Литье алюминия под низким давлением

Самые популярные технологии литья алюминиевых сплавов под давлением

При изготовлении сложных конструкций в промышленности используют метод, при котором материал подается под высоким давлением. Детали могут иметь разнообразные конфигурации, а также допустимые параметры точности и шероховатости на поверхности. Литье алюминиевых сплавов под давлением — автоматизированный процесс, при котором повышается производительность и качество, а затраты снижаются.

Литье алюминиевых сплавов под давлением

Характеристики алюминия

Основные механические свойства материала при нормальной температуре:

• номинальная плотность — 2700 кг/м³ ;
• удельный вес материала — 2,7 г/см³ ;
• плавится материал при температуре 659°С;
• закипает алюминий при значении 2000°С;
• внутренний коэффициент расширения при нагреве 22,9*10⁶ 1/град.

Проводимость электричества у алюминия изменяется в зависимости от его состояния, при термической обработке данный параметр увеличивается. Удельное сопротивление в нормальных условиях составляет 0,029 мкОм*м. В результате повышенного коэффициента проводимости тепла, который равен 0,5 кал/см*с*С его используют при изготовлении батарей отопления.

После процесса литья на поверхности материала появляется защитное покрытие при взаимодействии металла с кислородом. Пленка является химически неактивной и эффективно защищает алюминий от коррозии.

При изготовлении чистого материала на поверхности не образуется пор, и на него не влияет агрессивная среда.

Алюминий устойчив к таким веществам:

• воде (чистой и с примесями);
• растворам на основе магниевых, аммониевых и натриевых солей;
• сернистой, уксусной и другим кислотам;
• хромовым и фосфорным растворам;
• аммиачному раствору.

Металл вступает в реакцию с такими веществами:

• серной кислотой слабой концентрации;
• хлорной кислотой;
• щелочными растворами высокой концентрации;
• щавелевой кислотой.

Что такое литье алюминия под давлением?

Изготовление алюминиевых сплавов под давлением — востребованный процесс, при котором получают металлические изделия необходимой формы и сложности. При помощи данного способа на производстве добиваются повышенного качества, надежности, а также требуемой прочности для заготовки.

На литейном производстве металлический расплав заливается в изготовленную форму под высоким давлением специальным механизмом. Форма представляет собой приспособление, состоящее из двух частей, которые при необходимости разъединяются.

Данный способ отличается от аналогов высокой точностью, из-за чего в процессе удается избежать брака, что является преимуществом. Изделия, произведенные под давлением, применяют в автомобилестроении и авиатехнике, а также в некоторых приборах.

Особенности промышленного процесса

По технологии литья материал, нагретый до температуры 600°С, поступает в подготовленную форму, изготовленную из стали, при повышенном давлении. Основные отличия способа от аналогичных:

• ускоренный нагрев заготовки до критического значения, при котором происходит плавление;
• благодаря автоматическому управлению происходит точное дозирование сырья;
• увеличенное давление, при котором удается изготавливать изделия сложной геометрии;
• автоматизация производства, в результате чего исключается вмешательство ручного труда;
• повышенная производительность и скорость, из-за чего сокращаются энергозатраты.

Форма для отливки

Необходимое оборудование

После литья материла не требует обработки, в результате получают готовые детали и узлы.

Для такого метода в промышленности применяют специальное оборудование, машины с горячими и холодными камерами, при условии соответствия параметрам.

Емкости плавления с высокими температурам нагрева используются для изготовления сплавов, в составе которого имеется цинк. При этом материал подают в форму с малой скоростью, в результате она заполняется полностью.

Сплавы, которые содержат магниевые и медные добавки, разливают под высоким давлением до 700 Мпа. Благодаря такому способу повышают производительность в промышленности, при снижении трудоемкости.

При выборе оборудования для производства сплавов алюминия производители рекомендуют учитывать некоторые необходимые технические параметры:

• собственный вес отливки влияет на оснащение механизма дополнительными средствами такими, как насосные станции, а также поршневые установки;
• по размерным характеристикам подготавливают производственные помещения, а также на их основании устанавливают вентиляцию;
• при покупке потребитель ориентируется на показатели производительности, от которых зависит стоимость оборудования.

