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

пор усадочного происхождения эвтектической составля­ ющей.

•В табл. 57 приведено сравнение механических свойств сплавов АЛ2 и АЛ7 при различных видах крис­ таллизации.

установок. К таким установкам следует отнести машину

С применением машины становится 'возможной авто­ матизация подачи жидкого сплава в литейную форму; сокращается в два — три раза количество переплавляе­ мых отходов металла; повышается плотность отливок, точность их размеров и производительность труда.

Основные характеристики машины ЛНД-4 приведе­ ны ниже:

173

жидкая штамповка, полужидкая .штамповка, литье прес­

лаждения в металлической форме газы, растворенные в сплаве, остаются в твердом растворе; все усадочные пустоты принудительно заполняются жидким металлом, в результате чего отливка получается плотной, с мелко­ кристаллическим строением и хорошими механическими свойствами. Размеры отливок, полученных штамповкой

ли из всех сплавов, в том числе и из широкоинтерваль­ ных сплавов (АЛ19), которые практически невозможно отливать в кокиль. Свойства сплава АЛ19 при этом при­ ближаются к свойствам деформируемого сплава АК.6.

Технологический процесс штамповки из .расплава заключается в следующем: в установленном на столе

174

догрева на рабочие поверхности матрицы и пуансона пульверизатором наносят тонкий слой краски. Набрав жидкий металл в мерный ковш, осторожно заливают его в камеру сжатия или в открытую форму матрицы, и пос­ ле непродолжительной выдержки (до появления на поверхности заметной усадки) давят пуансоном. После выдержки отливки под давлением несколько секунд (в зависимости от толщины стенки и массы залитого метал­ ла) ее извлекают из матрицы либо при движении пуан­ сона вверх, либо при помощи выталкивателей.

Для сложиофасонных крупногабаритных отливок из­ готовляют индивидуальные металлические формы. На многих заводах для мелких деталей изготовляют унифи­ цированные штампы со сменными деталями: пуансоном, матрицей и направляющими планками. Таким образом, удается значительно снизить затраты на оснастку и уменьшить себестоимость отливок. Это позволяет при­ менять метод штамповки из расплава для изготовления малой серии отливок.

Для штамповки из жидкого расплава применяют раз­ личные прессы: кривошипные, фрикционные, гидравли­ ческие и др. H. Н. Белоусов и Л. И. Неверов предложи­ ли использовать для штамповки из жидкого расплава машины для литья под давлением с горизонтальной ка­ мерой прессования и разработали для этого прессформу специальной конструкции [61].

Основными параметрами, определяющими качество отливок, являются удельное усилие, скорость прессова­ ния, дозировка порции расплава и время выдержки его под давлением.

Удельное усилие прессования неодинаково для раз­ ных отливок и сплавов. В зависимости от толщины сте­ нок и конфигурации отливки, а также от технических требований к ней при штамповке алюминиевых сплавов применяют удельное усилие прессования в пределах от 300 до 1000 кГ/см2. Удельное усилие прессования зависит от имеющегося оборудования и является важнейшим фактором, влияющим на остальные параметры техно­ логического процесса.

Скорость прессования зависит от температуры спла­ ва, толщины стенки и конфигурации отливки. Чем про­ ще конфигурация отливки и толще ее стенки, тем меньше должна быть скорость прессования. Тонкостенные от-

176

ливки 'больших .габаритов и сложной конфигурации тре­ буют большей скорости прессования, приближающейся к ударной. Оптимальными скоростями для прессования алюминиевых сплавов являются 0,2—0,4 м/сек.

На качество отливок влияет также дозировка зали­ ваемого в матрицу расплава. Недостаточное количество металла может привести к образованию усадочных де­ фектов. Поэтому, как правило, в матрицу заливают рас­ плав с небольшим избытком.

