Реферат: Специальные виды литья. Литье под давлением
Реферат: 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.
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)/.
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.
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+Р.
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:
Р=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
Р,
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.
|