Литье с применением внешних воздействий на жидкий кристаллизующийся металл (литье под давлением, центробежное литье)

Литьем под давлением получают отливки в металлических формах (пресс-формах), при этом заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением (до 300 МПа).

Литье под давлением является одним из высокопроизводительных способов изготовления отливок, обеспечивающим высокое качество поверхности. Литьем под давлением обычно изготавливают отливки из цинковых, магниевых и медных сплавов. Масса отливок колеблется от нескольких граммов до нескольких десятков килограмм. Этот метод применяется для массового производства тонкостенных отливок из цветных сплавов сравнительно простой конфигурации.

Машины для литья под давлением имеют или горячую, или холодную камеры прессования.

На машинах с горячей камерой прессования (рис. 5.1) камера прессования 2 расположена в обогреваемом тигле 1 с расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера 3 металл через отверстие4 заполняет камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстие перекрывается, сплав под давлением 10…30 МПа заполняет полость пресс-формы 5. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного металла сливаются в камеру прессования, а отливка удаляется из пресс-формы выталкивателями 6. Получают отливки из цинковых и магниевых сплавов массой от нескольких граммов до 25 кг.

Холодную камеру заполняют вручную. Машины с холодной камерой прессования способны развивать несколько более высокое давление на жидкий металл.

Рис. 5.1. Литье под давлением в машине с горячей камерой прессования

Литье под давлением в машине с горячей камерой прессования: 1 — чугунный тигель; 2 — отверстие, через которое металл поступает в прессовый стакан; 3 — прессующий поршень; 4 — цилиндр прессования; 5 — прессовый стакан; 6 — металлопровод; 7 — пресс-форма; 8 — мундштук

Расплавленный металл заливается в камеру прессования специальной машины (рис. 5.2), а затем под действием прессующего поршня, перемещающегося в этой камере, через литниковые каналы заполняет с высокой скоростью полость формы. Затвердевание металла происходит под высоким давлением. По окончании затвердевания сначала извлекаются стержни 3, затем форма раскрывается и толкатель 4 удаляет отливку из пресс-формы. Скорость подачи жидкого металла в пресс-форму составляет примерно 0,5 м/с, а конечное давление на металл может составить от 40 до 100 МПа. Форма заполняется за десятые доли секунды, а особо тонкостенные отливки – за сотые. Это позволяет, несмотря на высокую скорость охлаждения металла в форме, изготавливать отливки с очень тонкими стенками. Такие машины применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45 кг.

Литье под давлением в машине с холодной камерой прессования: а—заливка металла; б — удаление стержня; в — разъем пресс-формы; г — выталкивание отливки; 1 — камера прессования; 2 — прессующий поршень; 3 — металлический стержень; 4 — толкатель

К числу недостатков литья под давлением можно отнести: высокую стоимость пресс-форм, трудность получения отливок со сложными поверхностями, опасность возникновения трещин на отливках, появление в отливках воздушно-газовой пористости.

Одной из разновидностей рассматриваемой технологии является литье под низким давлением (рис. 5.3). Тигель с металлом 5 герметически закрыт крышкой 2, в которую вмонтирован металлопровод 4. Металлопровод погружен в металл, почти до дна тигля. Песчаную форму устанавливают на крышке и соединяют с металлопроводом.

Воздух или инертный газ закачивается под давлением до       0,1 МПа в полость тигля и давит на зеркало жидкого металла. Под действием избыточного давления металл поступает в форму со скоростью, регулируемой давлением. По окончании заполнения формы и затвердевания отливки полость камеры соединяют с атмосферой и незатвердевший металл из металлопровода стекает в тигель.

Литьем под низким давлением изготавливают отливки из алюминиевых и магниевых сплавов, реже – из медных сплавов при серийном и массовом производстве.

Одним из существенных преимуществ метода является возможность регулировать скорость потока заполнения формы, что важно для улучшения качества тонкостенных крупногабаритных отливок.

