую­ щим образом. В начале процесса над жидким металлом и в полости литейной формы создается избыточное дав­ ление. Непосредственно перед заполнением формы дав­ ление в ее полости уменьшается, и жидкий металл за счет создавшейся разности давлений заполняет форму, причем затвердевание отливки происходит при непре­ рывном воздействии избыточного"давления. Схематиче-

160

ское изображение этого процесса приведено на рис. 56. На первой стадии процесса А жидкий сплав в тигле /, форма 2 и компенсационная камера 3 находятся под давлением р\ сжатого воздуха, поступающего из резер­

Рис. 56. Схема литья с противодавлением:

А, В, С — с т а д и и процесса

и камере уменьшается до значения (/?г). В результате создается контролируемая и регулируемая разница меж­ ду давлением в контейнере 1 и форме 2, под действием которой форма заполняется сплавом.

Давления р\ и рі можно значительно повысить в со­ ответствии с конкретными требованиями, имея в виду поддержание такой разницы между ними, которая по­ зволит получить отливку хорошего качества. Поступив­ ший в форму сплав (стадия С) также затвердевает под давлением, обеспечивая хорошее питание отливок малы­ ми прибылями [65].

3. МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ ТОЧНОГО ЛИТЬЯ

Основная задача литейного производства в настоя­ щее время — получение отливок, в максимальной сте­ пени приближенных по конфигурации и размерам к го-

товым деталям. Решение указанной задачи — это значи­ тельный технический прогресс в машиностроении, в ко­ тором литые детали занимают весьма большое место.

Изготовление отливок повышенной точности, к кото­ рым относятся литье под высоким давлением, под низ­ ким давлением, методом жидкой штамповки и др., позволяет резко сократить объем механической обработ­ ки, значительно снизить расход металла и увеличить производительность труда.

сложные фасонные отливки любой конфигурации как с круглыми, так и с фасонными отверстиями. Чистота по­ верхности таких отливок настолько высока, а размеры так точны, что последующая механическая обработка, либо не нужна, либо сводится к минимуму. Кроме того, при литье этим методом достигается большая экономия дорогих сплавов цветных металлов как за счет умень­ шения или устранения припусков, так и за счет примене­ ния рациональных конструкций отливок.

Заполняемость форм при литье под давлением зна­ чительно лучше, чем при других способах литья, так как жидкий металл поступает в литейную форму под боль­ шим удельным давлением. Поэтому методом литья под давлением можно получать сложные детали с тонкими стенками.

Гладкая и чистая поверхность отливок при литье под давлением обеспечивается тем, что рабочая полость формы подвергается точной обработке и тщательной по­

В связи с тем что за последние годы значительно воз­ рос выпуск машин новых марок, увеличились размеры и масса отливок, а также разработаны и внедрены новые сплавы, значительно расширилась область применения литья под давлением. Можно сказать, что ни один вид литья не имеет таких перспектив, как литье под давле­ нием. По увеличению производительности, повышению

162