Литье в формы, полученные вакуумированием

Вакуумное литьё, процесс литья, при котором заполнение жидким металлом полости литейной формы ведётся в вакууме. При Вакуумное литьё принудительное заполнение формы металлом сопровождается полным удалением из неё газов, что позволяет получать тонкостенные, плотные и высококачественные отливки. Применяются различные способы производства фасонных отливок методами Вакуумное литьё: вакуумное всасывание металла в форму, расположенную над расплавом, после чего кристаллизация происходит при атмосферном или повышенном давлении; вакуумное всасывание металла с использованием металлостатического давления (форма расположена под металлом); литьё в вакууме под давлением (в машине для литья под давлением при помощи вакуумированных прессформ); вакуумно-центробежная заливка и др. Вакуумное литьё находит большое распространение в сочетании с вакуумной плавкой для производства фасонных отливок из спец. сталей и сплавов. Вакуум в зависимости от метода находится в пределах 40—0,3 н/м2 (0,3—2×10-3 мм рт. ст.).

Вакуумирование пресс-формы и камеры прессования. Наряду с преимуществами метод литья под давлением имеет существенный недостаток: воздух, имеющийся в полости пресс-формы, вследствие быстрого заполнения ее расплавом не успевает полностью удалиться и остается в отливке, образуя раковины и поры. Наличие воздушных раковин исключает возможность термической обработки, так как при нагреве воздух расширяется и происходит вспучивание отливок.

Все это в значительной степени ограничивает область применения деталей, полученных литьем под давлением, и поэтому они не всегда могут быть применены в ответственных узлах.

Указанный недостаток метода литья под давлением можно устранить, если заранее перед запрессовкой расплава в пресс-форму удалить из ее полости воздух и газ, используя вакуум.

имущества заключаются в следующем:

· детали имеют плотную структуру и повышенные механические свойства, особенно прочность и относительное удлинение;

· в деталях отсутствуют воздушные раковины и пористость, что позволяет производить их термическую обработку и, следовательно, значительно расширить номенклатуру литья под давлением;

· увеличение плотности отливок и улучшение качества их поверхности позволяет снизить трудоемкость полирования отливок, подвергаемых гальваническому покрытию;

· можно отливать крупные детали при более низком удельном давлении прессования примерно на 10—15%;

· можно получать отливки с более тонкими стенками (на 25%) повышенной прочности, экономя тем самым цветной металл;

· можно отливать ответственные крупногабаритные детали, что дает большой эффект.

Системы вакуума, применяемые в литье под давлением, самые различные. Все они могут быть разделены по следующим признакам: месту удаления воздуха (из плоскости разъема формы, из кожуха, окружающего форму, и т. д.); типу машин (с холодной или горячей камерами, горизонтальные или вертикальные); степени автоматизации (автоматические, полуавтоматические, с ручным включением); системе применения вакуума с засасыванием расплава из тигля в камеру прессования.

Сущность процесса литья под давлением с применением вакуума в полости пресс-формы на машинах с вертикальной камерой прессования заключается в следующем. По плоскости разъема на пресс-форму надевают кожух с резиновой прокладкой. Во избежание подсоса воздуха через толкатели в прижимной плите устанавливают сальники из красной меди или термостойкой резины. Разрежение в полости пресс-формы создается при помощи вакуумной установки 6, смонтированной около машины. Воздух из полости пресс-формы удаляется через вентиляционные каналы в плите, сделанные на плоскости разъема. Однако такой отсос не дает значительного эффекта, так как глубина вентиляционных каналов незначительна (0,1—0,2 мм). Для удаления воздуха из полости пресс-формы требуется значительное время.

Для быстрого удаления воздуха из полости пресс-формы разработан специальный узел прессования, при применении которого воздух из полости пресс-формы удаляется через литник, далее через специальные каналы, выполненные в пятке, и через трубопровод из камеры прессования в вакуум-аккумулятор.

Порядок работы такого устройства на машинах с вертикальной камерой прессования состоит в следующем: после закрытия пресс-формы в камеру прессования заливается расплав с одновременным подключением вакуумного резервуара. Через 1—2 с расплав запрессовывается из камеры прессования в пресс-форму.

Для машины с горизонтальной камерой прессования разработано другое вакуумное устройств. Удаление воздуха из полости пресс-формы производится через литниковую систему. Основными элементами этого устройства является специальная герметичная камера, в которую помещается пресс-форма, а также камера прессования, на коническую поверхность которой навертывается муфта.

