Технология конструкционных материалов

В свою очередь, поршневые машины могут иметь горизонтальную 2 или вертикальную 7камеру прессования.

Компрессорные машины всегда имеют горячую камеру прессова­ ния и их условно можно разделить на машины собственно компрес­ сорные и машины с регулируемым или низким давлением.

4

Рис. 14.5. Схемы машин для литья под давлением:

а — с горизонтальной камерой прессования; б — с горячей вертикальной ка­ мерой; в — с холодной вертикальной камерой; г — компрессорная; д — под низким давлением

При работе на машинах с горизонтальной камерой прессования в начале цикла поршень 3 находится в крайнем правом положении и не препятствует заливке расплавленного металла в камеру 2. Метал­ лическая форма 1 делается разъемной, она собирается перед нача­ лом прессования. Стержень также металлический. При перемеще­ нии поршня влево металл запрессовывается в полость 4. Давление снимается только после завершения затвердевания, после чего стер­ жень извлекают и раскрывают форму.

На машинах с горячей вертикальной камерой прессования в мо­ мент, когда прессующий поршень 6 находится в крайнем верхнем по­

ложении, камера прессования 7 соединяется с полостью обогревае­ мого тигля 5, что позволяет расплаву затекать в нее. При движении поршня вниз расплав под давлением через канал и мундштук 8 посту­ пает в форму 1. После затвердевания металла в форме поршень пере­ мещается вверх в исходное положение, а форма разбирается для из­ влечения отливки.

Компрессорные машины работают на сжатом воздухе (см. рис. 14.5, гид). Расплавленный металл находится в обогреваемом тигле 9, отку­ да он под постоянным или возрастающим (регулируемым) давлени­ ем через металлопровод 10 подается в разъемную металлическую форму. Низкие величины давления в начале процесса обеспечивают спокойное поступление расплава в пресс-форму, а ростдавления в про­ цессе затвердевания исключаетобразование усадочной пористости в от­ ливках.

При заполнении пресс-формы сплав подается за 0,05...0,5 с со ско­ ростью свыше 100 м/с. Только часть газа, находящегося в форме, уда­ ляется из нее, а остальная образует воздушно-металлическую эмуль­ сию, обусловливающую газовую пористость и низкие механические свойства отливок. Для ее ликвидации полости пресс-форм вакуумируют или заполняют кислородом, вытесняя азот воздуха и препятст­ вуя образованию газовых пузырьков.

Рабочий цикл машины с холодной вертикальной камерой прессо­ вания подробно представлен на рис. 14.6. Металлическая форма (пресс-форма) состоит из подвижной 4 и неподвижной 3 половинок. Она проектируется таким образом, чтобы при усадке отливка фикси­ ровалась на выступах подвижной половинки, в которой установлены выталкиватели 5 и рассекатель 6, воспринимающий удар струи жидко­ го металла. Через канал 7рабочая полость пресс-формы соединяется с камерой прессования 1. Когда прессующий поршень 2 находится

вверхнем положении, запирающий поршень 8 перекрывает отверстие 7 и препятствует затеканию расплава в форму. При движении поршня 2 вниз запирающий поршень опускается в гнездо и не препятствует по­ ступлению металла в форму. После затвердевания металла подвижная полуформа отходит вправо, вследствие чего выталкиватели упираются

вупоры 9 и снимают отливки 10 с выступающих частей полуформы.

Вто же время запирающий поршень, отрезав пресс-остаток 11 от лит­ ника, поднимает его до верхнего уровня камеры прессования, облегчая удаление с целью утилизации.

Рис. 14.6. Литье под давлением на машине с холодной вертикальной камерой прессования:

а — заливка расплава; б —прессование; в — удаление отливок

Литье под давлением применяется для изготовления отливок из сплавов на основе алюминия, магния и цинка и лишь в отдельных случаях применяется для сплавов железа. Отливки, полученные лить­ ем под давлением, отличаются высокой чистотой поверхности и точ­ ностью. Трудоемкость изготовления отливок снижается более чем в 10 раз, а объем их механической обработки — в 5...8 раз, но при этом трудоемкость изготовления самих форм возрастает в несколь­ ко раз. Срок службы форм составляет сотни тысяч заполнений для цинковых и магниевых сплавов и десятки тысяч для алюминиевых и медных.

1 4 . 2 . 3 . Центробежное литье

При центробежном литье заполнение формы жидким металлом, его затвердевание и дальнейшее остывание до температуры удаления от­ ливки из формы происходят в условиях воздействия центробежных сил. Эти силы возникают вследствие вращения формы вокруг верти­ кальной, горизонтальной или наклонной оси. При этом внутренняя поверхность отливки формируется без контакта с формой, и ее назы­ вают свободной поверхностью. Естественно, что при этом способе ли­ тья в подавляющем числе случаев отпадает необходимость в стерж­ нях для образования внутренних поверхностей.