Агрегаты для литья имеют крупные габариты и используются в производственных помещениях, однако технологии позволяют изготавливать машины небольшого размера, которые применяют в мастерских. Все механизмы оснащаются системами с программным управлением, а также датчиками температуры и давления. С их помощью оператор может контролировать процесс.

Литье алюминия в домашних условиях

При алюминиевом литье под давлением в условиях небольшой мастерской применяют аналогичные технологические особенности с некоторыми изменениями. В быту расплав выливают в подготовленные формы.

Подготовка к процессу

Для сохранения стабильности при литье металла рекомендуется соблюдать некоторые правил:

• Самостоятельно изготовить агрегат для расплава заготовки.
• Собрать форму, в которую в дальнейшем будет заливаться сплав.

Непосредственно процесс отлива алюминия состоит из нескольких этапов:

• очистка сырья от загрязнений, нарезка на определенные заготовки для ускорения плавления;
• нагрев металла до критического значения, удаление с поверхности шлаков;
• разлив материала в форму.

Особенности производства форм

Изготовление толстостенных отливок — это первоначальный этап перед непосредственным литьем. В быту сплавы производят закрытым и открытым способом.

Материалы для литых форм

Для изготовления специальных форм применяют следующие материалы:

• Землю с содержанием кремния укладывают в подготовленную емкость слоями, при этом уплотняя ее. В промежуток устанавливается макет, соответствующий детали, которую будут отливать.
• Песок в соединении с жидким стеклом.
• Цемент в растворе с жидкостью, применяемой в тормозных системах.
• Гипсовые смеси.

Закрытая форма

Данный вид формования используется для производства заготовок сложных форм с высоким качеством. При этом форма состоит из двух составных частей, на которых выполняют будущий силуэт детали.

Закрытая форма

Открытый способ литья

При таком методе жидкий алюминий заливают в форму из подручных материалов, например, консервную банку. При остывании металла его достают, постукивая по стенкам.

Порядок работ

При плавке алюминия необходимо:

• подготовить печь, изготовить ее из кирпичей;
• растопить печь при помощи угля и установить в ее полость емкость, в которой будет плавиться металл;
• убрать с жидкого материала поверхностный шлак;
• разлить в полости пресс форм;
• после остывания очистить деталь от остатков песка или гипса.

Основные ошибки при литье алюминия

При литье могут совершаться некоторые ошибки, которые рекомендуется избегать:

• формы из гипса необходимо просушивать до 2 дней;
• при полном плавлении металла следует быстро заполнить им подготовленные формы;
• запрещается остужать материал при помощи воды.

Соблюдение требований безопасности и технологического процесса позволит получить на выходе сплав высокого качества без вредных примесей.

Поддержите канал, просто читайте наши статьи, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах! Так же заходите на наш сайт, там Вы найдете множество информации о металлах, сплава и их обработке.

Литье под низким давлением

Изготовление металлических предметов путем литья известно человечеству несколько тысячелетий. Все это время расплав стекал в форму под действием земного притяжения.

Схема литья под низким давлением

В середине ХХ века был изобретен и запатентован новый метод литья, суть которого состоит в подаче расплава в форму и его остывания под низким избыточным давлением воздуха. Метод применяется для изготовления деталей из цветных металлов, их сплавов и пластмасс.

Виды литья под давлением

Литье металлов под низким давлением

Литье под низким давлением завоевало заслуженную популярность в цветной металлургии. Большая часть деталей малых, средних и больших серий для многих отраслей промышленности получают этим способом.

Установка для литья под низким давлением

Традиционное литье цветных металлов и их сплавов сохраняет свои позиции при изготовлении украшений, скульптур и микросерийных изделий.

