Pиc. 3.18. Литейная форма в разрезе с газифицируемой моделью

Предпочтителен рассредоточенный подвод металла для обеспечения равномерной газификации модели.

При литье по выжигаемым моделям благодаря неразъемной форме точность отливок увеличивается из-за отсутствия смещений, переко­сов, заливов, заусенцев, уклонов; можно изготовить сложные отливки не используя стержней. Выбивка форм и очистка отливок значительно упрощаются, так как сухие сыпучие формовочные материалы легко выбиваются и не пригорают к отливке; сокращается цикл подготовки производства, снижается трудоемкость изготовления отливок.

 

4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК В МНОГОКРАТНЫХ ФОРМАХ

Получение отливок в многократных (постоянных) формах, выдер­живающих заполнение их металлом несколько сот или тысяч раз, имеет специфические особенности. Постоянные формы изготовляют из металла с высокой жесткостью, прочностью, с точными размерами, высокой чистотой рабочих поверхностей и, как правило, сложной конструкции, особенно для цветных сплавов с низкой температурой плавления. Интенсивность охлаждения отливок в металлических постоянных формах в 3–5 раз выше, чем в песчаноглиннстьгх. Такие формы позволяют получить отливки повышенной точности, с чистой поверхностью и минимальными припусками на механическую обра­ботку. При этом в литейных цехах сокращаются расход металла на литниковую систему, затраты на изготовление формовочных и стерж­невых смесей, на обрубку и очистку отливок; в цехах механической обработки отход металла в стружку сокращается до 5–7 %. вместо 10–15 % при обработке отливок, полученных в песчано-глинистых формах. Снижаются трудоемкость (почти вдвое) и стоимость готовых изделий (на 40–60 %).

При литье в металлические формы, так же как при литье в разовые песчано-глинистые формы, наружные контуры отливок образуются рабочими полостями формы, а внутренние полости и отверстия при помощи стержней. Стержни применяют или металлические или разо­вые – из стержневых смесей. Для получения отливок сложных очер­таний и упрощения конструкции литейной формы (а иногда и для по­вышения ее долговечности) при некоторых способах литья применяют вставки из стержневых и формовочных смесей, которые, как и разовые стержни, разрушаются при извлечении отливки из формы.

 

4.1. Изготовление отливок в металлических многократных формах

Литье в кокиль осуществляют путем свободной заливки расплав­ленного металла под действием гравитационных сил в металлические, многократно используемые литейные формы – кокили, изготовлен­ные из стали, чугуна, медных и алюминиевых сплавов с анодирован­ной рабочей поверхностью. Кокиль служит для образования наруж­ных очертаний отливки; внутренние полости и отверстия образуются при помощи стержней, устанавливаемых в кокиль перед заполнением его металлом. Сложные полости получают при помощи разъемных металлических стержней. Рабочую поверхность кокилей покрывают огнеупорными материалами и красками, которые периодически нано­сят в процессе работы кокиля. Покрытия могут быть в виде тонкого слоя (до 0,5 мм), из стержневых смесей толщиной 2–5 мм или с обли­цовкой толщиной более 6 мм из формовочных и огнеупорных смесей.

Отливки, полученные в кокилях, имеют следующие пределы допу­сков: ±0,2 мм на размеры 20–40 мм, ±0,3 мм на 41–60 мм, ±0,35 мм на 61–80 мм и ±0,4 мм на размеры 81–100 мм. В кокилях можно прак­тически получать отливки из всех сплавов. Наибольшее применение имеют алюминиевые и магниевые сплавы – примерно 50 % отливок из этих сплавов получают в кокилях. Из чугунов в кокили отливают примерно

10 % отливок, из стали 5 %. В одном кокиле можно полу­чить до тысячи отливок из стали, до 10 тысяч отливок из чугуна и мед­ных сплавов и сотни тысяч из алюминиевых и магниевых сплавов. По конструкции кокилн могут быть неразъемными – вытряхными и с несколькими разъемами в горизонтальной и вертикальной плоско­стях.

Металлическая форма-кокиль для поршня на рис. 4.1, а состоит из нижней плиты 1 и двух полуформ 4 и 5. В полуформах имеется по­лость и каналы для ее заполнения металлом 2.

