Технология

Специальные виды литья. Литье под давлением


Московский Государственный Авиационный Технологический Университет
имени К.Э.Циолковского



Кафедра: Технология литейного производства



Литье под регулируемым давлением



Студент группы 1МТСВ-3-8  Мошкин Ю.Б.


Преподаватель Бобрышев Б.Л.



Москва, 1995 год.
  К литью  под  регулируемым  давлением  относят  способы  литья,  сущность
которых  заключается  в  том,  что  заполнение  полости  формы  расплавим  и
затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления  воздуха
или газа.
  [pic]
  Литье  под  регулируемым  давлением  создает  широкие   возможности   для
управления заполнением формы расплавим. Если  внутрь  герметичной  камеры  а
подавать сжатый воздух или  газ под давлением Ризб>Ратм, то за счет  разницы
давлений расплав поднимется по  металлопроводу  1  и  заполнит  форму  2  до
уровня, соответствующего H=(pизб-pатм)/r. Такой способ  заполнения  называют
литьем под низким давлением. Термин "низкое давление"  используется  потому,
что для подъема расплава и заполнения формы  требуемое  избыточное  давление
менее 0.1 МПа.
   [pic]
  Если в герметичной камере б установок создавать  вакуум,  а  в  камере  а
давление поддерживать равное атмосферному, то  заполнение  формы  произойдет
за счет разницы давлений Ратм-Р. Такой  способ  заполнения  называют  литьем
вакуумным всасыванием.
  Используя схему установки аналогичную данной можно осуществить заполнение
формы иначе. Положим, что в камерах а и б  вначале  создано  одинаковое,  но
больше атмосферного давление воздуха или газа Рк>Ратм. Затем подача  воздуха
в камеру б прекращается, а в камеру а  продолжается;  давление  в  камере  а
повышается до  Рк+DР.  Тогда  металл  будет  подниматься  по  металлопроводу
вследствие разницы давлений Ра-Рб, т.е. аналогично тому,  как  и  при  литье
под низким давлением.  Того  же  результата  можно  достичь,  если  понижать
давление в  камере  б,  оставляя  постоянным  давление  в  камере  а.  Такие
процессы называют литьем под низким давлением с противодавлением.
  Установки для литья под регулируемым давлением   -  сложные  динамические
системы, позволяющие в широких  пределах  регулировать  скорость  заполнения
формы расплавим. Использование таких  установок  позволяет  заполнить  формы
тонкостенных 9600 оливок, изменить  продолжительность  заполнения  отдельных
участков формы отливок сложной конфигурации с переменной толщиной  стенки  с
целью  управления  процессом  теплообмена  расплава   и   формы,   добиваясь
рациональной последовательности затвердевания отдельных частей отливки.
  Приложение давления на затвердевающий расплав позволяет улучшить  условия
питания, усадки отливки, повысить ее  качество  -  механические  свойства  и
герметичность. В рассматриваемых процессах после заполнения  формы  давление
действует на расплав, который  из  тигля  через  металлопровод  поступает  в
затвердевающую отливку и питает ее. Благодаря этому усадочная  пористость  в
таких отливках уменьшается, плотность и механические свойства возрастают.
  Литье под регулируемым давлением осуществляется на  установках  так,  что
процесс заполнения формы расплавим - самая трудоемкая и неприятная  с  точки
зрения  охраны  труда  и  техники  безопасности   операция   -   выполняется
автоматически. Конструкции установок и машин  для  этих  литейных  процессов
обеспечивают  также  автоматизацию  операций  сборки   и   раскрытия   форм,
выталкивания отливки и ее удаления из формы. Таким образом,  процессы  литья
под регулируемым давлением позволяют повысить качество отливок и  обеспечить
автоматизацию их производства.
  В практике наибольшее  применение  нашли  следующие  процессы  литья  под
регулируемым  давлением:  литье  под  низким  давлением,  литье  под  низким
давлением с противодавлением, литье вакуумным всасыванием,  литье  вакуумным
всасыванием с  кристаллизацией  под  давлением  (вакуумно  -  компрессионное
литье).
                         Литье под низким давлением
  Тигель с расплавим  в  раздаточной  печи  (камере)  установки  герметично
закрывают  крышкой  в  которой  установлен  металопровод,  изготовленный  из
жаростойкого материала. Металлопровод погружают в  расплав  так,  что  конец
его не достает до конца тигля на 40-60 мм. Форму  установленную  на  крышке,
соединяют с металопроводом литниковой втулки. Полость в отливке  может  быть
выполнена металлическим, оболочковым или песчаным стержнем.
  Воздух  или  инертный  газ  под  давлением  до   0.1МПа   через   систему
регулирования  поступает  по  трубопроводу   внутрь   камеры   установки   и
атмосферным давлением расплав поступает в форму  снизу  через  металопровод,
литник и коллектор со скоростью, регулируемой давлением в камере  установки.
По  окончании  заполнения  формы  и  затвердевания   отливки   автоматически
открывается клапан, соединяющий  камеру  установки  с  атмосферой.  Давление
воздуха в камере снижается  до  атмосферного  и  незатвердевший  расплав  из
металопровода сливается в тигель. После этого  форма  раскрывается,  отливка
извлекается и цикл повторяется.
  Основными преимуществами процесса литья под  низким  давлением  являются:
автоматизация трудоемкой операции заливки формы;  возможность  регулирования
скорости потока расплава  в  полости  формы  изменением  давления  в  камере
установки;  улучшение  питания  отливки;   снижение   расхода   металла   на
литниковую систему.
  Основные недостатки невысокая стойкость части металлопровода, погруженной
в расплав, что затрудняет использование способа литья для сплавов с  высокой
температурой плавления;  сложность  системы  регулирования  скорости  потока
расплава  в  форме,  вызванная  динамическими  процессами,  происходящими  в
установке при заполнении ее камеры воздухом, нестабильностью утечек  воздуха
через  уплотнения,  понижением  уровня  расплава   в   установке   по   мере
изготовления отливок; возможность ухудшения качества сплава  при  длительной
выдержке в тигле установки; сложность эксплуатации и наладки установок.
  Преимущества и недостатки способа  определяют  рациональную  область  его
применения и перспективы использования. Литье под низким давлением  наиболее