Литье пластмасс под давлением

Литье из пластмасс возникло практически сразу после внедрения метода литья из металлов и стало широко использоваться. 95 % всех деталей, получаемых из пластиков, изготавливаются способом литья. Разработано и широко применяется несколько способов литья из пластмасс:

• Инжекционный. Наиболее употребляемый способ, характеризуется высоким давлением и скоростью впрыскивания материала в форму. Применяется для изделий сложной геометрии, с тонкими или толстыми стенками.
• Интрузивный. Избыточное давление невысоко, первоначальный объем впрыскиваемого материала меньше объема формы. Материал продолжает расширяться в форме и заполняет ее. Применяется для отливок несложной формы и с низкой детализацией поверхности.
• Инжекционно-прессовый. Используется для изделий с большой поверхностью. Давление на расплав, кроме усилия подачи, производится также и за счет смыкания частей формы.

Литье под высоким давлением

Метод применяется как в черной, так и в цветной металлургии и позволяет получать наиболее точные и однородные отливки. Метал под высоким напором поступает в форму со скоростью до 120 м/с. и мгновенно заполняет форму.

Литье под высоким давлением

Деталям, полученным литьем под давлением металлов, практически не требуется финишная механическая обработка. Таким методом можно отливать детали практически любой конфигурации, с тонкими стенками, с готовыми отверстиями и даже с готовой резьбой.

Инжекционное литье

Инжекционный метод от обычного литья под давлением тем, что металл попадает в матрицу в виде порошка, смешанного со связующим веществом. Формы делают из высокопрочных сталей. Высокая текучесть смеси позволяет заполнить мельчайшие детали рельефа форм самой сложной конфигурации, включающих внутренние полости.

Инжекционное литье металлов

Достоинством этого метода является высокая точность поверхности, делающая ненужной дополнительную механическую обработку или сводящую ее к минимуму.

Другим преимуществом является высочайшая физико-химическая однородность отливки, что обуславливает ее высокую прочность и низкий износ.

Технология литья под низким давлением

Установка для литья низкого давления это сложный и глубоко автоматизированный производственный комплекс, с самым низким количеством ручных операций.

Комплекс находится в герметичной камере и включает в себя:

• тигель для расплавления шихты;
• опускаемый в тигель металлопровод;
• форму с каналами подачи расплава и системой газоотведения;
• трубопроводы для наддува воздуха или инертного газа;
• автоматика регулирования температуры и давления.

Избыточное низкое давление заставляет жидкий металл подниматься вверх по опущенному в расплав металлопроводу и заполнять собой все полости формы.

По окончании заливки остатки металла стекают обратно в тигель и не расходуются впустую на заполнение литниковой системы. После остывания отливки до заданной температуры газы через системы фильтрации выпускают в атмосферу.

Нахождение вредных для здоровья людей веществ внутри герметичного объема и их фильтрация улучшают условия труда и общую экологичность производства.

Главными параметрами комплекса, определяющими производительность и производственные возможности, являются:

• рабочий объем герметичной камеры;
• площадь внутреннего сечения металлопровода;
• максимальное давление;

Особенности литья под давлением состоят в том, что по мере расходования расплава уровень его в тигле становится низким, соответственно увеличивается объем камеры и в ней снижается давление.

Другой важной особенностью является возможность последовательного затвердевания отливки.

Чтобы выдержать заданную скорость подачи расплава, необходима четкая работа систем автоматического поддержания ключевых параметров.

Смазки для литья под давлением, кроме создания разделительного слоя и препятствования образованию задиров, должны также способствовать высокому качеству поверхности, обеспечивать низкое количество случаев облоя и нагара и увеличивать ресурс пресс-формы.

Недостатки литья под низким давлением

К сожалению, кроме достоинств, методу низкого давления свойственен и ряд недостатков:

Характеристики литья под низким давлением

• Низкий ресурс металлопровода, контактирующего с жидким металлом. Это мешает применять метод для тугоплавких металлов и их сплавов.
• Сложность управления скоростью потока.
• Снижение уровня расплава в установке по ходу заливки его в формы.
• Достижение низких физико-химических свойств сплава из-за долгого пребывания в тигле. Это может привести к дефектам литья под давлением.
• Общая сложность наладки и использования системы.

