Формообразование деталей методами литья

v  Преимущества.

Ø  Повышенная точность геометрических размеров (по сравнению с литьем в ПФ).

Ø  Снижение шероховатости поверхностей отливок (по сравнению с литьем в ПФ).

Ø  Снижение припусков на механическую обработку на 10-20%.

Ø  Лучше санитарно-гигиенические условия.

Ø  Мелкозернистая структура отливок( > прочность).

v  Недостатки.

Ø  Сложность изготовления кокилей, их ограниченный срок службы (особенно при литье черных сплавов).

Ø  Неподатливость кокиля и металлических стержней.

Ø  Затруднен вывод газов из полости формы.

Ø  Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления

Ø  Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле. От стойкости кокиля зависит экономическая эффективность процесса.

Ø  Сложность получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы - делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.

Ø  Неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам.

Литье в оболочковые  формы

v  Сущность процесса заключается в применении тонкостенных разъемных разовые формы, изготовленных из формовочной смеси. Формовочные смеси изготавливают из мелкозернистого кварцевого песка, перемешанного с термореактивной смолой. Модельную плиту нагревают до температуры 200-250 градусов. На ее поверхность наносят разделительную смазку. Формовочную смесь наносят на на модельную плиту и выдерживают 10-30 секунд; от теплоты модельной плиты термореактивная смола переходит в жидкое состояние, склеивая песчинки с образованием песчано-смоляной оболочковой формы (толщиной 5-10 мм) в зависимости от времени выдержки. При этом  смола твердеет. Готовые оболочковые формы снимают с металлической модели и, если они разъемные, то их склеивают. В собранные оболочковые формы заливают металл. Литьем в оболочковые формы получают ребристые цилиндры, коленчатые валы и т.д. Способ применяют для стальных, и для алюминиевых отливок, простой конфигурации без внутренних полостей в серийном производстве. Формовочная смесь состоит из мелкозернистого песка (размер зерна 0,25...0,06мм) и термореактивной смолы - пульвербакелита. Способ обеспечивает получение шероховатости поверхности R_z =80...40 мкм, и точность - 12...14 квалитет. Способ легко можно механизировать и автоматизировать.

v  Преимущества способа.

Ø  Расход формовочной смеси в 8-10 раз меньше, чем при литье в песчаные формы.

Ø  Припуски составляют 0.5-1.5 мм.

v  Виды.

Ø  Бункерный.

Ø  Прессования через резиновую диафрагму.

Ø  Пескодувный.

v  Технология изготовления оболочковой формы  начинается с нанесения пульверизатором на металлическую модельную плиту разделительного состава, облегчающего снятие оболочки. Затем модельную плиту нагревают в электрической печи до температуры 200...220 °С, устанавливают над бункером и закрепляют моделью вниз. Бункер переворачивают на 180°, и формовочная смесь падает на нагретую модельную

Схема изготовления оболочковых форм:

 

Модельная плита с оболочковой  полуформой и собранная форма:

   

плиту при выдержке в течение 20...30 с смола плавится и, обволакивая  тонкой пленкой мелкие зерна песка, образует оболочку толщиной б...8 мм. Бункер возвращают в исходное положение, и  непрореагировавшая формовочная смесь  падает на его дно. Снятую с бункера  модельную плиту с непрочной  оболочкой отправляют в электрическую  печь с температурой около 350 °С. Здесь  смола в течение 90...180 с полимеризуется и необратимо твердеет, образуя прочную  оболочковую полуформу. По такой  же технологии изготавливают другую полуформу.

Для снятия готовой оболочковой  полуформы модельная плита 1 с  закрепленной полумоделью 3снабжена толкателями 4, находящимися на уровне плиты, и толкателями 2, которые выступают из нее и образуют в полуформе углубления. На другой модельной плите (здесь не показано) толкатели расположены на несколько миллиметров ниже плоскости разъема, чтобы образовать выступы на второй полуформе против углублений на первой. С помощью этих выступов и углублений фиксируют положение полуформ при сборке оболочковой формы. При нажатии на плиту 6 толкатели снимают полуформу 5 с модельной плиты. В одной из полуформ на стержневые знаки устанавливают стержень, закрывают другой полуформой, скрепляют их скобами, струбцинами или  склеивают по плоскости разъема. Собранную оболочковую форму 7 помещают в. металлический ящик 8, засыпают крупным песком или чугунной дробью 9 и заливают металлом. К моменту полной кристаллизации металла отливки смола из смеси выгорает, форма и стержни разупрочняются и легко разрушаются, освобождая отливку при выбивке.