широко применяют для изготовления сложных фасонных и  особенно  тонкостенных
отливок из алюминиевых  и  магниевых  сплавов,  простых  отливок  из  медных
сплавов и сталей в серийном и массовом производстве.
  Особенности  формирования  отливки  при  литье  под   низким   давлением.
Заполнение форм расплавим при этом  способе  литья  может  осуществлятся  со
скоростями потока, которые  можно  регулировать  в  широком  диапазоне.  Для
получения качественных  отливок  предпочтительно  заполнять  форму  сплошным
потоком, при  скоростях,  обеспечивающих  качественное  заполнение  формы  и
исключающих  захват  воздуха  расплавим,  образование  в  отливках   газовых
раковин, попадание в них окисных пленок и неметалических  включений.  Однако
уменьшение скорости потока, необходимое для сохранения его сплошности  может
вызвать  преждевременное  охлаждение  и  затвердевание  расплава,  т.е.   до
полного заполнения формы. Поэтому, как и в других литейных процессах,  важно
согласовывать гидравлические и тепловые режимы заполнения формы рассплавом.
  В зависимости от сочетания  конструктивных  и  пневматических  параметров
установки  движение  расплава  в  металлопроводе  и   литейной   форме   при
заполнении может происходить как при возрастающей  скорости  потока,  так  и
при колебательном ее изменении. Колебательный  характер  изменения  скорости
отрицательно влияет на качество отливок,  поэтому  конструкция  установки  и
режим работы ее пневмосистемы, а также  конструкция  вентиляционной  системы
формы должны способствовать гашению колебаний скорости.
  Основными конструктивными параметрами установки являются: объем  рабочего
пространства камеры, площадь поперечного сечения  отверстия  металлопровода,
площадь зеркала расплава в тигле.
  Увеличение объема  рабочего  пространства  камеры  установки  увеличивает
скорость  потока,  способствует  гашению  колебаний,  но  полностью  их   не
исключает.
  Уменьшение  площади  сечения  отверстия  металлопровода  в  установках  с
объемом рабочего пространства менее  0.07  м3  приводит  к  резкому  гашению
колебаний и увеличению скорости течения расплава,  в  установках  с  объемом
рабочего пространства более 0.4  м3  увеличение  площади  сечения  отверстия
металлопровода не влияет на характер движения потока и скорость расплава  на
входе в форму.
  Увеличение площади зеркала расплава в тигле при условии постоянства массы
расплава в нем  способствует  спокойному  заполнению.  Поэтому  установки  с
тиглем ванного типа, в которых зеркало  расплава  достаточно  велико,  более
предпочтительны, так как обеспечивают устойчивый режим работы.
  Увеличение   гидравлического   сопротивления   на   входе   расплава    в
металлопровод приводит к снижению ускорения расплава в начале  заполнения  и
гасит возникающие колебания.
  Важное значение для обеспечения постоянства заданной скорости от  заливке
к заливке, т.е. по мере понижения уровня расплава  в  тигле,  имеет  система
управления подачей воздуха в  камеру  установки.  Системы  регулирования  по
величине давления целесообразно использовать  только  в  установках  ванного
типа. При этом точность регулирования должна быть в  пределах  0.01-0.05МПа;
это обеспечивает поддержание скорости заливки  с  погрешностью  10-15%.  Для
установок ванного типа используют дроссельные системы регулирования.
  Конструкция полости формы и конструкция ее вентиляционной  системы  также
оказывают влияние  на  характер  движения  расплава  в  полости  формы.  При
заполнении форм сложных отливок с ребрами, бобышками создаются  условия  для
захвата  воздуха  потоком  расплава.  Гидравлическое  сопротивление  полости
формы  оказывает  существенное  влияние   на   характер   движения   потока.
Конструкция    вентиляционной    системывлияет    на    характер    движения
потокарасплава  в  полости  формы  и  металлопроводе.   Уменьшение   площади
вентиляционных каналов приводит  к  возрастанию  противодавления  воздуха  в
полости формы, способствует гашению  колебаний  и  снижает  скорость  потока
расплава.
  Тепловые условия формирования отливки создают  возможность  направленного
затвердевания отливки и питания ее усадки.  Части  формы,  расположенные  на
верхней плите рабочей камеры установки нагреваются до  температуры  большей,
чем верхняя часть формы. Кроме того, через  нижние  сечения  полости  формы,
расположенные ближе к металлопроводу, проходит большее количество  расплава,
чем  через  сечения,  расположенные  в  верхней   части,   что   существенно
увеличивает разницу температур в нижней и верхней  частях  отливки.  Поэтому
массивные  части  отливки,  требующие  питания,  располагают  внизу   формы,
соединяют  их  массивными  литниками  с  металлопроводом;  вверху  же  формы
располагают части отливки, не требующие питания.
  Статическое давление на расплав по окончании  заполнения  формы  улучшает
контакт  затвердевающей  корочки  и  поверхности  формы,   вследствие   чего
увеличивается скорость затвердевания отливки. Вместе с тем давление  воздуха
на расплав в тигле способствует постоянной подпитке  усаживающейся  отливки,
в результате чего уменьшается усадочная пористость, возрастает  плотность  и
повышаются механические свойства отливки.
  Избыточное давление в потоке расплава при заполнении  формы  больше,  чем
при гравитационной заливке, и гидравлический удар, который может  возникнуть
при окончании заполнения  формы,  приводит  к  прониканию  расплава  в  поры
песчаного стержня, появлению механического пригара на отливках.
  При литье под низким давлением  стремятся  заполнить  форму  расплавим  с
возможно меньшим перегревом, достаточным для хорошего  заполнения  формы.  С
уменьшением толщины стенки отливки и  увеличением  ее  размеров  температуру
заливки  принимают  большей.  Литниковые  системы  конструируют   с   учетом
литейных  свойств  сплава  и  конструкции  отливки.  Для   отливок   простой
конфигурации  литниковая  система  может   состоять   из   одного   литника,
непосредственно  примыкающего  к  массивной   части,   для   более   сложных
тонкостенных  отливок  -  из  литника,  литниковых   ходов,   коллектора   и
питателей.