Участок литья под низким давлением

Недостатки метода с лихвой окупаются его преимуществами:

• Автоматизация заливки металла.
• Низкая трудоемкости заливки, особенно важна автоматизация работ во вредных условиях труда.
• Возможность управлять скоростью истечения расплава, оперируя наддувом воздуха или нейтрального газа. Это позволяет повысить заполняемость форм для отливки тонкостенных изделий.
• Повышение качества отливок за счет повышения однородности изделия.
• Экономия использования металла от 30% до 3 раз. Достигается за счет возврата жидкого расплава в тигель.

Исходя из финансовых исследований, в среднем по отрасли инвестиции в переход на метод литья под низким давлением возвращаются за полгода — год.

Формы для литья под давлением

Популярны среди производителей металлические формы, или кокили. Их делают из жаропрочного чугуна или стали, металлопровод — из титанового сплава. Кокили для небольших деталей изготовляют методом отливки или, если нужна большая точность — путем фрезерования.

Особое внимание необходимо уделять точности совпадения частей кокилей, поскольку им придется выдерживать повышенное давление. Литье в кокили применяют для производства серийных отливок. Стальные и чугунные формы выдерживают до 300 рабочих циклов.

Весьма важно периодически проверять состояние кокилей, чтобы свести к минимуму риск брака или даже повреждения оборудования вследствие разрушения формы.

Форма для литья под давлением

Стержни должны быть высокопрочными, чтобы успешно противостоять деформациям при наполнении формы расплавом.

Формовочные смеси должны обязательно иметь низкую сопротивляемость прохождению газов, чтобы обеспечить своевременное их отведение и добиться низкого уровня дефектов литья.

Электрическое оборудование для литья под давлением преимущества и недостатки

К электрооборудованию для литья под низким давлением, прежде всего, относятся плавильные печи, предназначенные для нагрева тигля. Они монтируются на стальных рамах и снабжены нагревательными спиралями из высокоомных сплавов, заключенными в керамические трубки. Печь также оборудована датчиками температуры и системой регулирования нагрева.

Машина для литья под давлением

Основным преимуществом электрической печи перед газовыми или мазутными печами являются

• простота конструкции;
• легкость регулировки;
• простота подключения к системам автоматике;
• низкая пожароопасность.

В качестве недостатка можно отметить высокую по сравнению с топливными печами стоимость ресурса в расчете на ту же массу расплавляемого металла. Разница становится заметной при больших партиях и соответственно при большой суммарной массе отливок.

Система нагнетания воздуха (или инертного газа) обычно делается электрической.

Общая тенденция в производстве оборудования

Применение литья металлов под давлением

Преимущества метода обуславливают его широкое применение на предприятиях самого разного профиля.

Большое число хорошо зарекомендовавших себя на рынке производителей предлагают литейные комплексы под ключ и предоставляют услуги по монтажу, наладке и обслуживанию оборудования, а также по обучению персонала.

Аэрокосмическая область применения литья под давлением

Литье под низким давлением применяют в следующих отраслях:

• Аэрокосмическая. Детали самолетов и космической техники.
• Автостроительная. Блоки цилиндров, корпуса и детали карбюраторов, масляных и топливных насосов, гидравлики, кондиционеров и т.п.
• Производство бытовой техники. Рамы и корпуса, детали и агрегаты.
• Приборостроение. Корпуса и шасси.
• Отопительные приборы.
• Производство компьютерной техники и смартфонов.

Сфера применения метода постоянно расширяется по мере совершенствования технологии и технического перевооружения действующих предприятий.

Новые предприятия цветной металлургии во многих странах мира оснащаются преимущественно комплексами литья под низким давлением.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Литье под низким давлением: машина литья, преимущества — Токарь

Чтобы сделать качественную отливку, недостаточно просто расплавить металл, перелить его в подготовленную заранее форму и дать остыть.

Так получится изделие малой прочности, с неровными поверхностями. Чтобы этого избежать, применяется литье под давлением.

Технология основана на использовании промышленного оборудования, которое создает рабочую среду для изготовления качественных отливок.

Сферы применения

Технологический процесс отливки под нагрузками позволяет получать отливки с высоким показателем прочности. Благодаря воздействию высокого давления из изделия выходят пузырьки воздуха, что положительно сказывается на механических свойствах материала. Применение данной технологии:

• изготовление карбюраторов для автомобилей;
• создание сантехнических деталей;
• изготовление частей для бытовых приборов.