Шликерное литье  в гипсовой форме

Шликерное литье представляет собой  формообразование находящегося в жидкой фазе парафиново-воскового шликера  на основе керамического порошка. Формообразование заготовок производится в пресс-формах. Рассмотрим два примера пресс-форм для шликерного литья.

Конструкция пресс-формы для литья  трубчатых заготовок, в том числе  пьезокерамических элементов (ПЭ) (рис. 5) должна обеспечивать наряду с точным формообразованием также возможность  удаления отливки из полости пресс-формы. Поэтому матрица пресс-формы изготавливается  сборной, состоящей из двух полуматриц 4 с вертикальной плоскостью разъема. Полуматрицы замыкаются двумя кольцами 1 с базирующими буртиками. На нижнем кольце выполнено литниковое отверстие, взаимодействующее с питающей трубкой  литьевой машины, а на верхнем кольце имеется точное отверстие – вспомогательная  база для установки стержня 3, оформляющего отверстие трубчатого ПЭ. Для упрощения  сборки и разборки пресс-формы между  стержнем и верхним кольцом устанавливается  накидная шайба 2.

Шликерное литье сферических ПЭ производится с использованием пресс-формы  многоместной конструкции (рис. 6), имеющей  горизонтальную плоскость разъема. Полости под отливки образованы сочетанием поверхностей точных углублений в матрице 1 и стержней 2.

Оборудованием для реализации операции шликерного литья является литьевая машина (рис. 7).

Каркас 1 литьевой машины изготовлен из уголковой стали и обшит  стальным листом толщиной 1,5 мм. К каркасу  крепится стальная плита 9, на которой  осуществляется монтаж основных сборочных  единиц: шликерного бака 2, механизма  прижима пресс-формы 6, ограждение 7, электромагнитного клапана 4, контактного  термометра 3, механической мешалки 5 с  электродвигателем, блока электрического управления (на рис. 7 он не показан).

Шликерный бак состоит из собственно бака загрузки шликера, питателя 12, кожуха и крышки со встроенной в неё мешалкой. В крышке бака имеется отверстие  под питатель. Для дополнительного  подогрева шликера на выходе трубчатого питателя установлен дополнительный нагреватель 11 из нихромовой проволоки.

Шликерный бак устанавливается  в прорези плиты крышки и уплотняется  с помощью вакуумной резины тремя  эксцентриковыми зажимами. Для обеспечения  равномерного подогрева шликера  пространство между шликерным баком  и кожухом заполняется жидкостью (глицерином), которая подогревается  установленным под шликерным  баком трубчатым нагревателем 13 мощностью 2кВт.

Механизм прижима пресс-формы  состоит из двух вертикальных стоек, на которых установлена подъемная  плита 8 прижима. Ограждение, представляющее собой щиток из оргстекла, служит для предохранения оператора  от ожогов горячей массой в случае её разбрызгивания.

Блок электрического управления смонтирован  на шасси и служит для регулирования  подачи сжатого воздуха через  электромагнитный клапан, для поддержания  определенной температуры шликера  с помощью системы автоматического  регулирования, датчиком которой является контактный термометр, а также для  питания электродвигателя и электронагревателя.

Для вакуумирования шликерный бак  с расплавленным шликером соединяется  с вакуумным насосом. В течение 1,5...2 ч из бака откачивают воздух, одновременно работает механическая мешалка. По окончании  вакуумирования вакуумный шланг  перекрывают, а рабочий цикл начинается с того, что открывают доступ сжатого  воздуха через электромагнитный клапан в шликерный бак и в  полость мембранной пневмокамеры механизма  прижима пресс-формы. Сжатый воздух, поступающий в полость шликерного бака, выдавливает разогретый жидкий шликер из бака через питатель в  пресс-форму 10. При выключении электромагнитного  клапана прекращается доступ воздуха  из сети в клапан, а давление воздуха  в шликерном баке и пневмокамере механизма прижима пресс-формы  падает, поскольку воздух из шликерного бака уходит в атмосферу. Этим заканчивается  рабочий цикл.

Центробежное  литье

 

Центробежное литьё, способ литья  в быстро вращающуюся металлическую  форму. Расплавленный металл под  действием центробежных сил отбрасывается  к стенкам формы и затвердевает, образуя пустотелую отливку (трубку, втулку, кольцо) без стержня. Различают  центробежное литье с разными  осями вращения; заливаемые формы - песчаные, металлические, по выплавляемым моделям, оболочковые.