Рис. 4.1. Устройство кокиля и отливка, полученная в этом кокиле: а – кокиль в раскрытом положении; б – сечение кокиля со стержнями

Полуформы шарнирно соединены между собой и раскрываются по вертикальной плоскости разъема. Для плотного соединения полуформ имеется замковая часть 3, 6. Внутренние полости и отверстия в отливке получаются при по­мощи металлических стержней 2, 4 (2 шт.) и 5 (рис. 4.1, б), вставля­емых в кокиль перед заполнением его металлом. Стержни 2 образуют боковые отверстия в отливке. Внутренняя полость образуется сбор­ным стержнем, состоящим из боковых частей 4 и центральной части 5, а наружная поверхность – плитой 1 и полуформами 8 и 6. Заполнение кокиля металлом происходит через литниковую систему 7. После кри­сталлизации сплава из отливки удаляют боковые и центральные стержни. Для удаления составного центрального стержня вначале извлекают клиновидную часть 5, а боковые части 4 поочередно сме­щают в образовавшийся зазор и поднимают. После извлечения стерж­ней кокиль раскрывают и удаляют из него отливку.

Литье в облицованные кокили – прогрессивный технологический процесс, позволяющий получать крупные и точные отливки из черных сплавов с малыми припусками на механическую обработку. Металли­ческая форма имеет тонкое термоизоляционное покрытие, которое предотвращает отбеливание чугуна и разгар кокиля. Жесткая кон­струкция самого кокиля обеспечивает стабильность размеров и точ­ность литых заготовок. Обычно кокиль облицовывают путем надува песчано-смоляной смеси на рабочую поверхность кокиля с использо­ванием контурной плиты, выполняющей роль модели и воспроизво­дящей точные очертания будущей отливки.

Облицовочная песчано-смоляная смесь 1 (рис. 4.2) находится в бункере 2 пескодувной машины.

Рис. 4.2. Схема облицовки кокиля

Под действием сжатого воздуха облицовочная смесь через сопла (дюзы) 3 и отверстия в корпусе ко­киля 4 подается в зазор между кокилем 4 и контурной плитой 5. Кон­турную плиту жестко монтируют на столе 6 и подогревают элемен­тами сопротивления 7 или газовыми горелками. Смесь, поступившая под давлением в зазор между контурной плитой 5 и кокилем 4, под воздействием температуры (утверждается, воспроизводя очертания контурной плиты. Затем стол 6 опускается, и кокиль с облицованным слоем снимают с контурной плиты.

Песчано-смоляные смеси для облицовки кокилей содержат связующих в 4–6 раз меньше, чем смеси для изготовления оболочковых форм. Благодаря большой жесткости облицованные кокили могут вмещать большое количество расплавленного металла без деформаций.

По сравнению с литьем в песчано-глинистые разовые формы литье в облицованные кокили позволяет значительно уменьшить припуски на обработку, в 10–20 раз сократить расход формовочных материа­лов, в 1,5–2 раза снизить трудоемкость очистных и обрубных работ, улучшить санитарные условия и повысить производительность труда.

По сравнению с литьем в оболочковые формы расход формовоч­ной смеси сокращается в 2–3 раза с одновременным снижением коли­чества связующих смол.

Процесс формирования отливки в кокиле, обладающем повышен­ной теплопроводностью, имеет свои особенности. При быстром охлаж­дении (в 3–5 раз быстрее, чем в песчано-глинистой форме) структура сплава становится мелкозернистой и плотной, а механические свой­ства его возрастают на 10–20%. Усадка сплава затруднена в про­цессе кристаллизации, что способствует возникновению в отливках внутренних напряжений, которые в большинстве случаев снимаются термической обработкой.

На поверхности чугунных отливок в результате быстрого охлажде­ния образуется слой цементита (Fe₃C) – отбел, затрудняющий меха­ническую обработку. Для снятия отбела (разложения цементита) проводят отжиг отливок при температурах 950°С в течение несколь­ких часов. Образование отбела может быть предотвращено облицов­кой кокиля песчано-смоляными смесями или специальными красками с высокой теплоизоляционной способностью.

Особенность кокиля вызывать отбел чугунных отливок часто используют для повышения износостойкости рабочих поверхностей деталей. Этот технологиче­ский прием местного упрочнения литых деталей широко используют при производстве прокатных валков, плит шоковых дробилок, колес железнодорожных вагонов (узкоколейных), распределительных ва­лов и толкателей клапанов двигателей внутреннего сгорания (рис. 4.3).