При центробежном литье обычно используют металлические фор­ мы, которые предварительно подогревают до 250...350 °С, после чего на рабочую поверхность наносят огнеупорное покрытие. Применение покрытий повышает стойкость форм, снижает скорость охлаждения отливок, что весьма важно для борьбы с отбелом в чугунных отливках, и уменьшает вероятность образования спаев и трещин. В качестве по­ крытий используют краски или облицовки из сыпучих материалов. Иногда в их состав вводят горячетвердеющие связующие, легирующие или модифицирующие добавки, направленно изменяющие структуру поверхностных слоев отливки.

Скорость вращения формы оказывает большое влияние на про­ цесс кристаллизации и охлаждения отливки, а также на формиро­ вание в ней специфических дефектов — спаев, трещин, ликвации. Существуют различные формулы для расчета частоты вращения из­ ложницы п (об/мин), но для литья на машинах с горизонтальной осью вращения наиболее часто используют формулу

5520

где р — плотность сплава отливки, г/см3; г — внутренний радиус от­ ливки, см.

Центробежное литье обеспечивает получение плотных отливок с дисперсной структурой и облегчает выход на свободную поверх­ ность шлаковых и газовых включений. В процессе остывания распла­ ва в нем зарождаются и растут кристаллы твердой фазы. Так как плот­ ность металла в твердом состоянии выше, чем в жидком, образовав­ шиеся кристаллы под действием центробежных сил перемещаются на внешнюю поверхность отливки, выжимая шлак и легкоплавкий

ликват на внутреннюю поверхность. Перемешивание расплава пре­ пятствует направленному росту кристаллов, способствуя образова­ нию мелкой плотной структуры в отливке.

Вместе с тем центробежные силы оказывают и отрицательное влияние на формирование качественной отливки. Они приводят к хи­ мической неоднородности при производстве отливок из высоколе­ гированных сплавов. В чугунных отливках наблюдается ликвация углерода, серы и фосфора и велика вероятность «отбела» в связи с тем, что центробежные силы препятствуют усадке отливки и обра­ зованию зазора между ней и формой, в результате чего теплоотвод от отливки ускоряется.

Для производства отливок типа коротких втулок и колец подшип­ ников, у которых отношение длины к диаметру меньше трех, обычно применяют машины с вертикальной осью вращения (рис. 14.7, а). Расплав из ковша 7 заливается с помощью наклонного желоба или непосредственно через отверстие в крышке 2 в изложницу 3, вра­ щающуюся вокруг вертикальной оси. Так как помимо центробежных сил на жидкий металл оказывают влияние силы гравитации, внутрен­ няя поверхность получается искривленной, а отливка разностенной.

а

б

6

7

Рис. 14.7. Центробежное литье:

а—вертикальная ось вращения формы; б —горизонтальная ось вращения;

в—литье в разовые формы

Для отливок типа чугунных труб диаметром 200...300 мм и длиной до 6000 мм, а также для гильз двигателей широко применяются маши­ ны с горизонтальной осью вращения (рис. 14.7, б). Расплав поступает по подвижному желобу 6 в изложницу 5. Торцевой раструб отливки формируется вставкой 4или разовым стержнем. Для опоры и привода изложницы используют ролики 7.

В отдельных случаях применяют центробежную заливку разо­ вых форм 8, для чего их закрепляют на специальных платформах (рис. 14.7, в). Применение разовых форм сопряжено с опасностью их раздутия под действием центробежных сил, возникающих при залив­ ке металла, и увеличения пригара на поверхности отливок.

14.2.4. Непрерывное литье

Непрерывное литье — это способ получения протяженных отливок постоянного поперечного сечения путем непрерывной подачи рас­ плава в форму и вытягивания из нее затвердевшей части отливки.

Взависимости от направления вытягивания различают вертикальное

игоризонтальное непрерывное литье. Вертикальное литье обычно применяется для получения слитков и труб. Схема его рассмотренаранее для слитков (см. рис. 10.7, в). При производстве труб в кристал­ лизатор устанавливают водоохлаждаемый стержень, который форми­ рует внутреннюю поверхность трубы.

Рис. 14.8. Непрерывное горизонтальное литье

Схема горизонтального литья приведена на рис. 14.8. Кристалли­ затор 2, установленный в металлоприемник 1, изготавливается из меди, графита и, реже, стали. Он имеет внутреннюю полость, про­ филь которой соответствует поперечному сечению отливки. На вы­ ходной части кристаллизатора устанавливается рубашка водяного

охлаждения 3. Слиток 6 вытягивается из кристаллизатора тянущими роликами 5 и разделяется на мерные куски с помощью пилы 7 или ломателей. Центральная часть слитка после его выхода из кристал­ лизатора остается жидкой, поэтому чтобы ускорить затвердевание и исключить прорыв расплава через оболочку твердого металла, уста­ навливается душирующее устройство 4 для охлаждения водой.

