Литье под давлением
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Кафедра «Сварка, литье и технологии конструкционных материалов»
Контрольно-курсовая работа
по дисциплине: Теория формирования отливки
на тему: Литье под давлением
Выполнил:
ст. гр. 631281
Проверил:
доц.
Тула 2012
Содержание
Введение………………………………….……………………
1. Литье под давлением……………………………
1.1. Суть процесса. Основные операции. Область использования………........4
1.2 Краткие
исторические сведения………………………
1.3 Особенности формирования отливок и их качество…………………….8
1.4 Эффективность
производства отливок и
2. Технология литья под давлением. Расход расплава через питатель. …..12
3. Пресс-формы.
Конструкция……………………………………………….
4. Машины
для литья под давлением…………………
4.1 Поршневые машины с вертикальной горячей камерой прессования….20
4.2 Машины с холодной камерой прессования…………..…………………23
Список использованной литературы………………………………………...27
Введение
Литейное
производство — один из старейших
и до настоящего времени основных
способов получения металлических
изделий и заготовок для
Основным направлением совершенствования любого производства является модернизация известных и создание новых технологических процессов, позволяющих уменьшить расход материалов, снизить затраты труда и энергии, улучшить условия труда, устранить или уменьшить вредное воздействие на окружающую среду и, в конечном счете, повысить эффективность производства и качество продукции. В настоящее время для получения литых деталей уже используется несколько десятков технологических процессов и их вариантов, обладающих достаточно широкой универсальностью или пригодных для изготовления узкой номенклатуры определенных отливок. Исторически сложилось деление этих способов на обычные, под которыми чаще всего подразумевают литье в песчано-глинистые формы, и специальные — это все остальные виды литья. С увеличением числа методов и вариантов получения отливок все острее ощущается необходимость в более четкой и детальной их классификации по основным общим признакам с целью систематизации изложения сущности разных методов, с тем чтобы облегчить понимание заложенных в них принципов и создание новых более эффективных способов литья.[1]
1. Литье под давлением
1.1. Суть процесса. Основные операции. Область использования
Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием сил от пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом. В отличие от кокиля рабочие поверхности пресс-формы, контактирующие с отливкой, не имеют огнеупорного покрытия. Это приводит к необходимости кратковременного заполнения пресс-формы расплавом и действия на кристаллизующуюся отливку избыточного давления, в сотни раз превосходящего гравитационное. Современный процесс, реализуемый на специальных гидравлических машинах, обеспечивает получение от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок разного назначения в час с высокими механическими свойствами, с низкой шероховатостью поверхности и размерами, соответствующими или максимально приближенными к размерам готовой детали. Толщина стенки отливок может быть менее 1,0 мм, а масса — от нескольких граммов до десятков килограммов. Так, одна из самых сложных и уникальных отливок, изготовляемых в России, — V-образный блок цилиндров автомобильного двигателя — имеет массу около 23 кг.
В зависимости от конструкции камеры прессования различают машины с холодной (рис. 1.1) и горячей (рис. 1.2) камерами прессования.
