Литье под низким давлением (сущность процесса, особенности, преимущества и недостатки)

Сущность этого способа (рис. 208) состоит в том, что рас­плав из раздаточной печи 1под давлением воздуха или газа подни­мается по опущенному в расплав металлопроводу 6 в форму 5, обычно металлическую, установленную на крышке 3 печи и имеющую стержень 4. После затвердевания отливки давление в тигле 3 умень­шают, выпуская газ из установки в атмосферу. Остатки расплава из металлопровода сливают в тигель. Под низким давлением отливают детали из алюминиевых, магниевых, медных сплавов, реже из стали. При этом способе литья значительно сокращается расход металла на литники и возрастает выход годного.

Особенности формирования отливки.

Для получения качественной отливки необходимо заполнять форму сплош­ным потоком расплава при небольших скоростях, что исключает образование в отливках газовых раковин, попада­ние в отливку оксидных плен. Однако малые скорости расплава при литье тонкостенных отливок могут привести к незаполнению формы, поэтому важно согласовывать гидродинамические и тепловые режимы заполнения формы. При литье под низким давлением воз­можно создание последовательного за­твердевания отливки. Через нижнее сечение полости формы, расположен­ное ближе к металлопроводу, прохо­дит большее количество расплава, чем через расположенное вверху, что уве­личивает разницу температур в нижних и верхних частях отливки. Поэтому массивные части отливки, требующие питания при затвердевании, располагают внизу формы, соединяя их массивными литниками с металлопроводом; вверху располагают части отливки, не требующие питания.

Статическое давление на отливку при затвердевании способст­вует тому, что корочка твердого металла прижимается к форме, улучшаются условия передачи теплоты, благодаря чему скорость затвердевания возрастает, отливки получаются более плотными.

Формы. Наиболее широко применяют металлические формы, а для изготовления отливок со сложными полостями используют песчаные и оболочковые стержни. Эти стержни должны иметь доста­точную прочность, чтобы выдержать давление жидкого металла; конструкция знаковых частей стержня должна полностью исключать перемещение последнего под действием металла. Форма должна иметь хорошую вентиляционную систему для быстрого удаления воз­духа и газов при заливке.

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, что важно для улучшения заполнения форм тонкостенных отливок; улучшение питания отливки, что повышает ее плотность, благодаря избыточному давлению на расплава при его кристал­лизации; снижение расхода металла на литниковую систему, так как незатвердевший расплав из металлопровода сливается в тигель, что повышает коэффициент выхода годного (во многих случаях до 90 %).

Наряду с указанными преимуществами способ литья под низ­ким давлением имеет недостатки: невысокая стойкость части металлопровода, погруженной в расплав, что затрудняет исполь­зование способа литья для сплавов с высокой температурой плавления — чугуна и стали; сложность системы регулирования скорости потока расплава в форме, вызванная динамическими процессами, происходящими в установке при заполнении се 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 стали в серийном и мас­совом производстве. Причем очень часто создают и эксплуати­руют специализированные установки для производства одной или однотипных деталей. При этом динамические характеристики системы изменяются незначительно, и процесс литья становится устойчивым.

Особенности формирования отливки при литье под низким давлением.Заполнение форм расплавом при этом способе литья может осуществляться 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 расплавом, образование в от­ливках газовых раковин, попадание в них окисных плен и не­металлических 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 расплавом.

Установка литья под низким давлением, включающая тигель с расплавом, камеру, металлопровод, форму с литниковой си­стемой и системой вентиляции, трубопроводы для подачи воздуха и приборы регулирования подачи воздуха (вентили, клапаны, дроссели, регуляторы), в процессе работы представляют собой сложную динамическую систему. Изменение каж­дого из параметров этой системы влияет на скорость движения расплава в форме. В течение одного рабочего цикла установки понижается уровень расплава в тигле, что вызывает увеличение объема : рабочего пространства камеры и уменьшение массы и глубины расплава в тигле. Изменяются также давление воздуха в камере установки и его температура и другие параметры системы. По мере производства отливок от цикла к циклу работы уменьшаются масса расплава в тигле и его уровень, объем рабо­чего пространства камеры установки, что также изменяет скорость движения расплава в форме.

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 режимы работы ее пневмосистемы, а также конструкция вентиляционной системы .формы должны способствовать гаше­нию колебаний скорости.

О с н о в н ы м и к о н с т р у к т и в н ы м и параметрами установки литья под низким давлением являются: объем рабочего пространства камеры, площадь поперечного сечения отверстия меаллоировода, 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 м е т а л л о п р о во да 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 металлопровод а не влияет на характер движения потока и скорость расплава на входе в форму. Это объясняется совместным влиянием размеров металлопровода и конструктивных параметров установки: отношения площади F_м сечения отверстия в металлопроводе и объема V_a рабочего пространства на скорость нарастания давления в камере установки. Если изменение ско­рости нарастания давления при заливке не превышает 5%, то колебания расплава при его движении не возникают.

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. При этом общая продолжительность заполнения и средняя скорость течения расплава остаются практически неизменными.

Важное значение для обеспечения постоянства заданной скорости от заливки к заливке, т. е. по мере понижения уровня расплава в тигле, имеет система управления подачей воздуха в камеру установки; Наиболее удовлетворительные результаты можно получить при использовании систем с регули­рованием скорости нарастания давления в камере установки. Системы регулирования по величине давления целесообразно использовать только в установках ванного Типа. При этом точность регулирования должна быть в пределах 0,01-0,05 МПа; это обеспечивает поддержание скорости заливки с погрешностью 10—15 %. Для установок ванного типа и с уравновешенным тиглем используют Дроссельные системы регулирования подачи воздуха.

Билет 11