Металлическая форма практически газонепроницаема. Поэтому в плоскостях разъема кокилей делают тонкие каналы (глубиной 0,2 мм) для выхода газов и на рабочих поверхностях устанавливают пробки с мелкими отверстиями. Краска, наносимая на поверхность кокиля, пропускает газы, и они удаляются за пределы формы, металл же в такие каналы не проникает. Газы также удаляются через выпоры и прибыльные части отливок.

При литье в кокиль повышается эффективность использования металла за счет упрощения литниковой системы, сокращения при­былей и уменьшения припуска на механическую обработку, резко снижается трудоемкость в литейных цехах и улучшаются условия труда.

Высокая производительность процесса и высокая стоимость кокилей, а иногда и необходимость термической обработки (отжига) отливок делают этот процесс экономически выгодным только при большом выпуске изделий в серийном и массовом производстве.

В литейных цехах используют универсальные кокильные машины, кокильные автоматы карусельного типа, а также целые линии с ком­плексной автоматизацией и механизацией всех технологических про­цессов, начиная от плавки металла и кончая упаковкой продукции.

Рис. 4.3. Примеры использова­ния кокилей для получения местного отбела чу­гунных отливок: а – форма для узкоколейного колеса; б – форма, для опорного катка; 1 – кокиль; 2 – стержни; 3 – чаша для металла;

Центробежное литье осу­ществляется во вращающиеся ме­талли­ческие формы – изложницы, внутрь которых заливается рас­плавленный металл. Под воздей­ствием центробежных сил зали­ваемый в изложницу металл от­тесняется к ее внутренним стен­кам, образуя внутри отливки ци­линдрическое пространство, огра­ниченное свобод­ной поверхно­стью. По этой причине не требу­ется использования стерж­ней для образования внутренних отвер­стий в отливках.

Для вращения изложницы используют машины с электриче­ским или пневматическим приво­дом. Вращение изложниц может происхо­дить относительно верти­кальной, горизонтальной и наклонной осей (рис. 4.4).

 

Рис. 4.4. Схема процессов центробежного литья: а – с горизонтальной осью вращения формы: б – с вертикальной осью вращения форма; в – методом центрифугирования с горизонтальной осью вращения формы; г– тоже, с вер­тикальной осью вращения формы: I – изложница; 2 – металлоприемник; 3 – отливка в форме; 4 – стержневые вставки;

Существуют варианты процесса центробежного литья, когда форма вращается относительно оси, изменяющей угол наклона в процессе формирования отливки. Наибольшее распространение получили методы литья на машинах с горизонтальной и вертикальной осью вращения изложниц. Свободная поверхность отливки, получен­ной в изложнице с горизонтальной осью вращения, имеет цилиндриче­скую форму с достаточно точными размерами.

При получении отливки в изложнице с вертикальной осью враще­ния свободная поверхность ее не цилиндрическая, а имеет форму пара­болоида вращения. Объясняется это тем, что на любую частицу металла при вращении формы действуют центробежная и гравитационная силы. Равнодействующая сила направлена не по радиусу, а наклонно к нему и способствует распределению металла не ровным слоем, а по параболической поверхности. Следовательно, отливка получается разностенной по высоте. Центробежным способом преимущественно изготовляют отливки, имеющие форму тела вращения. Фасонные мелкие отливки различной конструкции можно получать методом центрифугирования, который является разновидностью процесса цен­тробежного литья.

На машинах с горизонтальной осью вращения изложниц полу­чают отливки цилиндрической формы в виде втулок и труб большой длины. На машинах с вертикальной осью вращения изложниц ввиду разностенности по высоте отливки получают небольшой высоты – бандажи, венцы зубчатых колес, ободы, различные фланцы, кольца и т. д. Крупные цилиндрические заготовки массой до 45 т (для хими­ческой, металлургической, судостроительной, бумагоделательной и других отраслей промышленности) отливают на машинах с горизон­тальной осью вращения изложницы, имеющих длину 34 м, высоту 5 м и ширину 3 м.

Широкое применение центробежный способ нашел для отливки чугунных канализационных и водопроводных труб на машинах с го­ризонтальной осью вращения изложниц. Все технологические процессы полностью автоматизированы, в том числе извлечение трубы из излож­ницы и снятие ее с машины. Длина труб 4–10 м, диаметр 100–1000 мм, масса 100–490 кг, производительность машин 24–34 трубы в час, частота вращения изложниц 300–1200 об/мин. Для отливки труб ча­сто используют высокопрочные чугуны.