Основные операции технологического процесса находятся в зависимости от конструктивного решения камер прессования:
• на машинах с холодной камерой прессования после подготовки пресс-формы 1 (рис. 1.1, а) к очередному циклу, ее сборки и запирания с помощью запирающего механизма литейной машины в камеру прессования 3 подается доза расплава. Затем под действием пресс-поршня 2, перемещающегося в этой камере посредством механизма прессования, через каналы литниковой системы расплав заполняет рабочую полость пресс-формы (рис. 1.1, б). После затвердевания и охлаждения отливки до определенной температуры извлекают стержни 4 и раскрывают пресс-форму (рис. 1.1, в), а затем механизмом выталкивания и толкателями 5 отливку удаляют из пресс-формы (рис. 1.1, г). Механизмы машины приходят в исходное состояние. Литники и заливы отделяются от отливки, как правило, с помощью обрезного пресса, расположенного около литейной машины, либо механизмами пресс-формы. На этом рабочий цикл завершается;
Рис. 1.1. Схема технологического процесса литья под давлением на машине с холодной камерой прессования:
а — подача расплава в камеру прессования; 6 — запрессовка; в — раскрытие
пресс-формы; г — выталкивание отливки; 1 — пресс-форма; 2— пресс-поршень;
3 — камера прессования; 4 — стержень; 5 — толкатель
•на машинах с горячей камерой прессования особенность технологического процесса связана с тем, что камера прессования 1 (рис. 1.2, а) располагается в тигле 3 и сообщается с ним заливочным отверстием 2. Через это отверстие при исходном положении пресс-поршня 6 расплав самотеком поступает из тигля в камеру прессования. После перекрытия пресс-поршнем заливочного отверстия расплав по обогреваемому каналу 4 поступает в рабочую полость пресс-формы 5 (рис. 1.2, б). Рабочий цикл завершается после возврата пресс-поршня в исходное положение и слива остатков расплава из канала 4 в камеру прессования, раскрытия пресс-формы и удаления из нее отливки 1 толкателями 8 (рис. 1.2, в).
Рис. 1.2. Схема технологического процесса литья под давлением на машине с горячей камерой прессования:
а — заполнение камеры прессования расплавом; б — запрессовка; в — раскрытие пресс-формы и выталкивание отливки; 1 — камера прессования; 2— заливочное отверстие; 3 — тигель с расплавом; 4 — обогреваемый канал; 5 — пресс-форма; 6 — пресс-поршень; 7 — отливка; 8 — толкатели
Таким образом, процесс литья под давлением реализуется только на специальных машинах, что обеспечивает возможности комплексной автоматизации технологического процесса, способствует существенному улучшению санитарно-гигиенических условий труда, уменьшению вредного воздействия литейного производства на окружающую среду.[2]
1.2 Краткие исторические сведения.
Впервые литье под давлением было использовано в 1838 г. для изготовления типографского шрифта. Позже этот процесс начали применять в машиностроении для изготовления мелких деталей из оловянно-свинцовых (1849) и цинковых (1860) сплавов. С этой целью были построены поршневые машины с горячей камерой прессования, пресс-поршень которых перемещался вручную с помощью рычажного механизма, и компрессорные машины, не имеющие подвижных частей, контактирующих с расплавом. Быстрому распространению данного метода литья в машиностроении способствовали его малооперационность и высокая производительность, при этом для получаемых отливок характерна низкая шероховатость поверхности, мелкозернистая структура и более высокие механические свойства по сравнению с отливками, получаемыми в песчаных формах.
В конце XIX в. на поршневых машинах с горячей камерой прессования и на компрессорных машинах с гузнеком начали получать отливки из алюминиевых сплавов. Сложность процесса заключалась в том, что в поршневых машинах происходило частое заклинивание пресс-поршня, а в компрессорных расплав насыщался газами, отливки имели высокую пористость и низкое качество поверхности.
В 1920-е гг. литье под давлением стали применять в точном машиностроении и приборостроении. Появились поршневые машины с горячей камерой прессования полуавтоматического и автоматического действия. Дальнейшее развитие получили компрессорные машины, в которых для повышения давления на расплав и снижения вероятности разрыва использован уравновешенный тигель. Такие машины стали прообразом современных установок для литья под низким (регулируемым) давлением. Это направление литья под давлением в дальнейшем получило самостоятельное развитие и промышленное воплощение. Затруднения при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов на машинах с горячей камерой прессования привели к новым разработкам, в частности к созданию в 1924 г. фирмой «Ekkert» (Германия) и в 1928 г. фирмой «Ро1ак» (Чехословакия) машин с холодной камерой прессования. Эти машины получили широкое распространение, так как позволили повысить давление прессования, снизить вероятность заклинивания пресс-поршня в камере прессования (за счет меньшего проникания расплава в зазор между поршнем и стенками камеры прессования), открыли возможность производства отливок из алюминиевых и медных сплавов, а позже из сталей и сплавов на основе титана.
