Кафедра “Технологии обработки материалов” (МТ-13)

Учебно-технологический литейный практикум (ЛУТП)

Тема практической работы

“Изготовление отливок литьем под давлением”

 

Системотехническое отображение:

МГТУ-МТ13-УТП-ЛУТП-Д-РУ(1а.ч.).

 

 

Рис.1

 

Рис.2, 3

На рис.1 изображены отливки полученные литьем под давлением с холодной камерой прессования, на рис.2, 3– с горячей камерой прессования.

Изготовление отливок литьем под давлением

с холодной камерой прессования

Сущность способа.

Сущность литья под давлением заключается в получении отливок путем заливки расплавленного металла в металлическую форму (пресс-форму) под принудительным внешним давлением от 30 до 100 МПа. Конечное давление на расплав может достигать 490 МПа. Давление не снимается до полного затвердевания отливки в пресс-форме.

В производстве наибольшее распространение нашли машины с холодной горизонтальной камерой прессования и машины с вертикальной горячей камерой прессования

Рис.4

На машинах с горизонтальной камерой прессования порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования, которую плунжером под давлением 40-100 МПа подают в полость пресс-формы. На рис.1 показан вид машины литья под давлением при операции заполнения расплавом камеры прессования.

Пресс-форма состоит из подвижной и неподвижной частей, в которых смонтированы

все ее детали.

Простейшая пресс-форма состоит из вкладышей, обойм, неподвижной плиты и подвижной плиты. Вкладыши являются съемными и служат для получения отливок определенной конфигурации, т.е. для конкретной конструкции отливки предназначен свой вкладыш. Плиты могут иметь индукционные нагреватели или охлаждаться водой.

Вкладыш пресс-формы изготавливают из специальных марок сталей. Рабочая полость должна иметь высокую точность геометрических размеров, а параметр шероховатости поверхности 0.32….016 мкм.

Камера прессования в машинах литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования располагается вне тигля с жидким металлом.

.

 

Рис.5

 

Подвижная половина пресс-формы смыкается при помощи запирающего механизма с неподвижной половиной пресс-формы , при этом металлический стержень должен находиться в рабочем положении.

Усилие запирания зависит от удельного усилия прессования и площади проекции отливки на плоскость разъема пресс-формы и составляет 0,69 … 30 МН.

На рис.5 показаны положения прессующего механизма в отдельных этапах:

  1. Заливка расплава в камеру прессования;
  2. Прессование расплава в камере прессования;
  3. Заполнение литниковой системы;
  4. Затвердевание расплава под давлением.

Исходное положение пресс-формы – раскрытое. Перед заливкой жидкого металла пресс-форму нагревают до 120 … 220 0С. Затем рабочие поверхности пресс-формы покрывают специальными смазками, например, машинным маслом, что предупреждает приваривание отливки к стенкам формы, исключает задиры на отливках и увеличивает срок службы пресс-формы.

Воздух и газы из пресс-формы частично удаляются через вентиляционные каналы, расположенные в плоскости разъема в виде проточек прямоугольного сечения глубиной 0,05 … 0,15 мм и шириной до 30 мм. Однако, так как расплав запрессовывают в пресс-форму с большой скоростью ( скорость впуска – 25 … 135 м/с ), то поток металла при впуске распыляется, захватывает большое количество газов, которые растворяются в жидком металле. При малой скорости затвердения газы могут выделяться перед фронтом кристаллизации с образованием газовоздушной пористости в отливках.

Удаление воздуха из пресс-формы может осуществляться вакуумированием рабочей полости перед запрессовкой металла.

После затвердения отливки внешнее давление снимается, отводится поршень , пресс-форма раскрывается извлекается металлический стержень из полости отливки и с помощью толкателей отливка удаляется из рабочей полости пресс-формы . Рабочую поверхность обдувают воздухом, удаляют остатки металла, покрывают смазкой и процесс повторяется. Смазка наносится перед каждой запрессовкой.

Высокое внешнее давление, действующее на затвердевающий расплав ( до 490 МПа ), и высокие скорости охлаждения его в металлической форме способствуют получению отливок с мелкозернистой структурой и повышенными механическими свойствами.

