Литье под давлением

Беккер.М.Б., Заславский М.Л.

Машиностроение, 1990 г.

При литье под давлением основными факторами, определяющими формирование отливки, являются давление в камере прессования и пресс-форме, скорости движения поршня и впуска жидкого металла в форму, параметры литниково-вентиляционной системы, температуры заливаемого металла и формы, режимы смазывания и охлаждения рабочей полости формы и камеры прессования.

Совокупность таких параметров, как давление в потоке металла, скорость движения металла, противодавление, возникающее вследствие затрудненного удаления воздуха и газообразных продуктов сгорания смазочного материала, образует гидродинамический режим формирования отливки. Температуры заливаемого сплава и формы, продолжительность заполнения и подпрессовкй, а также темп работы определяют тепловой режим процесса.

От правильного выбора технологических режимов заполнения и подпрессовки, определяющих конструкцию пресс-формы, тип и мощность машины для литья под давлением, зависит качество отливок.

Теоретические основы процесса литья под давлением разработаны на основе проведенных научных исследований и накопленного производственного опыта. Они достаточно подробно изложены в работах [6, 73, 87, 85].

Гидродинамический режим формирования отливки создает кинетику заполнения, газовый режим формы, характер распределения газовых включений в отливке и качество рельефа ее поверхности. давление в потоке металла возникает в результате сопротивления движению металла при прохождении его через тонкие сечения полости пресс-формы и обтекании стержней, при поворотах, сужениях и расширениях потока. В случае отсутствия сопротивления величина гидродинамического давления в потоке определяется противодавлением воздуха и газов, удаление которых затруднено из-за невозможности выполнения вентиляционных каналов большого сечения..

2.1. СПЛАВЫ

Для литья под давлением наиболее широко используют алюминиевые сплавы, имеющие хорошее сочетание физических, механических и технологических свойств. Второе место по объему выпуска отливок занимают цинковые сплавы, затем магниевые и медные. литье сплава каждого типа осуществляется по определенной технологии процесса и, как правило, на оборудовании, соответствующем особенности сплава. В табл. 2.1 дана сравнительная оценка сплавов по 5-балльной шкале, основанная на их физических, механических и литейных свойствах. Лучшие свойства соответствуют 5 баллам.

Физические и механические свойства сплавов, а также параметры процесса приведены в табл. 2.2.

Целям повышения рентабельности производства, обеспечения централизации плавильного отделения и стабилизации технологических режимов служит унификация сплавов. Многие крупнейшие производства стремятся использовать всего один или два сплава. Анализ литературных и производственных данных показывает, что в качестве основных можно принять алюминиевые сплавы АЛ2, АЛ4 и АЛ32, цинковые ЦА4 и ЦА4М1, магниевый МЛ5, латуни ЛЦ40Сд и ЛЦ40МаЗЖ.

Алюминиевые сплавы. На первой стадии развития литья под давлением в СССР применяли используемый для литья в кокиль сплав АЛ9 (7% Si и 0,3% Mg). Однако в отливках, полученных литьем под давлением, имела место повышенная пористость, поэтому стали использовать сплавы АЛ2 (12% Si) и АЛ4 (9% Si и 0,3% Mg) (ГОСТ 2685—75). Сплав АЛ2 обладает высокой жидкотекучестью, хорошими коррозионной стойкостью, теплопроводностью и электрической проводимостью. Его используют главным образом для крупных, сложных и тонкостенных отливок. К недостаткам сплава относятся плохая обрабатываемость резанием и более низкие по сравнению со сплавами, легированными магнием, медью и другими компонентами, механические свойства. Сплав АЛ4 незначительно уступает сплаву АЛ2 по литейным свойствам, но обладает более высокими механическими свойствами, хорошей обрабатываемостью резанием и высокой коррозионной стойкостью. Он широко применяется и при изготовлении отливок литьем в кокиль.

3.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ПРЕССУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ МАШИН

Оптимизация процесса изготовления отливок, когда время их затвердевания становится соизмеримым с продолжительностью заполнения полости формы расплавом требует знания закономерностей движения металлического потока в узких каналах формы с учетом развития в его сечении не только поля скоростей, но и температурного поля, обусловливающего характер затвердевания потока расплава. От правильного понимания механизмов движения и остановки потока жидких металла и сплавов в каналах заполняемой полости зависит выбор направлений и методов воздействия на эти процессы в целях дальнейшего повышения качества и достижения требуемых свойств изготовляемых отливок. Теоретические и технологические основы гидродинамических и тепловых условий формирования отливок при литье под давлением изложены в работе А. К. Белопухова [6]. Роль давления в управлении всем комплексом литейных процессов, формирование структуры и свойств готовых отливок рассмотрена в монографии Г. П. Борисова [15].

Взаимосвязь режимов заполнения и подпрессовки отливки обеспечивается работой прессово-подпрессовочного и запирающего МЕХАНИЗМОВ машины литья под давлением, МЕХАНИЗМОВ выталкивания и удаления стержней. Выбор типа машины и расчет ее силовых параметров проводят после установления технологически необходимой продолжительности заполнения, диапазона скоростей прессования, вместимости камеры прессования, давления и других факторов, создающих оптимальные тепловые и гидродинамические условия формирования отливки в процессе заполнения и подпрессовки.