                          Литье с противодавлением
  Развитие литья под низким давлением является  литье  с  противодавлением.
Установка для литья с противодавлением состоит  из  двух  камер.  В  камере,
устройство которой подобно герметической камере установки литья  под  низким
давлением, располагается тигель  с  расплавим.  В  камере  находится  форма,
обычно  металлическая.  Камеры  разделны  герметичной  крышкой,  через   нее
проходит металлопровод,  соединяющий  тигель  и  форму.  Эти  камеры  прочно
соединены друг с другом зажимами.
  Давление воздуха, под  которым  происходит  заполнение  формы  расплавим,
будет будет соответственно равно разнице давлений в нижней Ра и  верхней  Рб
камерах установки: DР=Ра-Рб. Скорость подъема расплава  в  металлопроводе  и
полости формы так же, как и при литье под низким давлением,  будет  зависеть
от всей совокупности  рассмотренных  выше  конструктивных  и  пневматических
характеристик системы, определяющих  скорость  нарастания  разницы  давлений
DР, во время работы установки.
  Литье с противодавлением позволяет уменьшить выделение газов из расплава,
улучшить питание отливок и вследствие этого  повысить  их  герметичность,  а
также механические свойства. Этот способ литья дает  наибольший  эффект  при
изготовлении  отливок  с  массивными   стенками   равномерной   толщины   из
алюминиевых и  магниевых  сплавов,  кристаллизующихся  в  широком  интервале
температур.  Использование  второй  стадии  процесса  -  кристаллизации  под
всесторонним  избыточным  давлением  для  тонкостенных  отливок  не   всегда
приводит  к  заметному  улучшению  свойств.   Это   объясняется   тем,   что
продолжительность  кристаллизации  тонкостенных  отливок  мала   и   отливка
затвердевает прежде, чем  давление  в  верхней  камере  установки  достигнет
необходимой величины.