Центробежный способ применяют для заливки форм, полученных по выплавляемым моделям, при изготовлении отливок из труднообра-батываемых сплавов.

Процесс формирования отливки при центробежном литье имеет ряд особенностей. Значительное влияние на процесс кристаллиза­ции и охлаждения отливки оказывает скорость вращения изложницы, которую рассчитывают с учетом плотности сплава и размера отливки.

Для подсчета частоты вращения (об/мин) изложницы пользуются фор­мулой:

где 5520 – опытный коэффициент;

– плотность сплава, г/см³;

r – ра­диус свободной поверхности, см.

Отливка охлаждается с двух сто­рон: наружная поверхность отдает теплоту изложнице, а внутренняя (свободная поверхность) – в окру­жающую среду. Средние слои метал­ла остаются горячими и кристалли­зуются в последнюю очередь. Обра­зовавшиеся твердые кристаллы на свободной поверхности под воздей­ствием центробежных сил стремятся к периферии и внедряются в жидкие внутренние слои, выжимая жидкость на свободную поверхность. Жидкость под воздействием цен­тробежных сил заполняет все микропустоты, образующиеся в процессе кристаллизации сплава. Это способствует получению плотных мелко­зернистых беспористых отливок. Под действием центробежных сил возникает структурная неоднородность (ликвация) внутри отливок из высоколегированных сплавов. Снизить отрицательный эффект ликва­ции можно изменением частоты вращения изложницы. При отливке чугунных заготовок скорость их охлаждения может быть настолько велика, что в структуре образуется цементит (карбид железа Fе₃С), обладающий высокой твердостью и затрудняющий механическую обра­ботку резанием. Для облегчения условий работы изложниц, повышения их долговечности и предотвращения контакта с расплавленным метал­лом, а также для предупреждения отбела в чугунных отливках исполь­зуют разделительные теплоизоляционные составы в виде красок, по­рошков, стержневых вставок, футеровки из формовочных и огнеупор­ных материалов. В состав покрытий изложниц входят маршалит, фер­росилиций, графит, огнеупорная глина, жидкое стекло, патока, вода. Применение стержневых вставок и футеровок позволяет получать от­ливки с выступающими буртами, фланцами и бобышками на наружной поверхности. В этом случае форма для центробежного литья является не постоянной, а полупостоянной, так как стержневая вставка или футеровка выдерживает только однократное заполнение металлом (рис. 4.5).

 

Рис. 4.5. Схема процесса футе­ровки изложницы формовочной смесью: 1 – из­ложница; 3 – формовочная смесь; 3 – про­фильная оправка для накатки формы; 4 -

приводное уст­ройство для вращения излож­ницы.

При центробежном литье под воздействием центробежных сил повышается плотность отливок и улучшается заполняемость формы сплавами с пониженной жидкотекучестью, уменьшается расход жид­кого металла вследствие отсутствия литниковой системы, отпадают затраты на изготовление стержня для получения внутренней полости в отливке, повышается производительность процесса, улучшаются санитарно-гигиенические условия, но наблюдается повышенная окисляемость металла в результате длительного его контакта в жидком состоянии с воздухом.

Литье под давлением выполняют машинным способом в металли­ческие формы, называемые пресс-формами (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Схема пресс-формы: a - пресс-форма в сомкнутом состоянии; б - раскрытая пресс-форма с отливкой;

Заполнение металлом пресс-формы осуществляют после ее смыкания через литниковые каналы, которые соединяют рабочую полость пресс-формы с камерой прессования машины для литья под давлением. Наружные очертания отливки образуются рабочей поверхностью сомкнутой пресс-формы, а внутренние отверстия и полости получают при по­мощи металлических стержней, которые извлекают из затвердевшей отливки в момент раскрытия пресс-формы. Стержни имеют механиче­ский привод в виде реек, шестерен, зубчатых секторов, клиньев, эксцентриков и т. п., кинематически связанных с механизмом раскры­тия пресс-формы.

Металл заливают в камеру прессования 1 и плунжером 2 запрессо­вывают внутрь рабочей полости пресс-формы 3 (рис. 4.6). После кри­сталлизации отливки происходит раскрытие пресс-формы для извле­чения отливки, при этом часть 4 остается неподвижной, а части 5–7 отводятся гидроприводом. Отливка удерживается в подвижной части 6 и перемещается с ней до соприкосновения с выталкивателями 8, кото­рые выталкивают отливку из подвижной части пресс-формы. Отливка может быть извлечена из раскрытой пресс-формы при помощи манипу­лятора или робота. Для предотвращения сваривания рабочей поверх­ности пресс-формы с отливкой и облегчения извлечения отливки полость пресс-формы покрывают составами в виде паст или распыляю­щихся жидкостей, содержащих порошки металлов, графит, сульфид молибдена и др.