Процесс литья под давлением на машине с вертикальной камерой прессования протекает в той же последовательности, что и на машине с горизонтальной камерой прессования.

Технологические возможности способа.

На машинах с горизонтальной холодной камерой прессования получают сложные отливки массой от нескольких граммом до 45 кг, протяженностью до 700 мм с толщиной от 0,7 до 6 мм и минимальным диаметром отверстий 1,0 мм. Этим способом изготавливают отливки из алюминиевых, магниевых, цинковых и медных сплавов в массовом и крупносерийном производствах, когда партия составляет не менее 3000 шт., например, детали кино- и фотоаппаратуры, оптических приборов, счетных машин, блоков цилиндров легковых автомобилей, тормозные диски, латунные детали сантехнической арматуры и др.

Кроме того, литьём под давлением можно получить отливки с арматурой, а также с наружной и внутренней резьбой. Минимальный шаг резьбы составляет 0,75 мм при наружном диаметре детали 6 мм и внутренним – 10 мм.

Особенности конструкции литых изделий.

Сплавы для литья под давлением должны иметь по возможности по возможности небольшой интервал кристаллизации, что способствует получению отливок с равномерной плотностью по объему, достаточной прочностью и пластичностью, хорошей текучестью и др. Этим требованиям удовлетворяют сплавы: алюминиевые АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ11, АЛ28 и АЛ32; цинковые ЦА4, ЦАМ4-1 и ЦАМ5-10; медные ЛЦ40С и ЛЦ16К4; магниевые МЛ3, МЛ5.

Габаритные размеры отливок и их масса ограничены усилием запирающего механизма, размерами камеры прессования и мощностью прессующего механизма машины, а также свойствами сплава.

При изготовлении отливок литьем под давлением с холодной камерой прессования габариты отливок должны быть более 150 мм.

Конструкция отливки должна удовлетворять эксплуатационными требованиям, вытекающим из её функционального назначения ( декоративная деталь, силовая конструкция, арматурная деталь и т.п. ), и, кроме того, быть технологичной, т.е. учитывать особенности её формирования при литье под давлением, условия дальнейшей механической обработки и сборки.

Отливку следует располагать в пресс-форме так, чтобы глубина полости пресс-формы была небольшой и её можно было обработать без специального режущего инструмента.

Внутренние полости и отверстия следует конструировать таким образом, чтобы стержни пресс-формы свободно извлекались из них, т.е. внутренние полости отливок должны быть открытыми.

Стенки должны быть одинаковой толщины во всех частях отливки (0,7 … 6,0 мм). Толщина ребер должна составлять 0,8 … 0,9 от толщины стенок отливки.

Стенки и ребра, расположенные перпендикулярно плоскости разъема формы, должны иметь литейные уклоны, которые облегчают удаление отливки из пресс-формы. Для машин с холодной камерой прессования величина литейных уклонов должна быть пониженной. Литейные уклоны для наружных поверхностей составляют 10, а для внутренних – 30’ .

Радиусы сопряжения стенок принимают равными сумме толщин сопрягаемых стенок. Конструктивные радиусы на отливках из алюминиевых сплавов предусматривают не менее 0,5 мм, а из магниевых 1,5 мм.

Отливки могут иметь наружную и внутреннюю резьбу. Экономически целесообразно изготавливать детали с наружной резьбой крупного шага. Литая резьба прочнее, чем нарезная, так как при нарезке удаляется наиболее плотная часть отливки – поверхностный слой, глубина которого равна 0,5 … 1,0 мм.

Знаки и надписи на отливках выполняют выступающими, так как в противном случае усложняется изготовление пресс-форм.

 

Изготовление отливок литьем под давлением

с горячей камерой прессования.

Сущность способа.

Камера прессования в машинах литья под давлением с горячей камерой прессования располагается в тигле с расплавленным металлом.