Рис.5.3. Литье под низким давлением

Литье под низким давлением: 1 — песчаная форма; 2 — крышка; 3 — вентиль, регулирующий поступление газа в тигель; 4 — металл; 5 — тигель с жидким металлом

Центробежное литье – это способ формирования отливок под действием центробежных сил при свободной заливке металла во вращающиеся формы. Центробежным способом получают отливки из  чугуна, стали, сплавов на основе меди, алюминия, цинка, магния, титана и др.

Формирование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.

Центробежное литье осуществляют на центробежных машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения в металлических, песчаных, оболочковых формах и формах для литья по выплавляемым моделям.

Центробежным литьем изготавливают отливки из чугуна, стали, сплавов титана, алюминия, магния и цинка (трубы, втулки, кольца, подшипники качения, бандажи железнодорожных и трамвайных вагонов).

Масса отливок – от нескольких килограммов до 45 тонн. Толщина стенок от нескольких миллиметров до 350 мм. Центробежным литьем можно получить тонкостенные отливки из сплавов с низкой текучестью, что невозможно сделать при других способах литья.

Металлические формы изложницы изготовляют из чугуна и стали. Толщина изложницы в 1,5…2 раза больше толщины отливки. В процессе литья изложницы снаружи охлаждают водой или воздухом.

На рабочую поверхность изложницы наносят теплозащитные покрытия для увеличения срока их службы. Перед работой изложницы нагревают до 200 ºC.

При получении отливок типа тел вращения большой длины (трубы, втулки) на машинах с горизонтальной осью (рис. 6.1) вращения изложницу 1 устанавливают на опорные ролики и закрывают кожухом2. Изложница приводится в движение электродвигателем.Расплавленный металл из ковша 4 заливают через желоб 3, который в процессе заливки металла перемещается, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Для образования раструба трубы используют песчаный или оболочковый стержень. После затвердевания металла готовую отливку извлекают специальным приспособлением 6.

При получении отливок на машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси (рис. 6.2) металл из ковша 4 заливают во вращающуюся форму 1, укрепленную на шпинделе, который вращается от электродвигателя.

Под действием центробежных сил металл прижимается к боковой стенке изложницы. Литейная форма вращается до полного затвердевания отливки. После остановки формы отливка 5 извлекается.

Отливки, полученные на машине с вертикальной осью вращения, имеют разностенность по высоте – более толстое сечение в нижней части. Применяют для получения отливок небольшой высоты – коротких втулок, колец, фланцев.

Недостатки центробежного литья: наличие усадочной пористости, ликватов и неметаллических включений на внутренних поверхностях; возможность появления дефектов в виде продольных и поперечных трещин, газовых пузырей.

Преимущества центробежного литья: получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней, экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы, возможность получения двухслойных заготовок, что получается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь – чугун, чугун – бронза).

Для изготовления фасонных отливок центробежный способ применяется сравнительно редко, за исключением литья тонкостенных деталей из титановых сплавов.

На рис. 6.3 показана схема изготовления фасонных отливок центробежным способом в металлических (а) и песчаных (б) формах.

Используют автоматические и многопозиционные карусельные машины с управлением от ЭВМ.

Для центробежного литья применяются машины с горизонтальной (рис. 6.1) и вертикальной (рис.6.2) осями вращения.

Рис. 6.1. Машина для центробежного литья с горизонтальной осью вращения

Рис. 6.2. Машина для центорбежного литья с вертикальной осью вращения

Рис. 6.3. Изготовление фасонных отливок центробежным литьем

Изготовление фасонных отливок центробежным литьем: а — металлическая форма; б — песчаная форма; 1 — стояк; 2 — металлическая форма; 8,4,7 — стержни; 5 — нижняя полуформа; 6 — верхняя полуформа

На рис. 6.3  показана схема изготовления фасонных отливок центробежным способом в металлических (а) и песчаных (б) формах.