Преимущественно используют сплавы на основе меди, алюминия, цинка, свинца, сурьмы, которые оказывают незначительное тепловое воздействие на пресс-формы. Разгар и деформация пресс-форм приво­дят к потере точности и чистоты поверхности отливок. Для сохранения постоянства размеров пресс-формы делают водоохлаждаемые. В по­следнее время все шире начинают использоваться тугоплавкие сплавы, например, стали, требующие очень дорогих пресс-форм с жаропроч­ными вставками из сплавов на основе молибдена. Внутренние полости в отливках получают при помощи латунных стержней. После кри­сталлизации стальной отливки латунный стержень остается внутри нее, при высокотемпературном отжиге он выплавляется из отливки, оставляя после себя полость.

Отливки, полученные литьем под давлением, отличаются высокой чистотой поверхности и точностью, соответствующей 4-му классу. Допуски на размеры находятся в пределах от ±0,075 до ±0,18 мм. Литье под давлением экономически целесообразно для крупносерий­ного и массового производства точных отливок из легкоплавких спла­вов. Трудоемкость изготовления отливок литьем под давлением в ли­тейных цехах снижается в 10–12 раз, трудоемкость механической обработки снижается в 5–8 раз. Данный способ литья нашел широкое применение в автомобильной, авиационной, электротехнической, при­боростроительной, санитарно-технической и других отраслях промыш­ленности.

Часто отливки, изготовленные литьем под давлением, армируют для упрочнения. Конструктивные элементы из других более прочных или износостойких сплавов предварительно получают механической обработкой или холодной листовой штамповкой и вкладывают в пресс-форму перед заполнением ее металлом. При литье под давлением цинковых сплавов пресс-формы выдерживают без разрушения и потери точности 1 млн. заполнении металлом, магниевых сплавов –250 тыс. заполнении, алюминиевых сплавов–100 тыс., медных сплавов– 5000 заполнении.

Процесс формирования отливки проходит три этапа: а) сплав с большой скоростью (до 50 м/с) за короткое время (0,01–0,6 с) запол­няет полость пресс-формы, интенсивно перемешиваясь с воздухом и парами смазки, находящимися в полости формы, образуя металловоздушную смесь; б) в момент окончания заполнения пресс-формы проис­ходит кратковременный и сильный гидравлический удар, прижимаю­щий металл к поверхности пресс-формы, и поверхностный слой отливки (0,2 мм) получается очень плотным и мелкокристаллическим; подвиж­ная половина пресс-формы под воздействием гидроудара несколько отходит и на отливке по разъему пресс-формы образуется заусенец; в) кристаллизация отливки происходит с большой скоростью, что при­водит к недостаточному питанию отливки жидким расплавом, но дефек­тов усадочного происхождения в отливках не наблюдается, так как газы в порах находятся под большим давлением и, расширяясь, способствуют полному заполнению полости пресс-формы металлом, повы­шая точность отливки; однако механические свойства металла и осо­бенно его пластичность ухудшаются.

Газовые поры, находящиеся под плотной литейной коркой, не позволяют выполнять термическую обработку отливок из цветных сплавов, так как при высоких температурах газы расширяются и поры увеличивают свой объем, образуя пузыри и вспучины на поверх­ности отливок. Для снижения пористости отливок в практике полость пресс-формы и расплавленный металл вакуумируют или воздух в рабо­чей полости пресс-формы замещают кислородом, который не смеши­вается с металлом, а образует тонкие окисные пленки на поверхности отливки, не снижая ее качества.

Машины для литья под давлением бывают двух типов – компрес­сорные и поршневые. Наибольшее распространение получили поршне­вые машины с холодной и горячей камерой прессования. Горячая камера прессования находится внутри тигля с расплавленным метал­лом, а холодная –отдельно от расплавленного металла и распола­гается горизонтально или вертикально. Современные машины для литья под давлением имеют полностью автоматизированный рабочий цикл с программным управлением, автоматизированы регулировка усилия смыкания пресс-форм, изменение скорости прессования, бло­кировка узлов при появлении неисправностей в машине.