Высокая производительность процесса и его малооперационность наряду с растущими потребностями промышленности в массовом производстве высокоточных заготовок способствовали постоянному расширению номенклатуры получаемых литьем под давлением отливок и по материалам, и по их эксплуатационным характеристикам. С развитием теории и технологии литья под давлением, совершенствованием оборудования он находит все более широкое применение в автомобильной, электротехнической и приборостроительной промышленности для изготовления изделий авиационно-космического назначения и др., в том числе для отливок, подвергающихся упрочняющей термической обработке и работающих при высоких температурах.[1]
1.3 Особенности формирования отливок и их качество.
При литье под давлением основные показатели качества отливки — точность размеров, шероховатость поверхности, механические свойства, плотность и герметичность — определяются следующими особенностями ее формирования.
1. Кратковременность
заполнения полости пресс-
2.Негазопроницаемость
материала пресс-формы.
формы за время ее заполнения расплавом.
Они препятствуют заполнению пресс-формы,
попадают в расплав, приводя к образованию
неслитин, неспаев, раковин и газовоздушной
пористости в отливках. Газовоздушная
пористость приводит к уменьшению плотности
отливок, снижению их герметичности и
пластических свойств. Воздух, газы, продукты
разложения смазочного материала, находящиеся
в порах отливки под высоким давлением,
затрудняют ее термическую обработку:
при нагреве прочность отливки снижается,
а давление газов в порах повышается, что
вызывает коробление отливки, на ее поверхности
появляются пузыри.7
Для снижения газовоздушной пористости в отливках используют ряд технологических приемов, а также специальные способы литья под давлением.
3.Высокая
интенсивность теплового взаимодействия
между материалом отливки и пресс-формой,
обусловленная ее высокими теплопроводностью
и теплоемкостью, малым термическим сопротивлением
слоя смазочного материала и продуктов
его разложения, значительным давлением
расплава и отливки на стенки пресс-формы,
улучшающим контакт между ними. Это способствует
по
лучению мелкозернистой структуры, особенно
в поверхностных слоях отбивки, повышению
ее прочности и высокой производительности
процесса.
4.Передача в момент окончания заполнения металлом пресс-формы давления, развиваемого пресс-поршнем в камере прессования, на расплав в полости формы. Это улучшает питание отливки, способствует уменьшению усадочной пористости, сжатию газовоздушных включений. В результате возрастают плотность, герметичность и механические свойства отливки. Однако эффективность действия подпрессовки ограничена, так как это давление на расплав в пресс-форме действует только до тех пор, пока питатель не затвердеет.
5.Использование металлической пресс-формы с точными размерами и низкой шероховатостью рабочих поверхностей. Это способствует получению высокоточных отливок по массе, геометрии и размерам. Высокая точность размеров отливок (классы 1 — 4 по ГОСТ 26645 — 85 (изм. № 1, 1998)) позволяет уменьшить припуски на обработку до 0,3... 0,8 мм, а в некоторых случаях полностью исключить обработку резанием; остается только зачистка мест удаления питателей, соединительных каналов промывников и облоя. Коэффициент точности отливок по массе (КТМ) при литье под давлением достигает 0,95 ..0,98. Шероховатость поверхности отливок под давлением зависит в основном от шероховатости поверхности пресс-формы и технологических режимов литья. Обычно отливки под давлением имеют шероховатость от Rz = 160... 80 мкм (сплавы на основе меди) до Ra = 1,00...0,32 мкм (цинковые сплавы).
1.4 Эффективность производства отливок и область их применения.
