Литье под низким давлением

Установки для литья под низким давлением обычно состоят из механизмов сборки и разборки форм, отделения отливок от формы и стержней (по существу это элементы кокильной машины), агрегата заливки (печи-металло-раздатчика), гидравлической, пневматической и электрической систем управления. Многочисленные конструкции разработанных универсальных и специализированных установок различаются: размерами рабочей зоны для размещения формы, числом подвижных элементов для сборки и разборки формы, типами печей-металлораздатчиков, компоновочной схемой, реализующей варианты обслуживания отдельных агрегатов установки, степенью автоматизации вспомогательных операций.

Ha рисунке 5.3 показана одна из установок литья под низким давлением для получения отливок из алюминиевых сплавов в металлических формах с горизонтальной плоскостью разъема. Металлораздатчик установки 7 – герметизированная электропечь сопротивления ванного типа с заливочной горловиной, закрывающейся футерованной крышкой 6 на поролоновой прокладке. На раме печи 8 расположена плита 5 с металлопроводом 4 из жаростойкого материала. К нижней стороне этой плиты на болтах подвешен свод печи с нагревателями, а на верхней плоскости закреплена нижняя неподвижная половина формы 9. Верхняя половина формы 10 крепится в пазах подвижной траверсы 3. На неподвижной траверсе 12 размещен гидроцилиндр, предназначенный для перемещения верхней половины формы. Регулируемые по высоте штанги 2 служат для выталкивания отливки плитой толкателей 11 из верхней половины формы. Отливка 14 удаляется из рабочего пространства установки вспомогательным устройством, состоящим из приемного лотка 15, перемещаемого рычажным механизмом 13. При раскрытой форме лоток 15 находится под отливкой, при закрытой – отходит в сторону, сбрасывая отливку на склиз 16. Металлопровод 4 погружают в расплав таким образом, чтобы его конец не доходил до дна тигля на 40 – 60 мм. Полость в отливке может быть выполнена металлическим, оболочковым или песчаным стержнем.

Рисунок 5.3 – Установка литья под низким давлением для получения отливок из алюминиевых сплавов; 1 – гидроцилиндр; 2 – штанги для движения плиты толкателей; 3 – подвижная траверса; 4 – металлопровод; 5 – плита; 6 – крышка заливочного окна; 7 – металлораздатчик; 8 – рама печи; 9 – нижняя половина формы; 10 – верхняя половина формы; 11 – плита толкателей; 12 – неподвижная траверса; 13 – рычажный механизм; 14 – отливка; 15 – приемный лоток; 16 – склиз

Воздух или инертный газ под давлением до 0,05 МПа через систему регулирования поступает по трубопроводу внутрь камеры установки и давит на зеркало расплава. Вследствие разности давления в камере установки и атмосферного давления расплав поступает в форму снизу через металлопровод со скоростью, регулируемой давлением в камере установки. После окончания заполнения формы давление в системе можно увеличивать до конца затвердевания отливки, после чего автоматически открывается клапан, соединяющий камеру установки с атмосферой. Давление воздуха в камере снижается до атмосферного и незатвердевший расплав из металлопровода сливается в тигель. После охлаждения отливки до заданной температуры форма раскрывается, отливка выталкивается и цикл повторяется.

Литье под низким давлением применяется и самостоятельно, и как дополнение к другим способам литья в качестве эффективного метода автоматического заполнения формы жидким металлом. В последнем случае удобство способа связано с отсутствием необходимости герметизации формы. Его используют для получения отливок в песчаные, металлические и графитовые формы. Самостоятельно способ литья под низким давлением используют чаще для литья в кокили или в кокили с песчаными оболочковыми стержнями, так как процесс сборки кокиля легче автоматизировать.