Литье под нагрузками применяется при изготовлении деталей для компьютеров, различной электроники.

Преимущества и недостатки метода

Любой технологический процесс имеет как сильные, так и слабые стороны. Преимущества литья под давлением:

1. Изменение свойств отливки. Увеличиваются параметры прочности, твердости материала.
2. Возможность использовать формы для литья несколько раз подряд.
3. Улучшается качество поверхности изделия.
4. Высокая точность соблюдения установленных размеров отливок.
5. Возможность создания тонкостенных изделий (менее 1 мм).
6. Нет дополнительных процессов сборки, разборки, выбивки готовых деталей из форм.
7. Современное оборудование позволяет регулировать скорость поступления расплавленного металла.

Недостатки процесса:

1. Конструкции для заливки быстро изнашиваются, если часто работать с высокими температурами.
2. Крайне сложно изготавливать изделия с отверстиями, выемками, полостями.
3. При охлаждении изделия получают внутреннее напряжение.
4. Нельзя создавать крупногабаритные заготовки, поскольку оборудование ограничено по мощности.

Работая с машинами для литья под давлением, нельзя забывать, что по этой технологии материал набирается воздушных вкраплений. Это ухудшает его прочность, способствует быстрому разрушению. Избавиться от пузырьков воздуха можно увеличивая нагрузки. Однако для этого нужно мощное оборудование.

Оборудование

Когда выполняется технологический процесс, применяется два вида машин для литья под давлением:

1. С горячей камерой. Используются для создания отливок из металлов, которые плавятся от температуры до 450 градусов по Цельсию. Конструкция устроена так, что во время рабочего хода поршня, через который передаётся давление, расплавленный металл сам заполнят пресс-форму. Когда она заполняется до краёв, срабатывает датчик, передающий сигнал на поршень. Он начинает движение вниз. После кристаллизации материала форма раскрывается автоматически. Подвижные механизмы выталкивают отливку наружу. Оборудование работает при сложных условиях. Из-за этого часто выходят из строя разные детали станка.
2. Машины с холодными камерами. Нагнетают небольшое давление (до 100 МПа). Мастер должен залить расплавленный материал в камеру, которая предназначена для прессования. Далее под воздействием нагрузок будущее изделие направляется к пресс-форме. Металл кристаллизуется. После этого подвижные элементы открывают конструкцию для застывания. Из заготовки удаляется стержень, после которого остаётся свободная полость. Пресс выталкивает изделие наружу.

Машины с холодными камера не позволяют получать тонкостенные детали из-за быстро охлаждения материала.

Машина для литья под давлением

Технический процесс

Литье металлов под давлением имеет несколько этапов, которые должны следовать строго друг за другом. Если технология будет нарушена, результат не будет соответствовать норме. Этапы проведения работ:

1. Изготавливается форма для создания отливок.
2. Она закрепляется на машине.
3. Металл расплавляется и подаётся в камеру для прессования.
4. Под воздействием возрастающих нагрузок, он на высокой скорости переливается в пресс-форму.
5. Далее материал кристаллизуется, одновременно на него начинает воздействовать рабочий поршень.
6. Когда изделие будет готово, удерживающая конструкция автоматически открывается. Подвижные элементы выдавливают детали из машины.

Автоматизированное оборудование требует от мастера контроля за подвижными элементами, проверки заготовок. Изготовление конструкций для создания отливок сложной формы требует точного составления чертежа, использования высокопрочных сплавов, металлов. Они должны выдерживать нагрузку, превышающую 500 МПа.

Литье под давлением — технология, позволяющая изготавливать металлические изделия с тонкими стенками. Применяется в разных отраслях промышленности. Важно знать основные этапы технологического процесса, учитывать используемый материал, возможность оборудования. Высокие нагрузки могут вывести машину из строя, испортить структуру металла.

машина литья под давлением Принципы литья под давлением Ссылка на основную публикацию

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.

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.

Литье под давлением

Литье под давлением – это высокопроизводительный автоматизированный технологический процесс создания тонкостенных деталей из цветных металлов, стали и пластмасс.