Рис.6

В машинах ЛПД с горячей камерой прессования (Рис. 6) камера прессования 1 располагается в тигле 2 и сообщается с ним при помощи отверстий 3, через которые в неё поступает расплав (Рис. 6а). При движении поршня вниз отверстия 3 перекрываются, и расплав по каналу 4 поступает через мундштук 5 в полость пресс-формы 6 (Рис. 6б). После затвердения отливки, поршень 7 возвращается в исходное положение, и остатки расплава из канала 4 сливаются в камеру прессования (Рис. 6в). Пресс-форма раскрывается, отливка 8 выталкивается из неё толкателем 9, после чего пресс-форма закрывается и цикл повторяется.

В большинстве случаев все операции изготовления отливок на машинах ЛПД автоматизированы. Широкое применение находят комплексы ЛПД, в состав которых входят манипуляторы для заливки жидкого металла, смазки пресс-форм, извлечения отливок из пресс-формы и передачи их на последующую обработку.

Технологические возможности способа.

На машинах с вертикальной горячей камерой прессования получают отливки массой 3 … 25 г с толщиной стенки менее 1 мм из свинцово-сурьмяных, оловянных, цинковых и магниевых сплавов в автомобилестроении, приборостроении и электронной промышленности.

Температура заливки расплава должна быть на 10 … 20 0С выше температуры ликвидуса. Например, температура заливки цинковых сплавов должна находиться в пределах 420 … 430 0С.

Особенности конструкции литых изделий.

При изготовлении отливок литьем под давлением с горячей камерой прессования габариты отливок должны быть менее 150 мм.

Для машин с горячей камерой прессования величина литейных уклонов должна быть повышенной. Литейные уклоны для наружных поверхностей составляют 30’, а для внутренних – 20.

Смазка пресс-форм.

Для уменьшения прилипания расплава к стенкам формы, износа, а также задиров на отливках проводят смазку рабочих поверхностей пресс-формы. Смазка автоматически наносится тонким слоем через несколько запрессовок или перед каждой запрессовкой. В качестве смазки используют машинное масло.

Перед началом работы необходимо включить рубильник “Общ. выкл.” и подать напряжение на обогрев тигля, равное 18 В (КС-4), и обогрев мундштука – 2 В (КС-3). О включении судить по приборам и сигнальным лампочкам.

После разогрева мундштука и металла до необходимой температуры включить электросхему управления литейной машины (КС-1). При этом загораются сигнальные лампочки, разогревают блок реле времени (РВ-1). После разогрева РВ-1 осуществить пуск литейной машины в режиме одиночного хода или в автоматическом режиме, нажав кнопку “пуск” (КС-2).

Качество отливок, полученных литьём под давлением, по сравнению с качеством отливок, изготовленных другими способами, характеризуется:

высокой точностью геометрических размеров / соответствует 3 … 7 классам точности (ГОСТ 26645-85)/;

параметром шероховатости поверхности отливок Rz = 20 … 10 мкм, а иногда Ra = 1,25 … 0,63 мкм и зависит от шероховатости пресс-формы;

малыми припусками на механическую обработку ( до 0,1 … 0,3 мм ), а в некоторых случаях – полным исключением механической обработки;

мелкозернистой структурой и незначительной усадочной пористостью отливок ( вследствие давления при затвердении ).

По степени сложности отливки, изготовленные литьем под давлением, подразделяют на 6 групп. Минимальный размер партии отливок составляет свыше 3000 шт.

При литье под давлением значительно улучшаются санитарно-гигиенические условия труда, а на роботизированных комплексах полностью исключается ручной труд.

Недостатки литья под давлением:

высокая стоимость пресс-форм, сложность и трудоемкость их изготовления, ограниченная стойкость, высокая стоимость оборудования;

трудно изготовить отливки со сложными полостями, поднутрениями и карманами;

наличие газовоздушной пористости снижает пластичность материала отливки, геометричность и затрудняет термическую обработку ( сплав заполняет пресс-форму за 0,01 … 0,6 с при скорости до 135 м/с );

ограниченность номенклатуры полученных отливок по размерам и массе.

 

Задание на практическую работу

Изготовить отливки литьём под давлением на машине с горячей камерой прессования. Оценить качество полученных отливок и проанализировать технологические возможности способа и конструктивные особенности литых деталей.