После заливки расплава в камеру прессования муфта поворачивается, перекрывая заливочное отверстие. Затем открывается вакуумный вентиль, и воздух быстро удаляется из вакуумной камеры и камеры прессования.

Вакуум в полости пресс-формы создается примерно в течение 1 с, после чего производится запрессовка расплава в пресс-форму.

Недостатками вакуумного метода литья под давлением являются значительная стоимость вакуумного оборудования, увеличение потребной площади, сокращение производительности труда, так как на каждый цикл работы затрачивается больше времени. Этим методом отливают детали, от которых требуется очень хорошая поверхность под хромирование или под покрытие эмалью, или когда деталь должна иметь особые механические свойства (прочность или герметичность).

34. Получение отливок в формах электромагнитной формовкиЭлектромагнитная формовка применяется также для соединения деталей, в том числе из разнородных материалов. Так, на хрупкую керамику насаживается металлический стержень, причем соединение получается герметичным.
Электромагнитная формовка является высокопроизводительным процессом: с ее помощью можно получать до 600 изделий в час. Резервом повышения производительности является, например, возможность одновременного размещения нескольких заготовок внутри одной катушки.
Электромагнитную формовку применяют также для соединения деталей, в том числе и из разнородных материалов. Так на хрупкую керамику насаживают металлический стержень, причем соединение получается герметичным.
Установки электромагнитной формовки ( см. рис. 45) кроме катушки / и источника тока 2 включают конденсаторную батарею 3 и устройство 4 для ее разрядки. Разрядка конденсаторов дает необходимый импульс продолжительностью в 10 - 20 икс.
Установки электромагнитной формовки ( рис. 5.5), кроме катушки 1 и источника тока 2, включают конденсаторную батарею 3 и устройство 4 для ее разрядки. Разрядка конденсаторов дает необходимый импульс продолжительностью 10 - 20 мс.
Одним из основных преимуществ электромагнитной формовки является то, что не нужен штамп в обычном представлении. Катушка совмещает в себе функции оборудования и инструмента. Для сложных деталей, если требуется получить какую-либо фигурную поверхность, может понадобиться только одна половина штампа. Роль другой половины играет давление электромагнитного поля. Штампы выполняют из пластмасс и даже из дерева, так как высокое давление действует мгновенно и материал штампа не успевает разрушиться. Такие штампы предельно дешевы.
Одно из основных преимуществ электромагнитной формовки в том, что / не нужен штамп в обычном представлении. Катушка совмещает в себе функции оборудования и инструмента. Для сложных деталей, если требуется получить какую-либо фигурную поверхность, может понадобиться только одна половина штампа. Роль другой половины играет давление, электромагнитного поля. Штампы выполняют из пластмасс и даже из дерева, так как высокое давление действует мгновенно и материал штампа не успевает разрушиться. Такие штампы предельно дешевы.
Поверхность изделий, полученных электромагнитной формовкой, идеально чиста, на ней отсутствуют трещины, царапины, загрязнения, так как ее не касается инструмент, а смазка не требуется.
В настоящее время на установках электромагнитной формовки ведут и листовую штамповку ( например, рефлекторов) без последующего полирования.
Электромагнитную формовку применяют также для соединения деталей, в том числе и из разнородных материалов. Так на хрупкую керамику насаживают металлический стержень, причем соединение получается герметичным. Поверхность изделий, полученных электромагнитной формовкой, идеально чиста; на ней отсутствуют трещины, царапины, загрязнения, поскольку ее не касается инструмент и не требуется технологическая смазка перед штамповкой.
Штамповка импульсным электромагнитным полем. Энергия тратится не только на нагрев заготовки, но и на нагрев катушки. Уменьшить эту часть потерь можно, лишь снижая электросопротивление катушки, но это мероприятие ограничивается необходимостью обеспечения прочности катушки. Магнитное поле действует не только на заготовку, но в равной степени и на катушку. Поэтому проблема прочности катушки является одной из главных проблем электромагнитной формовки.
Схема установки для электромагнитной формовки.| Схема деформирования трубной. Когда по проводнику течет электрический ток, вокруг него возникает магнитное поле, напряженность которого пропорциональна величине тока. Если внутрь катушки поместить полый цилиндр, то магнитное поле катушки наведет э нем ток, который создаст собственное магнитное поле. Взаимодействие первичного и вторичного полей приводит к появлению значительных усилий. Под действием этих усилий предмет, введенный в катушки ( заготовка), будет деформироваться. На этом и основана электромагнитная формовка.
Когда по проводнику течет электрический ток, вокруг него возникает магнитное поле, напряженность которого пропорциональна величине тока. Если внутрь катушки поместить какой-либо предмет из электропроводного материала, например полый цилиндр, то магнитное поле катушки наведет в нем ток, который создаст собственное магнитное поле. Взаимодействие этих первичного и вторичного полей приводит к появлению значительных усилий. Под действием этих усилий предмет, введенный в катушку ( заготовка), будет деформироваться. На этом и основана электромагнитная формовка. При достаточной величине тока ( до 30 А) магнитное поле может создавать огромные давления. Однако эти давления существуют очень недолго. Поэтому действие поля носит импульсный характер.