Время выдержки отливки под давлением зависит главным образом от толщины ее тела. Общее время выдержки отливки в форме должно быть минимальным, но вполне достаточным для формообразования и завер­

177

ливок из алюминиевых сплавов время выдержки под давлением составляет 20—40 сек. При штамповке из жидкого металла отливок с толщиной тела 100 мм и больше время выдержки под давлением должно быть не менее 10—Т5 сек на каждые 10 мм толщины тела от­ ливки.

В табл. 59 приведены механические свойства сплава АЛ9 при различных усилиях прессования и времени вы­ держки.

Неограниченный выбор сплавов, широкая номенкла­ тура деталей для литья этим методом, высокие механи­ ческие свойства и экономия металла, достигающая 60— 70% из-за отсутствия литниковой системы, основные преимущества этого метода. Поэтому следует направить усилие инженеров и ученых на популяризацию этого ме­ тода и разработку специальных конструкций прессов, предназначенных для штамповки из жидкого металла.

4.МЕТОДЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

ИМОДЕЛИРОВАНИЯ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ

Чтобы разработать технологию получения детали, технолог должен решить следующие основные задачи:

выбрать метод изготовления детали; определить рас­ положение отливки в форме, линию разъема 'формы, припуски на усадку и на механическую обработку, вели­ чину уклонов, радиусов закруглений и галтелей, а также определить конструкцию и место подвода литниковоприбыльной системы. Для решения большинства из этих задач отправными данными служат чертеж отли­ ваемой детали и технические условия ее изготовления. В технических условиях содержатся требования, предъ­ являемые к качеству отливки (плотность, чистота по­ верхности и т. д.), точности ее размеров, а также опре­ делены условия испытания и приемки отливок.

Технологию литья разрабатывают применительно к производственным возможностям литейного цеха с уче­ том имеющегося оборудования, материалов и приспо­ соблений.

При выборе метода изготовления детали учитывают необходимое количество отливок и рентабельность про­ изводства.

При определении расположения отливки в форме не­ обходимо учитывать следующее. Обрабатываемые по-

178

верх.ности отливок следует располагать внизу, так как сплав в нижних слоях 'более плотный, а неметаллические включения (шлак, песчинки, флюсы, пузы,рьки газа) обычно всплывают к. верху формы. Массивные тепловые узлы отливок, затвердевание которых заканчивается в последнюю очередь, следует располагать вверху для об­ легчения условий .пропитки и компенсации усадки сплава; крепление стержней и простановку холодильни­ ков—.предусматривать в .нижней половине формы. Так­ же внизу следует располагать и крупные земляные бол­ ваны.

Обрабатываемые отливки цилиндрической формы (втулки и др.) следует отливать в вертикальном поло­ жении; если же из-за удобств формовки они имеют го­ ризонтальный разъем, заливку форм рекомендуется производить с кантовкой. Точность размеров и чистота поверхности отливок снижаются при литье с разъемами, однако избежать их практически невозможно. Поэтому при определении направления разъема следует стре­ миться к тому, чтобы поверхность разъема была единст­ венной и плоской, а плоскость ,разъема проходила бы по верхним горизонтальным поверхностям, по-возможности, не пересекая вертикальные стенки. Участки отливок, ко­ торые служат базой при последующей механической обработке, а также наиболее ответственные части отли­ вок должны образовываться одними элементами формы (в одной половине формы).

Припуск на механическую обработку отливок дол­ жен быть наименьшим (для уменьшения количества стружки и затрат на обработку), но достаточным для получения необходимой точности детали. Величина при­ пусков зависит от габаритов отливки и .расположения обрабатываемых поверхностей.

Припуск на усадку назначают, исходя из величины линейной усадки сплава с учетом производственного опыта, так как фактическая усадка отливок может быть неодинаковой у разных отливок и в различных местах одной отливки вследствие затрудненной усадки.

Для облегчения извлечения модели из формы или стержня из стержневого ящика определяется формовоч­ ный уклон, величина которого зависит от высоты модели и способа формовки и может быть в пределах от 30' до 3°.