С высокой скоростью жидкий расплав заполняет пресс форму. и далее в результате под давлением получаются отливки заданной формы.

Эта статья подробно описывает технологию, оборудование и изделия, которые можно получить при помощи метода.

Описание технологических операций

Процесс литья под давлением осуществляется в стальных пресс-формах. Расплавленный материал подаётся в пресс-форму и кристаллизуется там под воздействием высокого давления.

Пресс-форма это технологическая литейная оснастка, сконструированная из подвижной и неподвижной стальных частей. Подвижная половина передвигается по направляющим цилиндрам, неподвижная закреплена на стационарной плите.

Перед заливкой подвижная часть плотно прижимается к неподвижной гидроцилиндром и фиксируется в этом положении специальными замками. После застывания заготовки, подвижная часть оборудования отъезжает, а отливку выталкивают механические толкатели.

Перед смыканием пресс-формы, контактирующие с расплавленным металлом поверхности, покрывают разделительной смазкой.

Специальный состав обеспечивает беспрепятственное отделение отливок после литья, защищает сталь от негативного воздействия высоких температур.

Холодная камера – это горизонтальный цилиндр, с поршнем внутри и воронкой, предназначенной для заливания расплава. После заливки металла, поршень движется внутри цилиндра, нагнетая расплав в пресс-форму.

После заполнения формы повышается усилие на поршень для создания достаточной величины давления для кристаллизации металла.

Горячая камера для прессования представляет собой ванну с расплавом, которая расположена в подогреваемом чугунном тигле. Поступательное движение поршня выталкивает расплав из тигля. Металл поднимается по каналу и поступает в пресс-форму. В конструкции канала предусмотрен подогреваемый мундштук. Этот элемент нужен, чтобы жидкий металл не затвердевал внутри.

После застывания детали, остатки расплава из канала сливаются обратно в чугунную ванну. Оборудование этого типа применяется для изделий из сплавов цинка и магния.

Температура нагрева расплава

Нагрев материала для литья под давлением осуществляется исходя из марки сплава и геометрических параметров детали. Если расплав перегрет, при заполнении пресс-формы брызги попадают в отверстия для вентиляции и закупоривают их. Это приводит к ухудшению газоотвода и, как следствие, к возникновению пор в отливке.

Высокая температура жидкого металла приводит к увеличению времени затвердевания изделия, как следствие нужно больше времени на весь технологический процесс.

Увеличивается износ оборудования из-за длительного соприкосновения с перегретым расплавом.

При литье под давлением расплав спрессовывают при минимальной температуре. Цветные металлы нагревают всего на 10–300ºС выше температуры, при которой сплав полностью твердеет. При небольших толщинах элементов отливки сплав нужно нагревать сильнее. Для литья больших изделий простой конфигурации сплав нагревают чуть выше температуры плавления.

Для деталей, к которым предъявляются высокие требования по прочности, металл заливают в твердо жидком состоянии. За счет этого обеспечиваются следующие преимущества:

• предотвратить появление усадочных дефектов в отливке;
• снизить тепловое воздействие на оборудование;
• снизить время охлаждения изделия;
• уменьшить опасность приваривания пресс-формы и отливки.

Металл с включениями твёрдой фазы можно прессовать только в установках, с холодной камерой. При использовании оборудования с горячей камерой есть риск застывания расплава в подводящем канале.

Пример литья под давлением деталей из алюминия – процент твёрдых частиц в расплаве, когда пресс-форма беспрепятственно заполняется, а качество отливки остаётся на высоком уровне, составляет от 40 до 60%.

Скорость подачи расплава в пресс-форму

Поршень спрессовывает металл в пресс-форму с определённой скоростью. Значение выбирается в зависимости от характеристик сплава и геометрических параметров отливки.

Если изделие простое с толстыми стенками высокая скорость прессования не нужна. Если деталь имеет сложную геометрию и тонкие элементы скорость запрессовки должна быть высокой.

Это требуется, чтобы расплав успел заполнить все узкие полости до затвердевания.