Рис. 3. Схема электромагнитной формовки: 1 — конденсаторная батарея; 2 — разрядник; 3 — катушка индуктивности; 4 — трубная заготовка.

35. Литьё в керамические формы (ШОУ – процесс).

Сущность и особенности процесса. Стремление получить отливки, равнозначные по качеству поверхно­стей с отливками, получаемыми по выплавляемым моделям, но по более короткому циклу, привело к предложению изготовлять разъемные керами­ческие формы по постоянным моделям. Такие формы получают различны­ми способами. Наиболее экономичный и перспективный способ - изготов­ление двухслойных керамических форм с тонкостенной облицовкой, при котором формовку осуществляют по двум моделям или по одной, но с на­кладным телом.

При формовке по двум моделям одна вспомогательная увеличенная модель 1 (рис. 4.17,а) служит для формовки, например, песчаножидкосте-кольного опорного слоя формы 2, размеры полости которой отличаются от размеров основной модели 5, формирующей керамическую облицовку 7, на 0,01 - 0.02 м и более. Изготовленная песчаножидкостекольная форма в опоке 3 накладывается на основную модель (рис. 4.17,6), и в образовав­шийся зазор 6 через литник 4 заливается огеливемая суспензия облицовоч­ного слоя (рис. 4.17.в) после затвердевания огеливаемой облицовочной керамики и извлечения модели полуформу прокаливают при температуре 700 - 1000 °С в зависимости от заливаемого металла (для стали 950 - 1 000 °С, для чугуна 800 - 900 °С, для алюминия 700 - 750 °С), собирают и зали­вают жидким сплавом.

Рис. 4.17. Изготовление керамической формы

Подготовка форм под заливку, заливка и очистка отливок аналогичны используемым при получении форм другими способами. При изготовле­нии форм из огеливаемых суспензий наибольшее применение имеют сус­пензии, состоящие из гидролизе ванного этилсиликата 32 или 40, маршалита и кварцевого песка марки 2К0315 или 2К025, прокаленных при 800 -900 °С, и 15 %-ного раствора едких натрия или калия. Гидролиз этилсили­ката осуществляется так же, как и для форм, получаемых по выплавляе­мым моделям (с органическим и без органических растворителей [24]).

Преимущества литья в керамические формы - широкая номенклатура отливок; использование простой оснастки; как правило, отсутствие при из­готовлении форм специальных средств уплотнения - ставят его в ряд про­грессивных процессов.

Литье в керамические формы используется в автомобильной, инстру­ментальной, приборостроительной, авиационной и станкостроительной промышленности, в сельскохозяйственном машиностроении.

Для литья в керамические формы при изготовлении облицовочного слоя используют такие же материалы, что и для литья по выплавляемым моделям: этилсиликат и огнеупорные материалы. Однако расход их значи­тельно выше, чем в оболочковых формах по разовым выплавляемым моде­лям. Повышенный расход дорогостоящих материалов является причиной высокой стоимости 1 т годного литья. Ориентировочная стоимость отли­вок массой 75 - 150 кг из серого чугуна 6 000 - 7 000 руб., из стали 7 000-7500 руб. за тонну.

Высокая стоимость данного вида литья требует критического подхода к выбору номенклатуры деталей. Литье в керамические формы следует применять в случаях, когда требуется значительно сократить механиче­скую обработку данной детали, получить точную крупногабаритную от­ливку с качественной поверхностью значительной массы, изготовление ко­торой литьем по выплавляемым, моделям затруднительно; получить незна­чительную серию отливок, для которых экономически невыгодно изготов­лять дорогостоящую модельную оснастку; выполнить срочный заказ на из­готовление детали.