Высокий градиент температур по сечению отливки в процессе ее затвердевания и подача расплава из металлоприемника в зону кри­ сталлизации создают предпосылки для получения плотных отливок.

Непрерывным литьем получают заготовки постоянного сечения в виде круга, полосы или более сложного профиля, как, например, направляющие станин металлорежущих станков. Недостатком этого метода литья является ограниченность номенклатуры отливок, свя­ занная с невозможностью получения сложных по форме заготовок.

14.2.5. Литье вакуумным всасыванием

Этим методом получают отливки типа втулок, колец, заготовок зубча­ тых колес, гильз и т. д. Схема процесса приведена на рис. 14.9. На по­ верхности расплава, находящегося в металлоприемнике 3, помещают плоское кольцо из огнеупорного материала 2, на которое сверху опус­ кается металлическая водоохлаждаемая форма — кристаллизатор 1.

Внутри формы насосом создается разрежение, и расплавленный ме­ талл 4 втягивается в форму. Снимая разрежение в форме, можно уда­ лять из нее расплав и получать полые отливки. За счет направленной кристаллизации от поверхности к центру и подпитки затвердевающей отливки из металлоприемника удается получить плотную отливку без усадочных дефектов и газовой пористости.

Особенностью этого процесса является высокий выход годного металла, так как отсутствует необходимость в литниковой системе и прибылях.

14.2.6. Литье выжиманием

Литье выжиманием применяют для получения тонкостенных панель­ ных отливоктолщиной 2...5 мм с большими габаритными размерами (до 2500 мм) в основном из алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Различают установки с угловым и плоскопараллельным перемещением подвижной полуформы. В установках с угловым перемещением полу­ формы (рис. 14.10) перед началом цикла подвижная полуформа 2 от­ водится от неподвижной 1 и в металлоприемник 3 заливают расплав­ ленный металл. Боковые щеки 4 препятствуют вытеканию расплава через торцы установки и служат направляющими при повороте под­ вижной полуформы. Сближение полуформ приводит к подъему рас­ плава вверх с одновременным образованием корочки твердого металла на стенках полуформ. Скорость поворота рассчитана таким образом,

чтобы в момент фиксации подвижной полуформы в положении, опре­ деляемом толщиной отливки, происходило схватывание корочек.

Несмотря на небольшую толщину отливок, направленная снизу вверх кристаллизация обеспечивает их высокую плотность.

14.2.7. Литье методом жидкой прокатки

Этот метод совмещает литье с прокаткой. Он широко применяется для изготовления лент и листов из чугуна, алюминия, свинца и других металлов.

Рис. 14.11. Литье методом жидкой прокатки

Схема данного процесса приведена на рис. 14.11. Жидкий расплав заливают в металлоприемник 1, плотно прилегающий к вращающим­ ся навстречу другдругу водоохлаждаемым валкам 2 и 4. Корочки, обра­ зующиеся в месте контакта расплава с валками, захватываются в зев между ними и сдавливаются. При этом осуществляется калибрование листа 3 по толщине.

14.2.8. Литье намораживанием

Известно несколько методовлитья намораживанием. При одном из них

на поверхность расплавленного металла помещают плиту из огне­ упорного материала, в которой вырезано отверстие с профилем, со­ ответствующим наружному профилю будущего литого изделия. Внутрь отверстия опускается затравка, к которой приваривается расплавлен­ ный металл.

Если вытягивать затравку со скоростью, не превышающей ско­ рость кристаллизации металла, из отверстия плиты извлекается заго­ товка соответствующего профиля. Таким способом можно получить ленты и трубы с внутренними и наружными ребрами. Способ мало­ производителен, но прост в осуществлении и обеспечивает высокий выход годного металла.

Другая схема предполагает намораживание металла на внутренних или наружных стенках кристаллизатора (рис. 14.12). Водоохлаждае­ мый кристаллизатор 1 опускают в расплав 3 и выдерживают в нем в течение определенного времени. Изменяя выдержку, можно регу­ лировать толщину отливки 2. После извлечения кристаллизатора из расплава отливка снимается с него.

Рис. 14.12. Литье намораживанием

Для получения полых втулок или маслот методом намораживания расплав через литниковую систему подается в водоохлаждаемый кри­ сталлизатор, закрытый сверху стержнем со штырями для удаления от­ ливки из кристаллизатора. После намораживания метала и образова­ ния втулки с требуемой толщиной стенки стержень со штырями вместе с отливкой быстро извлекается из кристаллизатора, который закрыва­ ется новым стержнем. Параллельно идет доливка расплавленного ме­ талла в кристаллизатор через сифонную литниковую систему.

14.2.9. Электрошлаковое литье

Электрошлаковое литье — способ получения отливок в водоохлаж­ даемой металлической форме путем приготовления жидкого металла непосредственно в ее полости методом электрошлакового переплава расходуемого электрода. Общая схема электрошлакового литья ана­