Последовательность выполнения практической работы

  1. Ознакомиться с устройством пресс-формы и машины литья под давлением с горячей камерой прессования.
  2. Освоить приёмы управления машиной литья под давлением в наладочном, полуавтоматическом и автоматическом режимах работы.
  3. Подготовить литейную машину к работе, для чего очистить пресс-форму и мундштук от остатков металла предыдущей запрессовки, удалить шлак с поверхности расплава в тигле, нанести смазку на рабочую поверхность пресс-формы. Замерить температуру расплава термопарой погружения и температуру пресс-формы контактной термопарой. Для сплава ЦА4 температура жидкого металла должна составлять 420 … 430 0С.
  4. Установить наладочный режим работы машины:

включить компрессор;

снять муфту со штока 13;

подать сжатый воздух в пневмоцилиндр 10;

нажав кнопку “масло”, осуществить смазку рабочей поверхности пресс-формы;

запустить литейную машину, нажав кнопку “пуск”.

Если шток 13 не перемещается вниз, то необходимо обратить внимание на концевой выключатель

5. Установить полуавтоматический режим работы:

прогреть поршень 8;

поршень 8 соединить со штоком 13 посредством муфты и вставить в буксу камеры прессования;

запустить литейную машину в режиме одиночного хода, нажав кнопку “пуск”;

последующие включения машины также осуществлять нажатием кнопки “пуск”.

6. Провести 8 … 10 запрессовок металла в пресс-форму в полуавтоматическом режиме. После окончания этого этапа замерить температуру пресс-формы.

7. Установить автоматический режим работы машины:

перевести переключатель на щите управления из положения “одиночный ход” в положение “автомат”;

запустить литейную машину, нажав кнопку “пуск”.

Последующие включения литейной машины в режиме “автомат” осуществляет отливка за счет замыкания блокирующего устройства. Каждый ход машины фиксируется счетчиком СЭИ-1, по которому можно судить о количестве отливок. Одновременно срабатывает шаговый искатель, определяющий момент включения автомата смазки. Исходный уровень расплава должен быть несколько ниже канала мундштука.

8. Провести в автоматическом режиме 10 … 15 запрессовок металла в пресс-форму.

9. Замерить температуру пресс-формы.

10. Оценить качество изготовляемых отливок. При этом обратить внимание на качество поверхности, наличие в отливках недоливов и спаев, трещин, газоусадочных раковин и т.д.

Этапы практической работы, перечисленные в п. 1 … 9, проводить в присутствии учебного мастера.

Обработка и анализ результатов практической работы

После выполнения практической работы визуально сравнить изготовленные отливки с имеющимися отливками на учебном стенде и с отливками, полученными другими способами литья по следующим показателям:

шероховатость поверхности отливок;

толщины стенок и их соотношения в сопрягаемых частях отливки;

сложность конфигурации внутренних и внешних поверхностей отливок.

Дать заключение о качестве отливок с указанием конструктивных особенностей литых деталей.

Обосновать целесообразность применения этого способа изготовления отливок.

 

Требования к отчету

Отчет должен содержать следующее:

  1. сущность способа литья под давлением;
  2. эскиз отливки с литниковой системой, изготовленной при выполнении практической работы, её материал;
  3. последовательность изготовления отливок с указанием технологических параметров литья (температуры жидкого металла при запрессовке, температуры пресс-формы, время выдержки отливки в пресс-форме);
  4. результаты анализа качества изготовленных отливок;
  5. технологические возможности способа с указанием конструктивных особенностей литых деталей;
  6. область применения, преимущества и недостатки.

Контрольные вопросы

  1. В чем заключается сущность литья под давлением?
  2. Из каких сплавов изготавливают отливки литьём под давлением?
  3. Какие типы машин литья под давлением используют для получения отливок?
  4. Объясните устройство пресс-формы.
  5. Какова последовательность изготовления отливок на машинах с горячей камерой прессования?
  6. Перечислите преимущества и недостатки литья под давлением.
  7. Укажите область применения литья под давлением.