Слишком большая скорость подачи расплавленного материала становится причиной следующего явления: струя разделятся на мелкие капли, образуя смесь расплава и воздуха. Если количество каналов для отвода газов недостаточно или они забиты металлом, пузырьки воздуха останутся в отливке. Это приведёт к образованию пор в металле, чтобы исключить такие дефекты пресс-форму помещают в вакуум.

От скорости движения расплава зависит качество отливок и долговечность оборудования. Если скорость литья под давлением слишком высокая, то защитную смазку с соприкасающихся с жидким металлом поверхностей может смыть. Из-за этого отливка приварится к пресс-форме, и при выталкивании ее может повредить или сломать.

Слишком медленная подача, снизит качество детали. Металл будет застывать прямо во время заполнения формы до того, как усилие будет увеличено. Скорость поступления расплава в пресс-форму при литье под давлением обычно выбирается в диапазоне от 10 до 50 м/с. Небольшую скорость используют для литья деталей из стали, медных сплавов, высокая скорость требуется для сплавов олова и цинка.

Давление на расплав при застывании

В момент, когда расплав полностью заполняет пресс-форму, усилие на поршень многократно увеличивается. Воздействие давлением не прекращается до тех пор, пока металл полностью не затвердеет.

В результате возрастает плотность и механические характеристики отливки, в ней не образуются усадочные дефекты.

При повышении усилия сжатия уменьшается количество бракованных изделий, растёт чистота поверхности металла, повышается качество отливок.

Чем выше требования к прочности детали, тем больше должно быть усилие прессования. Алюминиевые сплавы прессуют давлением от 40 до 200 МПа. Для сплавов на основе магния используют от 40 до 180 МПа. Цинковые сплавы повергают давлению от 10 до 50 МПа. Для обеспечения высокого качества при увеличении толщины стенки нужно повышать давление при кристаллизации.

Температура подогрева пресс-формы

Перед подачей жидкого сплава литейное оборудование нужно нагреть до определённой температуры, которая подбирается для каждого сплава в зависимости от толщины стенок изделия. Температура предварительного подогрева пресс-формы:

• для литья цинка до 120–1600 ºС;
• магния 200–2400 ºС;
• алюминия 180–2500 ºС;
• стали 200–2800 ºС;
• латуни 280–3200 ºС.

Если отливка тонкостенная – пресс-форму нагревают до температуры ближе к большим значениям указанных выше интервалов. Для толстостенных деталей – ближе к нижнему значению. Это нужно чтобы в тонкостенных отливках расплав не затвердел в процессе заполнения формы. В технологии заливки больших деталей напротив необходимо увеличить скорость застывания.

Преимущества и недостатки литья под давлением

Отливки, выполненные на установках для литья под давлением – это детали, с низкой шероховатостью, высокой точностью исполнения, которым не нужна механическая обработка или она минимальна. После литься детали поступают на отрезные прессы, где с них удаляются литники и промывники.

Состоящий из небольшого количества операций процесс может быть полностью автоматизирован. Из-за простоты операций, быстрого затвердевания металла и автоматического извлечения изделий этот процесс является высокопроизводительным.

Эту технологию не применяют для изготовления больших отливок, так как преимущества метода пропадают из-за неравномерного затвердевания, а из-за высокой цены габаритного высокоточного оборудования использование этого способа экономически нецелесообразно.

Применение

Литье под давлением изготавливают тонкостенные детали со сложной геометрией. Этой технологией делают изделия из меди, алюминия, цинка, магниевых сплавов, сталей и пластика. Эта технология позволяет выполнять геометрически сложные отливки с толщиной элементов до 1 мм.

Литье под давлением применяют в следующих отраслях промышленности:

• приборостроение;
• автомобилестроение;
• самолётостроение;
• станкостроение;
• изготовление элементов смесителей.
• производство бытовой техники;

Литье под давлением широко используют для производства изделий из полиэтилена, полипропилена и других синтетических материалов. Из-за большой стоимости применяемой оснастки эта технология экономически обоснована только в массовом или крупносерийном производстве.

Сегодня ни одно машиностроительное предприятие, массово изготавливающее детали бытовой техники, приборы, двигатели внутреннего сгорания и другие высокотехнологичные механизмы, не может обойтись без установок для литья под давлением.