В
зависимости от того, насколько
полно используются
Учитывая опыт производства отливок под давлением, можно отметить следующие его преимущества:
1)возможность изготовления отливок значительной площади с малой толщиной стенок (менее 1 мм);
2)возможность повышения качества отливок: отливка получается с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности; практически не требует обработки резанием; механические свойства отливок получаются достаточно высокие;
3)возможность многократного использования металлической пресс-формы. При этом сборка формы и извлечение из нее готовой отливки выполняются машиной, а процесс получения отливки малооперационный. Указанные обстоятельства и высокая скорость затвердевания отливки в пресс-форме делают процесс литья под давлением одним из самых высокопроизводительных литейных процессов и создают предпосылки для полной автоматизации данного производства;
4)значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда вследствие устранения из литейного цеха формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды.
Наряду
с указанными преимуществами литье
под давлением имеет ряд
1)ограниченные мощностью машины (усилием, развиваемым механизмом запирания) габаритные размеры и масса отливок;
2)высокая стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость изготовления, ограниченная стойкость, особенно при литье сплавов черных металлов и медных сплавов, что снижает эффективность процесса и ограничивает область его использования. Повышение стойкости пресс-форм является одной из важных проблем, особенно при литье сплавов, имеющих высокую температуру плавления. Удлинение срока службы пресс-форм повышает эффективность производства, позволяет расширить номенклатуру сплавов, из которых могут быть получены отливки под давлением;
3)трудности выполнения отливок со сложными полостями, поднутрениями, карманами;
4)наличие
в отливках газовоздушной и усадочной
пористости, которая снижает механические
свойства материала отливок, их герметичность,
затрудняет термическую обработку, вследствие
чего ограничиваются возможности изготовления
отливок из сплавов, упрочняемых термической
обработкой. Снижение газовоздушной и
усадочной пористости отливок является
одной из важных проблем, решение которой
позволяет расширить область применения
этого перспективного технологического
процесса, повысить эффективность его
использования,
5)наличие напряжений в отливках при усадке из-за неподатливости пресс-формы также ограничивает номенклатуру сплавов, из которых могут быть изготовлены отливки данным способом.
С учетом
преимуществ и недостатков
Этот процесс с полным основанием может быть отнесен к малооперационным и практически безотходным технологиям, так как литники и облой подвергают переплавке, а отходы в стружку малы. Наивысшие экономические показатели достигаются при изготовлении отливок под давлением на машинах с горячей камерой прессования.[2]
2. Технология литья под
При литье под давлением теплообмен между расплавом и пресс-формой происходит с интенсивностью значительно большей, чем при литье в кокиль, так как на рабочую поверхность пресс-формы наносится лишь слой смазочного материала, имеющий толщину несколько микрометров и небольшое термическое сопротивление. Регулирование этого термического сопротивления может осуществляться в достаточно узких пределах. Ограниченными являются и возможности изменения температуры пресс-формы перед заливкой или температуры расплава. Повышение температуры пресс-формы удлиняет технологический цикл, так как увеличивается продолжительность охлаждения отливки, что вызывает опасность ее схватывания с пресс-формой, поломок отливки и пресс-формы при выталкивании, а также приводит к риску попадания расплава в вентиляционную систему и ухудшению условий удаления газов из пресс-формы, увеличению пористости отливок. Кроме того, к снижению стойкости пресс-форм приводит повышение температуры сплава. Таким образом, возможности регулирования теплообмена между расплавом и формой путем изменения их температуры ограничены.
В то же время приложение давления на расплав при заполнении формы обеспечивает возможность в достаточно широких пределах регулировать продолжительность заполнения и таким образом изменять количество теплоты, отводимой от расплава формой за время ее заполнения. Из известных положений гидравлики следует, что продолжительность заполнения формы можно регулировать, изменяя объемный расход расплава, движущегося через питатель, т.е.
или ,
где V — объем полости пресс-формы.