                         Литье вакуумным всасыванием
  Сущность процесса литья вакуумным всасыванием состоит в том, что  расплав
под действием разряжения, создаваемого  в  полости  формы,  заполняет  ее  и
затвердевает,  образуя  отливку.  Изменением  разности   между   атмосферным
давлением  и  давлением  в  полости  формы   можно   регулировать   скорость
заполнения формы расплавим, управляя этим процессом. Вакуумирование  полости
форм при заливке позволяет заполнить формы тонкостенных отливок  с  толщиной
стенки 1-1.5 мм, исключить попадание воздуха в расплав,  повысить  точность,
и механические свойства отливок.
  В производстве используют установки двух основных разновидностей.
  Установки первого типа имеют две камеры: нижнюю и верхнюю. Нижняя  камера
представляет собой раздаточную печь с электрическим или  газовым  обогревом,
в которой располагается тигель с расплавим. Верхняя  камера  расположена  на
крышке   нижней   камеры,   в   крышке   установлен   металлопровод.   Форму
устанавливают и закрепляют в камере так, чтобы литник  соединялся  прижимами
с  крышкой.  Полость  верхней  камеры  через   вакуум-привод   соединена   с
ресивером, в котором насосом  создается  разряжение,  регулируемое  системой
управления. В начальный момент  клапан  управления  открывается,  в  верхней
камере  создается  разряжение,  и  расплав  вследствие  разницы  давлений  в
камерах по металлопроводу  поднимается  и  заполняет  полость  формы.  После
затвердевания отливки клапан системы управления  соединяет  полость  верхней
камеры с атмосферой, давление  в  обеих  камерах  становится  одинаковым,  а
остатки незатвердевшего  расплава  сливаются  из  металлопровода  в  тигель.
Верхняя  камера  снимается,  форма  с  отливкой  извлекается  и  цикл  может
повторятся.
  Установки такого типа используют обычно  для  улучшения  заполнения  форм
тонкостенных сложных фасонных отливок из алюминиевых и магниевых  сплавов  с
толщиной стенки 2-2.5мм, а иногда и до 1-1.5мм.
  Установки второго типа используют для отливки втулок, слитков и заготовок
простой  конфигурации  в  водоохлаждаемых  системах  кристаллизаторы.  Носок
металлического  водоохлаждаемого  кристаллизатора  погружается  в  рассплав,
находящийся в  тигле  раздаточной  печи.  Рабочая  полость  кристаллизатора,
оразующая отливку,  соединяется  вакуумом-проводом  с  вакуумным  ресивером.
Разряжение в системе создается вакуумом-насосом и регулируется  натекателем.
Поворотом   распределительного   крана   рабочая   полость   кристаллизатора
соединяется в  вакуумным  ресивером.  В  полости  кристаллизатора  создается
разрежение, и расплав  всасывается  внутрь  кристаллизатора,  поднимаясь  на
высоту,  пропорциональную  разрежению  hрт  и  обратно  пропорционально   ее
плотности. После затвердевания отливки носок  кристаллизатора  извлекают  из
ванны расплава, поворотом крана, рабочую полость соединяют  с  атмосферой  и
отливка выпадает из кристаллизатора в приемный короб.
  Особенности формирования отливки.  Форма  может  заполнятся  расплавим  с
тебуемой скоростью, плавно, без разбрызгивания, сплошным  фронтом;  расплав,
заполнивший форму, затвердевает в условиях  вакуума;  газы,  содержащиеся  в
расплаве, могут из него выделяться, благодаря  чему  создаются  условия  для
получения отливок без газовых раковин и пористости.  Для  получения  плотных
отливок  без  усадочных  дефектов  необходимо  согласовывать   интенсивности
затвердевания и питания отливки.
  Обычно  при  литье  вакуумным  всасыванием   слитков,   втулок,   расплав
засасывают  в  тонкостенный   металлический   водоохлаждаемый   катализатор,
благодаря чему отливка отливка затвердевает с высокой скоростью.
     Таким способом можно получать тонкостенные отливки типа втулок без
    стержней. В этом случае после всасывания расплава в кристаллизатор и
 намораживания на внутренних стенках кристализатора корочки твердого металла
   заданной толщины вакуум отключается и незатвердевший расплав сливается
    обратно в тигель. Таким образом получают плотные заготовки втулок без
 газовых и усадочных раковин и пористости. Способ позволяет получать отливки
   из легких цветных и медных сплавов, чугуна и стали. Наиболее часто этот
    способ исползуетсядля литья заготовок втулок, вкладышей, подшипников
      скольжения из дорогостоящих медных сталей. При этом наиболее ярко
   проявляются основные преимущества данного способа: спокойное заполнение
   формы расплавим с регулируемой скоростью, сокращение расхода металла в
 следствии устранения литников и прибылей, автоматизация процесса заполнения
                                   формы.


смотреть на рефераты похожие на "Специальные виды литья. Литье под давлением"