Поршневые машины с холодной горизонтальной камерой прессо­вания (рис. 4.7., а) имеют пресс-форму, состоящую из двух частей. Половина пресс-формы 1 крепится к подвижной плите машины, а поло­вина 8 –к неподвижной 4. Стержни, образующие полости в отлив­ках, чаще находятся в подвижной половине для удобства их извлече­ния из отливки. Подвижная полуформа / с большим усилием прижи­мается к неподвижной 3. Затем доза жидкого металла 5 заливается в камеру прессования 7 и впрессовывается плунжером 6 в рабочую полость пресс-формы 2. После кристаллизации сплава подвижная часть пресс-формы 1 отходит, и отливка выталкивателями 8, которые крепятся на плите, расположенной за подвижной полуформой, вытал­кивается на конвейер или в тару.

Поршневые машины с холодной вертикальной камерой прессова­ния (рис. 4.7, б) имеют пресс-форму, аналогичную по конструкции пресс-форме предыдущей машины, состоящую из подвижной части 1 и неподвижной 3, но металл поступает в нее из вертикальной камеры 6. В камере прессования 6 перемещаются верхний плунжер 4 и нижняя пята 7. Верхний плунжер выходит за пределы камеры прессования, а в образовавшееся отверстие заливается доза металла 5 на поверх­ность пяты 7, которая перекрывает отверстие литниковой системы 8, соединяющее рабочую полость 2 пресс-формы с камерой прессова­ния 6.

 

Рис. 4.7. Схемы процессов и машина для литья под давлением: а – с горизонтальной холодной камерой прессования; б – с вертикальной холодной каме­рой прессования; в – с горячей камерой прессования;

Затем верхний плунжер 4 начинает сжимать металл, и под этим давлением пята 7 опускается и открывает отверстие литниковой системы 8. Металл под большим давлением и с большой скоростью впрыскивается в рабочую полость 2 пресс-формы.

Для создания избыточного давления необходима доза металла, несколько большая, чем требуется для отливки, поэтому между верх­ним плунжером и пятой остается пресс-остаток в виде цилиндра. При поднятии верхнего плунжера нижняя пята также начинает под­ниматься вверх, срезает пресс-остаток и выводит его за пределы камеры прессования, а затем опускается в исходное положение (до перекры­тия отверстия литниковой системы).

Подвижная часть пресс-формы 1 отходит, и отливка извлекается при помо­щи выталкивателей 9. После извлечения отливки и закрытия пресс-формы цикл по­вторяется вновь.

Поршневые машины с горячей камерой прессования (рис. 4.7., е) оснащены тиге­льной печью 9, в которой в течение рабо­чей смены находится расплавленный ме­талл 7. Сама камера прессования 8 поме­щена в тигле непосредственно в расплав­ленном металле. Когда прессующий плун­жер 6 поднят, то расплавленный металл че­рез отверстия в камере заполняет ее, а при движении плунжера 6 вниз перекрывают­ся впускные отверстия и металл под дав­лением поступает в рабочую полость 2 пресс-формы, присоединенной к камере прессования через переходной мундштук 5. После кристаллизации сплава в поло­сти 2 подвижная полуформа 1 отходит, толкатели 10 упираются в неподвижную плиту и отливка выталкивается. Затем подвижная полуформа 7 смыкается с неподвижной 3, закрепленной на плите 4, а плунжер 6 поднимается, камера 8 заполняется из тигля металлом 7, и цикл повто­ряется. На таких машинах можно получать мелкие и сложные отливки из цинковых, оловянных, свинцово-сурьмянистых и других легко­плавких сплавов.

Литье под низким давлением применяют для получения крупных тонкостенных корпусных заготовок из легкоплавких сплавов. Расплав­ленный металл 1 (рис. 4.9) из плавильного тигля 2, который нагрева­ется электронагревателями 3, под давлением инертного газа или воздуха 0,1–0,8 кгс/см² (0,01–0,08 МН/м²) выжимается по металлопроводу 4 в рабочую полость формы 5, где он кристаллизуется в про­странстве между формой 6 и стержнем 7. Стержень может быть из обыч­ной стержневой песчаной смеси.

Рис. 4.8. Установка для литья под низким давлением

Давление инертного газа должно быть невысоким по той причине, что площадь зеркала расплавленного металла в тигле 2 во много раз больше площади металлопровода 4. Незна­чительное перемещение металла в тигле вызывает высокий подъем жид­кого металла внутри металлопровода и в литейной форме. После кри­сталлизации отливки, давление инертного газа снимается, литейная форма, раскрывается и из нее извлекают отливку.