Для получения отливки без неслитин и неспаев, вызванных охлаждением потока расплава в пресс-форме, продолжительность заполнения пресс-формы не должна быть больше некоторой определенной величины. Соответственно этому расход расплава через питатель должен удовлетворять условию: , где — расход расплава через питатель, при котором появляется вероятность образования дефектов поверхности отливок. Поскольку воздух и газы от смазочного материала удаляются из пресс-формы через вентиляционные каналы, размеры которых незначительны, при больших расходах расплава воздух и газы не успевают удалиться из пресс-формы и могут образовать недопустимые газовые дефекты в отливке. Поэтому, чем меньше расход расплава через питатель, тем больше степень удаления воздуха и газов из пресс-формы при соответствующей конструкции вентиляционной и литниковой систем. В этой связи расход расплава через питатель ограничен таким значением расхода , при котором воздух и газы удаляются из пресс-формы в количестве, необходимом для обеспечения заданного качества отливки по газовым дефектам (пористости, плотности, герметичности): .
Таким образом, для получения отливки без неслитин, неспаев, с хорошим качеством поверхности и требуемым уровнем плотности необходимо, чтобы расход расплава через питатель удовлетворял условию
Оптимальный расход расплава через питатель зависит от литейных свойств материала отливки, размеров, конфигурации, толщины стенки, предъявляемых к отливке требований по качеству поверхности, плотности и герметичности, от конструкции литниковой и вентиляционной систем и других условий производства. Так, первое ограничение можно понизить путем использования сплава с большей жидкотекучестью (например, сплав марки АК7 (системы Al—Si), который обладает значительно меньшей жидкотекучестью, чем тот же сплав марки АК12). Повысить допустимое значение можно, используя смазочные материалы с меньшей газотворной способностью, а также удаляя газообразные продукты из пресс-формы до начала прессования другими способами.
Расход расплава через питатель определяется скоростью расплава в питателе и площадью его поперечного сечения: ,поэтому практическое регулирование расхода может осуществляться изменением указанных параметров.
Площадь поперечного сечения питателей на практике назначают с учетом толщины стенки отливки, удобства отделения от нее литников. Естественно, что толщина питателя не может быть больше толщины стенки отливки в месте подвода расплава, а ширина питателя должна обеспечить легкое его отделение от отливки.
Скорость расплава в питателе регулируется изменением скорости движения пресс-поршня. Ее максимально допустимое значение имеет различные ограничения, по одним из которых расплав не должен смывать смазочный материал с рабочих поверхностей пресс-формы и вступать с ними в механическое взаимодействие с вероятностью эрозионного воздействия расплава на пресс-форму.
В свою очередь, размеры питателя влияют не только на расход расплава и соответственно на продолжительность заполнения формы, но и на возможность передачи давления прессования на затвердевающий расплав. Если размеры питателя будут такими, что он затвердеет раньше отливки то давление на затвердевшую отливку будет действовать в течение времени от момента окончания заполнения пресс-формы до окончания затвердевания питателя: . Если , то давление на расплав в пресс-форме будет действовать в течение всего времени затвердевания отливки и объем усадочных пор в ней будет меньше вследствие передачи расплава из камеры прессования в отливку через питатель.
Такой способ
используют для массивных отливок
с повышенными требованиями по плотности
и герметичности. Однако при этом усложняется
отделение литников от отливки, так как
их толщина
практически равна толщине тела отливки.
Во многих случаях эти
требования к отливкам могут быть обеспечены
путем создания большего давления в пресс-форме
до затвердевания питателя. При этом питатель
делают тоньше тела отливки, а требуемый
расход расплава обеспечивают за счет
высокой скорости его впуска в пресс-форму.
Толщина питателя и скорость впуска влияют
на характер движения расплава в пресс-форме,
процессы удаления воздуха и газов из
пресс-формы и в конечном счете на качество
отливки, ее плотность.
Таким образом,
при литье под давлением
3. Пресс-формы. Конструкция
Пресс-формы
— это сложный и точный
Пресс-форма состоит обычно из двух частей: неподвижной и подвижной. Неподвижную половину пресс-формы крепят к неподвижной плите машины. С камерой прессования она соединяется посредством литниковой втулки. Положение отливки выбирается таким, чтобы большинство стержней и вставок, образующих ее внутренние и наружные поверхности, при раскрытии пресс-формы оказались бы с отливкой в подвижной части пресс-формы. На рис. 3.1 представлена двухгнездная пресс-форма для машины с горизонтальной холодной камерой прессования.