Качество отливок легче обеспечивать при использовании машин с горизонтальной камерой прессования, обеспечивающих наименьшие потери теплоты и давления в литниковых каналах. Производительность машин с горизонтальной камерой выше производительности машин с вертикальной камерой вследствие отсутствия операции отрезки литника от пресс-остатка.

Пресс-форма для литья под давлением имеет одну или несколько формующих полостей, очертания которых являются отпечатком отливки. Размеры оформляющей полости пресс-формы должны отличаться от размеров отливки на величину усадки заливаемого сплава. Собранная пресс-форма представляет собой прямоугольный параллелепипед, иногда цилиндр. Обычно она состоит из неподвижной и подвижной частей, в которых смонтированы все остальные детали.

Для того чтобы рассмотреть основные конструктивные элементы пресс-формы, необходимые для дальнейшего анализа, выберем типичную конструкцию, показанную на рис. 4.1. Неподвижную часть двухгнездной пресс-формы с помощью плиты 3 крепят к прессующему блоку машины с горизонтальной камерой прессования 27, а подвижную часть с помощью плиты 15 — к постаменту 29, установленному на подвижном запирающем блоке машины.

Расплавленный металл поступает в пресс-форму через литниковую втулку 26, ударяется о рассекатель 18 и растекается по литниковым каналам в два гнезда, заполняя рабочую полость пресс-формы, образуя отливки 23. В плитах 2 а 11, называемых обоймами, смонтированы специальные вкладыши, в которых оформляется внешний контур отливки. Подвижной вкладыш 16 прижимается плитой 12 к обойме 11. Неподвижный вкладыш 6 крепят к обойме 2 винтами 4.

КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

В условиях литья под давлением, когда отливка формируется за период, исчисляемый сотыми и тысячными долями секунды, необходимо осуществлять строгий контроль и запись основных технологических режимов процесса. В этих целях современные машины оснащают датчиками, измерительными или измерительно-записывающими приборами. Так называемая «приборизация» машин позволяет повысить качество отливок, уменьшить процент брака, сократить время, требующееся на освоение новых форм при изменении номенклатуры отливок.

Главным преимуществом приборизации является стабилизация технологических режимов процесса, которая ведет к стабилизации качества продукции, одновременно повышая срок службы форм, машин и вспомогательного оборудования. контроль режимов дает возможность корректировать значения отдельных параметров заполнения и подпрессовки путем совершенствования литниково-вентиляционной системы, системы охлаждения форм и СХЕМЫ управления машиной.

5.1. контроль ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И СКОРОСТИ ПРЕСС-ПЛУНЖЕРА

Контроль и регулирование скорости перемещения пресс-плунжер а является важнейшим фактором обеспечения качества отливок, повышения производительности труда и внедрения автоматизации. Основным классификационным признаком средств контроля скорости прессования можно считать конструкцию датчика, фиксирующего перемещение или скорость движения пресс-плунжера. По принципу действия датчики можно подразделить на 11 групп: фотоэлектрические (инфракрасные) скорости и перемещения; индуктивно-частотные скорости и перемещения; угловые потенциометрические перемещения; магнитоэлектрические линейные скорости; магнитоэлектрические угловые скорости; тахогенераторные скорости; электро- и миллисекундные (в том числе о использованием электросекундомера); емкостный перемещения и скорости; ультразвуковой скорости; реохордный перемещения; механический скорости .

ЗАДАЧИ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

Изменение качества отливок связано о колебанием параметров технологического процесса. Нестабильность параметров процесса изготовления отливок приводит к появлению брака [72]. Анализ процесса литья под давлением показывает, что брак отливок появляется по двум главным причинам: либо не оптимизированы режимы литья, либо они нарушаются при изготовлении отливок.

Если режимы литья не оптимизированы, т. е. не найдены такие параметры технологического процесса, при которых качество отливок удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям, то необходимо провести исследования, связанные с определением оптимальных режимов. Если же оптимальные режимы найдены, .а брак отливок возникает вследствие нарушения режимов литья, то это может происходить либо по вине литейщика, либо по вине оборудования. Литейщик, работающий на машине литья под давлением, не может в течение всей смены выполнять операции по изготовлению отливок в одном и том же темпе и поддерживать на заданном уровне технологические параметры. Чтобы исключить действие человеческого фактора на технологический процесс, необходимо автоматизировать ручные операции. Для стабилизации переменных параметров, зависящих от работы оборудования в условиях случайных возмущений, необходимо автоматизировать их регулирование.

Таким образом, для повышения качества отливок требуется оптимизация режимов литья, автоматическое поддержание найденных оптимальных параметров и автоматизация ручных операций, выполняемых литейщиком.

Каждое из перечисленных мероприятий является довольно сложной задачей. Так для оптимизации режимов литья необходимо иметь методику выполнения исследования, контрольно-измерительные и регистрирующие средства. Для автоматического регулирования параметров технологического процесса требуются надежные и долговечные датчики, исполнительные органы, включающие следящий привод, а также средства управления и программирования. Для автоматизации ручных операций необходимы заливочно-дозирующие устройства, промышленные роботы или манипуляторы, автоматические устройства для смазывания