Литьем вакуумным всасыванием получают отливки простой формы в виде втулок, колец, заготовок зубчатых колес из цветных сплавов (бронзы, латуни). Для этого на поверхность расплавленного металла 1 помещают огнеупорное керамическое плоское кольцо 2, на которое вертикально устанавливают металлическую полую водоохлаждаемую литейную форму 3 – кристаллизатор (рис. 4.9).

Внутри формы вакуум-насосом создается разрежение, и расплавленный металл 1 втягивается внутрь холодной формы, где и кристаллизуется.

Рис. 4.9. Установка для литья вакуумным всасыва­нием

Форму удаляют с поверхности расплавленного металла, разрежение исчезает и отливку свободно извлекают из формы. Кристал­лизация отливки происходит последова­тельно от холодной стенки к центру, по­этому отсутствуют раковины, пористость и хорошо удаляются газы. Кроме этого, не расходуется металл на литниковую си­стему.

Литье выжиманием применяют для по­лучения тонкостенных (2–5 мм) отливок типа панелей с большими габаритными размерами (2500 мм) преимущественно из алюминиевых и магниевых сплавов.

Уста­новки для литья выжиманием применяют двух конструкций с угловым и плоско-параллельным перемещением подвижной полуформы.

Сущность способа с угловым перемещением полуформы (рис. 4.10) за­ключается в том, что отливка образуется между двумя полуформами, одна из кото­рых 1 подвижна, а вторая 2 неподвижна. На неподвижной полуформе устанавливают стержень 3. Металл заливают в металлопрпемник 4 между по­луформами, и они начинают соединяться При этом из металлоприемника расплав выжимается в уменьшающийся зазор между полуфор­мами 1 и 2, где и кристаллизуется после соединения полуформ.

Рис.4.10. Установка для литья выжима­нием с угловым перемещением подвижной полуформы

Литье методом жидкой прокатки представляет собой совмещенный способ литья и прокатки. (рис 4.11)

Рис. 4.11. Схема процесса жид­кой прокатки

Его применяют для изготовления лент и листов из алюминия, чугуна и других сплавов. Жидкий металл наливают из ковша 1 в приемник 2, из которого он поступает на поверхность ох­лаждаемых валков 3 и 4, вра­щающихся навстречу один другому. В за­зоре между валками проис­ходит кристаллизация метал­ла. Закристаллизовавшийся металл 5 в пластичном со­стоянии выжимается из зазо­ра между валками в виде лен­ты. Ленты непосредственно из жидкого металла, минуя прокатку слитков, получают на комплексно-механизиро­ванной линии с производи­тельностью ~12 т/ч при скорости непрерывного литья 0,5–1,5м/с. Ширина ленты до 750 мм, толщина 0,7–2,5 мм.

Жидкая штамповка, или метод ли­тья выдавливанием занимает промежу­точное положение между литьем и объ­емной горячей штамповкой (рис.4.12 ).

Рис. 4.12. Схема процесса жидкой штамповка

Порцию жидкого металла 1 заливают в металлическую форму (матрицу) 2, в ко­торую затем вводят металлический пуан­сон 3 или поршень, который выдавли­вает металл, вынуждая его заполнить все полости формы. В результате между формой 2 и пуансоном 3 образуется за­готовка 4. При другим варианте процес­са в металлическом кокиле получается литая заготовка, которая сразу же под­ вергается горячей объемной штамповке в открытом штампе.

Эти спо­собы пригодны для сплавов на медной, алюминиевой, магниевой и цинковой основе. Отливки приобретают высокую плотность и механи­ческие свойства благодаря интенсивному теплоотводу (в 20 раз превы­шающему теплоотвод обычного кокиля) и одновременному горячему деформированию литой структуры в период кристаллизации.

Литье непрерывное и полунепрерывное применяют для изготовле­ния различного профиля (круглого, квадратного прямоугольного, шестигранного и др.) с поперечным размером (диаметром) до 1000 мм из железоуглеродистых и цветных сплавов.

Непрерывное литье осуществляют на установках вертикального и горизонтального типов (рис. 4.13., а). Расплав / заливают в метал-лоприемник 2, откуда под действием ферростатического напора он по­ступает в водоохлаждаемый кристаллизатор 3 с графитовой вставкой 4. Применение графита обусловлено тем, что он обладает высокой теплопроводностью и термостойкостью, достаточной прочностью при высо­ких температурах и низким коэффициентом теплового расширения, плохо смачивается расплавленным металлом и не требует смазки.