Рис. 3.1.
Пресс-форма для литья под
1 — литниковый канал; 2 — штуцер; 3 — подвижная плита крепления;
4, 15 — вкладыши; 5— толкатель; 6 — рассекатель; 7— штифт механизма выталкивания; 8-контртолкатель; 9 — направляющая втулка; 10 — направляющая колонка; 11, 20 — обоймы; 12 — неподвижная плита крепления; 13 — винт; 14— неподвижный стержень; 16— клин-палец; 17 — замок; 18— стержень; 19 — ползун; 21 — подкладная плита; 22, 23 — плиты толкателей; 24 — подвижная плита машины; 25 — болты; 26 — камера прессования; 27 — литниковая втулка; 28 — пружинный фиксатор; 29 — штифт; 30 — рабочая полость формы; 31 — отливка; К — каналы системы термостатирования.
Неподвижную часть пресс-формы с помощью плиты 12 крепят к неподвижной плите машины и соединяют с камерой прессования 26. Подвижную часть с помощью плиты 3 крепят к подвижной плите 24 машины. Расплав, залитый в камеру прессования 26 и литниковую втулку 27, под действием пресс-поршня по литниковым каналам 1 поступает в две рабочие полости 30, образуя отливки. Внешние поверхности отливок выполняются вкладышами 4 и 15, которые смонтированы в обоймах 11 и 20. Вкладыш 4 прижимается подкладной плитой 21 к обойме 20. Вкладыш 75 закреплен в обойме 11 винтами 13.
При раскрытии пресс-формы отливка остается в ее подвижной части. В начальный момент раскрытия пресс-формы стержни 18, закрепленные штифтами 29 в ползунах 19, удерживают отливку в подвижной части пресс-формы, вследствие чего происходит ее съем с неподвижного стержня 14. При дальнейшем раскрытии ; пресс-формы ползуны 19 вместе со стержнями 18 перемещаются; по наклонным клин-пальцам 16, благодаря чему стержни 18 извлекаются из отливки. После остановки подвижной плиты 24 машины срабатывает механизм выталкивания отливки, штифты 7 этого механизма воздействуют на плиты 22 и 23 выталкивателей, в результате выталкиватели 5 удаляют отливки с литниками из рабочих полостей. При закрытии пресс-формы контртолкатели (обратные толкатели) 8 упираются в неподвижную обойму 11 и возвращают плиты с толкателями в исходное положение. Неподвижная и подвижная части пресс-формы центруются направляющими втулками 9 и колонками 10. Для предотвращения отхода ползунов 19 и стержней 18 под давлением расплава в обойме 11 болтами 25 крепятся замки 17. Чтобы при закрытии пресс-формы клин-пальцы 16 точно попадали в отверстие ползунов 19, в подвижной обойме имеются фиксаторы 28, фиксирующие положение ползунов 19 при раскрытом положении пресс-формы. Пресс- форма во время работы может охлаждаться деминерализованной водой, протекающей по каналам К во вкладыше 4. Вода подается по шлангам, подсоединяемым к штуцерам 2. Конструкция пресс-формы зависит от конфигурации отливки, свойств заливаемого сплава, типа машины и характера производства.

- Литье под давлением центробежное литье
- Литье под низким давлением автомобильных дисков
- Литье стали
- Лица без определенного места жительства
- Лица в гражданском процессе
- Лица в Римском частном праве
- Лица в хозяйственном процессе
- "Литургия святого Иоанна Златоуста» в творчестве С. В. Рахманинова
- Литьё
- Литье в песчано-глинистые формы, оборудование и оснастка
- Литье в песчано-глинистые формы, оборудование и оснастка
- Литье в разовые песчаные формы
- Литьевые процессы, как альтернатива компрессионному способу производства РТИ
- Литье по выплавляемым моделям