179

т. п. Поэтому следует предусматривать необходимые ра­ диусы закруглений и .галтелей, величина которых зави­ сит в основном от толщины сопрягаемых стенок.

Для увеличения прочности отливок, а также во избе­ жание коробления и образования трещин при затверде­ вании или термической обработке предусматривается введение технологических приливов, ребер жесткости, стяжек и т. п., которые удаляются при механической обработке. Эти технологические меры часто бывают не­ обходимы для отливок с развитой поверхностью, осо­ бенно для тонкостенных.

При заливке деталей с арматурой (втулки, вклады­ ши, трубки и др.) необходимо соединение арматуры с материалом отливки путем нарезки, заточки, насечек', фрезерования канавок и т. п. Арматура не должна иметь острых граней, от которых в отливке могут появиться надрезы.

Особенности заполнения форм жидким металлом

'Процессы заполнения формы жидким металлом под­ чиняются законам гидравлики и, следовательно, подда­ ются расчету. Однако при заполнении формы имеют место явления, вызываемые тепловыми и физико-хими­ ческими процессами, происходящими как в жидком металле, так и на границе жидкого металла с окружа­ ющей средой. Эти процессы оказывают существенное влияние на течение жидкого металла в каналах литей­ ной формы и являются определяющими для выбора режимов ее заполнения.

Степень влияния тепловых и физико-химических факторов на гидравлические процессы зависит от физи­ ко-химической природы заливаемого сплава и свойств формы. Особенностью песчаной формы является ее га­ зопроницаемость, вследствие чего поток металла сооб­ щается с атмосферой и газами, образующимися в форме при заливке. Поэтому при определенных условиях в от­ дельных сечениях литниковых каналов возможно раз­ режение и подсос воздуха (газов) через стенки формы,

180

что приводит к искажению гидродинамических характе­ ристик потока.

Поверхность жидких алюминиевых сплавов интен­ сивно окисляется во время перелива их из ковша в лит­ никовую чашу и перетекания по каналам литейной фор­ мы, а потому движение сплава происходит в оболочке («чулке») из окисной пленки алюминия. При высоких линейных скоростях движения сплава в каналах формы происходит разрыв окисной пленки и замѳшива.ние ее в поток (струю) движущегося сплава, а также увеличение инжекции воздуха через литниковые каналы и турбу­ лентность потока.

Вследствие турбулентного движения и инжектирова­

ляемость и в потоке металла образуются так называе­ мые вторичные шлаки. Непрерывное перемешивание ме­ талла затрудняет отделение от него образовавшихся шлаков.

Неправильно протекающий процесс заполнения форм алюминиевыми сплавами приводит к появлению в от­ ливках неметаллических включений: пены (смесь окис­ лов и частиц металла с воздухом), шлаков, окисных плен и других видов дефектов.

Требования к конструкции литниковой системы

На режим заполнения формы и качество отливки влияет целый ряд факторов; при расчете и конструиро­ вании литниковых систем выбирают главные—физико- химические и литейные свойства заливаемого сплава и свойства формы.

Для отливок из алюминиевых сплавов одним из ос­ новных факторов, влияющих на конструкцию литнико­ вой системы, является повышенная окисляемость спла­ вов и, как следствие ѳтого, вредное влияние на качество отливки турбулентного (завихренного) движения спла­ ва. Конструкция литниковой системы должна способст­ вовать созданию в самой литниковой системе и рабочей полости формы условий для ламинарного (спокойного) течения 'без перемешивания сплава и подсоса воздуха.

Режим течения металла определяется критерием Рейнольдса:

181

тально установлены следующие значения критических

стемы подразделяются на следующие группы: 1) сифон­ ные (с нижним подводом); 2) дождевые (с верхним под­ водом); 3) ярусные (с подводом по разъему формы на определенном уровне отливки); 4) вертикально-щеле­ вые; 5) комбинированные.

182