 

Внешняя поверхность отливки оформляется  формой под действием центробежной силы при V=3-8 м/с. Под действием центробежной силы происходит направленное затвердевание  металла и вытеснение газовой  и усадочной пористости. Качество деталей может сильно пострадать из-за образования усадочных раковин. Отлитый в форму металл начинает затвердевать с наружных слоев, и  некоторое время поверхность  отливки представляет собой как  бы твердую корку, под которой  имеется жидкий металл. Она (корка) отделяется от еще расплавленного металла, находящегося в глубине кюветы который, уменьшаясь в объеме, не заполняет целиком  всего пространства формы.

 

   

Литье намораживанием

 

v   Сущность процесса заключатся в том, что жидкий металл из разливочного ковша через металлопровод 1 и соединительный стакан 2 подают в водоохлаждаемый кристаллизатор 3. Образовавшуюся трубную отливку 5 циклически извлекают вверх при помощи подвижной части кристаллизатора 4. Отличительной особенностью этой схемы является сифонный подвод металла к кристаллизатору, отсутствие стержня и извлечение отливок вверх.

 

v  Область применения

Ø   Получение сплошных и полых цилиндрических заготовок из серого чугуна, чугуна с шаровидным графитом и белого высокохромистого.

Литье под низким давлением

 

v  Сущность процесса заключается в заливке расплавленного металла в камеру сжатия машины и последующем выталкивании его через литниковую систему в полость металлической формы, которая заполняется под давлением. Заполнение полости происходит при высокой скорости впуска металла, которая обеспечивает высокую кинетическую энергию, поступающего в форму металла.

 

Скорость выпуска при литье  под давлением в зависимости  от типа отливки и сплава может  быть в пределах от 0,5 до 120 м/с. Различают  три способа литья под давлением.

v  Виды.

Ø  Литье с низкими скоростями впуска (0,5-2,5 м/с), обеспечивающее заполнение формы сплошным ламинарным потоком. Применяют этот способ для изготовления толстостенных отливок из алюминиевых сплавов и латуней.

Ø  Литье со средними скоростями впуска (2-15 м/с), обеспечивающее турбулентное движение расплавленного металла, при котором в результате срыв струй захватываются в поток металла пузырьки воздуха, оттесняемые затвердевающим сплавом к середине отливки. Это создает воздушную пористость, которую удалить почти невозможно,  но можно уменьшить под действием высокого давления. Изготовляют при этом отливки средней сложности.

Ø  Литье с высокими скоростями впуска (более 30 м/с), обеспечивает заполнение только в режиме турбулентного течения истока расплава, но и со значительным его распылением, результатом которого является еще больший объем захваченного в полость отливки воздуха, для уменьшения воздушной пористости и в этом случае создают высокое давление [до 500МПа(н/мм2)] Этот способ применяют для тонкостенных отливок сложной конфигурации.

v  Требования к литейным сплавам для литья под давлением.

Ø  Достаточная прочность при высоких температурах, чтобы отливка не ломалась при выталкивании.

Ø  Минимальная усадка.

Ø  Высокая жидкотекучесть при небольшом перегреве.

Ø  Небольшой интервал кристаллизации.

Этим требованиям удовлетворяют  сплавы на основе цинка, алюминия, магния и меди.

v  При литье под давлением получают высокое качество отливок. Достижимая точность: 9-11 квалитет по размерам, получаемым в одной части литейной формы и 11-12 квалитет по размерам, получаемым в двух частях формы. Точность зависит от точности изготовления формы, обычно форму изготовляют на 1-2 квалитета точнее детали. Выше указана экономически достижимая в производстве точность.

v  Шероховатость поверхности отливки зависит от шероховатости поверхности рабочей поверхности формы, продолжительности ее эксплуатации и материала отливки. Обычно рабочую поверхность формы полируют (при этом достигают параметр Ra=0,16 мкм). При литье до 500 отливок получают шероховатость поверхности Ra=1,25-0,63 мкм - для отливок из цинковых сплавов. Ra =2,5-1,25 мкм  - для отливок из алюминиевых сплавов и Ra =2,5- Rz мкм - для медных сплавов, а при изготовлении 10000 отливок соответственно получают Ra =2,5-1,25 мкм, Ra =2.5 - Rz =20 мкм, Rz = 160-80 мкм.