Способ литья под низким давлением характеризуется следующими основными преимуществами, определяющими области его распространения и конструктивные особенности установок:

1. Управление гидродинамическими параметрами течения металла позволяет заполнить форму с минимальными потерями теплоты, что особенно важно для сложных тонкостенных крупногабаритных отливок. Заполняемость форм возрастает в 1,3 – 1,5 раза.
2. При подводе металла в наиболее массивные части отливок питание их в процессе кристаллизации осуществляется через металлопровод, что позволяет упростить конструкцию литниково-питающей системы, сократить расход жидкого металла на нее, так как часто отсутствует необходимость устанавливать прибыли.
3. Избыточное давление в сплаве после заполнения формы улучшает условия питания кристаллизующихся его слоев, как в тонких, так и в массивных сечениях отливки, увеличивает скорость затвердевания металла благодаря интенсификации теплообмена его с формой. Это способствует повышению плотности, измельчению структуры металла отливок. В результате чего прочность металла увеличивается на 15 – 25%, а пластичность в 1,5 – 2 раза.
4. Подача металла в форму снизу обеспечивает ее плавное заполнение, уменьшение развития эффектов разбрызгивания и перемешивания металла, способствующих его окислению и захвату воздуха.
5. Уменьшается возможность окисления металла в печи и исключается вероятность попадания в форму шлака и флюса с зеркала расплава, так как металл поступает в форму из глубинных слоев ванны печи.
6. Полностью решена проблема автоматизации процесса заливки литейной формы жидким металлом.
7. Низкие в сравнении с литьем под давлением скорости течения металла при заполнении формы позволяют использовать как металлические, так и разовые элемента формы из других менее прочных материалов, что накладывает меньше ограничений на конструктивное оформление отливок.
8. Повышенная скорость затвердевания и охлаждения отливок сокращает в 1,5 раза время выдержки отливки в металлической форме по сравнению с литьем в кокиль, что увеличивает производительность установок.

Наряду с указанными выше преимуществами способ литья под низким давлением имеет недостатки, в числе которых: невысокая стойкость части металоопровода, постоянно погруженной в расплав (это затрудняет использование способа для таких сплавов с высокой температурой плавления, как чугун и сталь); сложность регулирования скорости потока расплава в форме, вызванная скоротечностью операции и динамическими процессами, происходящими в установке при заполнении ее камеры воздухом; возможность изменения свойств сплава при длительной выдержке его в печи установки.

Преимущества и недостатки способа определяют рациональную область его применения. Основную долю продукции литья под низким давлением составляют отливки из алюминиевых сплавов. Реже этим способом изготовляют отливки из медных сплавов, стали и чугуна, в том числе высокопрочного с толщиной стенки до 3 мм (в песчаную форму). Минимальная толщина стенок отливок из алюминиевых сплавов, полученных этим способом, равна 1,5 мм, средняя толщина для крупных отливок – 3 – 6 мм. Для медных сплавов минимальная толщина стенок отливок – 3 мм. Характерную номенклатуру отливок, полученных литьем под низким давлением, составляют:

• отливки, к которым предъявляются повышенные требования по плотности, герметичности и прочности (рабочие колеса и другие детали гидравлических устройств, корпусные детали лодочных моторов, диски автомобильных колес, другие силовые детали);
• протяженные тонкостенные отливки, для которых при гравитацион-ной заливке трудно обеспечить заполнение формы (оболочковые и корпусные отливки, роторы электродвигателей, выпускные коллекторы и др.),
• разностенные отливки с одним или несколькими тепловыми узлами, питание которых может быть обеспечено одним или несколькими металлопроводами (блоки и крышки цилиндров, картер маховика и др.).

В крупносерийном и массовом производстве часть отливок производят на специализированных установках для изготовления одной или однотипных деталей. При этом динамические характеристики системы изменяются незначительно, и процесс литья становится более устойчивым.

Особенности формирования отливки при литье под низким давлением

Заполнение форм расплавом при этом способе литья может осуществляться со скоростями потока, которые можно регулировать. Для получения качественных отливок предпочтительно заполнять форму сплошным потоком при скоростях, обеспечивающих последовательное заполнение формы, исключающее захват воздуха расплавом, образование в отливках газовых раковин, попадание в них оксидных плен и неметаллических включений. Однако неизбежное при этом уменьшение скорости потока, необходимое для сохранения его сплошности, сопряжено с возможностью преждевременного охлаждения и затвердевания расплава, т.е. с процессами, недопустимыми в период до полного заполнения формы. Поэтому, как и в других литейных процессах, при литье под низшим давлением важно согласование гидравлических и тепловых режимов заполнения формы расплавом.