Кристаллизатор легко отделяется от металлоприемника, что позволяет быстро переналаживать установку на любой профиль. Из кристалли­затора заготовка 5 непрерывно вытягивается тянущим устройством 6, а кристаллизатор постоянно заполняется жидким металлом. Таким образом процесс литья мо­жет протекать непрерывно. Металлоприемник выпол­няет роль постоянно дейст­вующей прибыли, что спо­собствует получению плот­ной и качественной заго­товки.

 

Рис.4.13. Схемы установок непрерывного и полунепрерывного литья

Полунепрерывным ли­тьем чаще получают крупные чугунные трубы на вер­тикальных установках (рис. 4.13, б). Металл при темпе­ратуре 1260–1300°С зали­вают в пустотелый охлаждае­мый водой кристаллизатор /, выполняющий функции ли­тейной формы, внутрь кото­рого вставлен стержень 2, также пустотелый и охлаж­даемый водой. Между внут­ренней стенкой формы-кри­сталлизатора 1 и стержнем 2 образуется зазор, в который заливается жидкий сплав 3 из ковша 5. Для начала процесса литья в зазор между формой и стержнем перед заполнением его металлом вводят ложное дно-затравку 4. Затравка соединяется с расплавлен­ным металлом и по мере кристаллизации сплава постепенно со ско­ростью 0,9–2,9 м/мин извлекается из кристаллизатора. Вытягивание затравки и соединившейся с ней отливки осуществляется приводными роликами или столом, на котором была закреплена затравка. Диа­метр труб достигает 1000 мм, длина 10 м.

Литье намораживанием применяют для изготовления лент, труб с внутренними и наружными ребрами и других сложных профилей из малопластичных сплавов. На поверхность расплавленного металла помещают плиту из огнеупорного материала, в которой имеется отвер­стие такого профиля, как профиль будущего литого изделия. Внутрь отверстия вводят затравку, к которой приваривается металл. При вы­тягивании затравки со скоростью, не превышающей скорости кристал­лизации металла, из отверстия плиты извлекается заготовка соответ­ствующего профиля.

Литье биметаллических изделии осуществляют в машиностроении и приборостроении с целью получения в одной детали участков с раз­личными физическими и механическими свойствами из разных сплавов (рис. 4.14). Биметаллические и многослойные литые изделия изго­товляют заливкой жидкого металла на твердую, жидкотвердую и жидкую основу, либо послойной заливкой стационарных или вра­щающихся форм сплавами различного химического состава.

Рис. 4.14. Биметаллические из­делия а – гильза; б – поршень двигателя.

Электрошлаковое литье используют для получения ответственных толстостенных отливок, к которым предъявляются особые требования по плотности и однородности металла. Способ получения литых изде­лий путем электрошлакового переплава расходуемых электродов в кри­сталлизаторе сложной формы назван электрошлаковым литьем. Литей­ная форма служит местом для приготовления жидкого металла и ис­пользуется для формирования отливки.

Отливка получается в литей­ной форме (рис. 4.15., а), где расплавляется расходуемый электрод / в шлаке 2 и расплавленный металл 3 заполняет полость формы и обра­зует отливку 4. Стенки литейной формы 5 и стержень 6 водоохлаждаемые. Процесс расплавления шлака начинается с возникновения элек­трической дуги между затравкой 7 и электродом, а затем расплавлен­ный шлак, обладая большим электросопротивлением, приобретает высокую температуру и оплавляет расходуемые электроды 1.

Рис. 4.15. Схема электрошлако­вого литья корпуса запорной ар­матуры: а – схема установки для электрошла­кового литья, б – общий вид отливки корпуса;

Электрошлаковая отливка благодаря направленной и более последо­вательной кристаллизации сплава по сравнению с обычной практиче­ски свободна от ликвации химических элементов, в ней отсутствуют дефекты усадочного происхождения и нет газовых пор.

Литой металл электрошлакового переплава в ряде случаев по своим свойствам пре­восходит деформированный металл, полученный путем горячей про­катки или ковкой.

Электрошлаковое литье применяют для изготовле­ния толстостенных баллонов, валков холодной прокатки, корпусов запорной энергетической арматуры (рис. 4.15, б), заготовок литых коленчатых валов, шатунов и других ответственных деталей.