Литье вакуумным всасыванием

Принцип литья вакуумным всасыванием состоит в том, что расплав заполняет форму под действием разрежения, создаваемого в ее полости, после чего при затвердевании металла образуется отливка. Скорость заполнения формы расплавом можно регулировать, изменяя разность между атмосферным давлением и давлением в полости формы.

Кроме общих преимуществ, характерных для способов литья под регулируемым давлением, литье вакуумным всасыванием имеет ряд своих достоинств, а именно:

• увеличенная заполняемость полости формы жидким металлом, что позволяет получать особо тонкостенные отливки (толщина стенки до 1 мм, а иногда и меньше);
• отсутствие необходимости герметизации печи с жидким металлом, что упрощает конструкцию установок и их обслуживание.

Однако последнее обстоятельство ухудшает условия длительного хранения расплавов, склонных к окислению. Используют два варианта установок для литья вакуумным всасыванием.

Установки первого типа (рисунок 5.6) имеют две камеры: нижнюю I и верхнюю II. Нижняя камера I представляет собой раздаточную печь с электрическим или газовым обогревом, в которой располагается тигель 3 с расплавом. Верхняя камера II расположена на крышке 4 нижней камеры. В крышке 4 размещен металлопровод 5.

Форму 6 устанавливают и закрепляют в камере II так, чтобы литник 7 соединялся с металлопроводом 5. Верхняя камера II герметически соединяется с крышкой 4 при помощи цилиндра прижима 1. Полость верхней камеры через вакуумпровод 2 соединена с ресивером, в котором насосом создается разрежение, регулируемое системой управления.

В начале цикла клапан управления открывается, в камере II создается разрежение. При этом расплав за счет разности давлений и камерах I и II по металлопроводу 5 поднимается, заполняя полость формы. После затвер-девания отливки клапан системы управления соединяет полость камеры II с атмосферой, давление в верхней и нижней камерах становится одинаковым, и остатки незатвердевшего расплава сливаются из металлопровода 5 в тигель 3. Камера II снимается, форма 6 с отливкой извлекается, и цикл может повторяться. Предпочтительной номенклатурой отливок для этого способа являются различные колеса вентиляторов с прямыми и изогнутыми лопатками, колеса компрессоров с лопатками толщиной 0,7 – I мм и др. При литье вакуумным всасыванием улучшаются механические свойства отливок. Например, по сравнению с литьем в кокиль предел прочности отливок из алюминиевого сплава АЛ9 увеличивается на 5 – 10%, а относительное удлинение – на 30 %. Это объясняется лучшими условиями питания отливки через металлопровод. Установки второго типа используют только для литья слитков и заготовок простой конфигурации в водоохлаждаемые кристаллизаторы. Носок металлического водоохлаждаемого кристаллизатора 1 (рисунок 5.7) погружается в расплав, находящийся в тигле 2 раздаточной печи. Рабочая полость кристаллизатора, образующая отливку, соединяется вакуумпроводом с вакуумным ресивером 3. Разрежение в системе создается вакуумным насосом 6 и регулируется натекателем 5. Поворотом распределительного крана 4 рабочая полость кристаллизатора соединяется с вакуумным ресивером 3, при этом в полости кристаллизатора создается разрежение, и расплав поступает внутрь кристаллизатора.

После затвердевания отливки носок кристаллизатора извлекают из расплава, поворотом крана 4 рабочую полость соединяют с атмосферой и отливка выпадает из кристаллизатора в приемный короб.

Рисунок 5.7 – Схема установки для литья слитков, втулок, гильз способом вакуумного всасывания: 1 – водоохлаждаемый кристаллизатор; 2 – тигель с расплавом; 3 – вакуумный ресивер; 4 – вакуумный кран; 5 – регулирующий натекатель; 6 – вакуумный насос

Особенности формирования отливки

Форма может заполняться расплавом с требуемой скоростью, плавно без разбрызгивания, сплошным фронтом. Расплав, заполнивший форму, затвердевает в условиях вакуума. Газы, содержащиеся в расплаве, могут выделяться из него, благодаря чему создаются условия для получения отливок без газовых раковин и пористости. Одновременно под действием давления воздуха на зеркало расплава последний постоянно питает затвердевающую отливку, в результате чего она может быть получена плотной, без усадочных дефектов. Однако для получения плотных отливок требуется согласовать скорости затвердевания и питания отливки.

Обычно при литье вакуумным всасыванием расплав засасывается в тонкостенный металлический водоохлаждаемый кристаллизатор, в котором затвердевание отливки протекает с высокой скоростью. Это способствует устранению ликвации в отливках.

Способом вакуумного всасывания можно получать пустотелые заготовки типа втулок без стержней. В этом случае после всасывания расплава в кристаллизатор и намораживания на внутренних стенках кристаллизатора корочки твердого расплава заданной толщины вакуум отключается и незатвердевший расплав сливается обратно в тигель. Таким способом получают плотные заготовки втулок без газовых и усадочных раковин и пористости. Однако внутренняя поверхность втулок бывает волнистой из-за неравномерного затвердевания металла. Это приводит к необходимости увеличения припуска на обработку резанием внутренней поверхности втулки. Для уменьшения припуска можно отливать такие заготовки с применением стержня, установленного внутри кристаллизатора.

Литьем вакуумным всасыванием получают отливки из легких и медных сплавов, чугуна и стали. Наиболее часто его используют для литья заготовок втулок, вкладышей, подшипников скольжения из дефицитных и дорогостоящих медных сплавов.