» » Литье сплавов систем Al-Mg и Al-Zn-Mg под давлением
08.02.2017

По сложности отливки для питья под давлением делят на три категории: категория I — отливки простой конфигурации, с гладкими поверхностями или с незначительными простыми по форме ребрами и выступами; категория II — отливки с прямолинейными и криволинейными поверхностями, с углублениями и выступами, с резкими переходами от тонких стенок к толстым; категория III — отливки сложной конфигурации, с криволинейными и прямолинейными поверхностями сложных очертаний, со значительным числом углублений, выступов, ребер, окон, с глубокими отверстиями малых диаметров.
Точность отливок зависит от правильного расчета и выполнения размеров рабочей полости формы, степени ее износа, а также от правильного выбора допусков на размеры и усадку сплавов. Классы точности отливок, получаемых литьем под давлением, устанавливают по ГОСТ 2689—54. Точность деталей, полученных литьем под давлением, соответствует в основном пятому классу. Тщательной доводкой прессформ можно увеличить точность размеров.
Детали, изготовляемые литьем под давлением, как правило, не подвергают механической обработке (обрабатывают только места для посадок по второму и третьему классам точности). Средняя точность изготовления алюминиевых отливок при номинальных размерах до 30 мм — 5-й класс точности, а более 30 мм — 7-й класс точности.
Оптимальную толщину стенок отливок выбирают в зависимости от площади сплошной поверхности. Для алюминиевых отливок при площади поверхности 25 см2 толщина стенки может быть 1,0 мм; от 25 до 100 см2 — 1,5 мм; от 100 до 225 см2 — 2 мм; от 225 до 400 см — 2,5 мм; более 400 см2 — 4,0 мм. Если с уменьшением толщины стенок от оптимальных размеров снизится прочность детали, то следует предусмотреть ребра жесткости. При сочетании толстых и тонких стенок во избежание образования трещин необходимо обеспечивать плавный переход; соотношение трещин на сопрягаемых участках не должно превышать 1:2,5. Мелкие детали (до 30 г) можно отливать со стенкой толщиной 0,5— 0,8 мм. Увеличивать толщину стенок отливок больше 6—8 мм не рекомендуется из-за опасности образования осевой рыхлоты и воздушных раковин.
При литье под давлением чистота поверхности достигает 7—8-го класса по ГОСТ 2789—59. Однако это возможно только при использовании новых прессформ с полированными рабочими полостями; по мере износа прессформ чистота поверхности ухудшается. Для алюминиевых отливок 7—8-й класс чистоты получают при отливке 500 деталей в одной прессформе, 6—7-й класс — при отливке 2000 деталей, 5—6-й класс — при отливке 5000 деталей, 4—5-й класс — при отливке 20 000 деталей и 3—4-й класс — при отливке до 50 000 деталей.
Минимальные литейные уклоны для алюминиевых отливок составляют для наружных поверхностей 0,5—1,0%, а для внутренних 1,0—1,5%.
При конструировании отливок для литья под давлением, как и при других способах литья, следует избегать резких переходов от толстых сечений к тонким; стенки надо стремиться делать одинаковой толщины. Для повышения прочности детали следует не увеличивать толщину стенки, а делать ребра жесткости и придавать отливке форму коробчатого и таврового сечения. Ребра жесткости обеспечивают необходимую прочность детали при меньшем расходе металла, а также облегчают поступление его в форму.
В случае применения стержней при изготовлении детали литьем под давлением следует избегать чрезмерно длинных или сопряженных стержней; стержни должны иметь простую форму и достаточную конусность. Внутренние полости следует выполнять без поднутрений, чтобы можно было свободно извлекать стержни. При проектировании деталей, отливаемых под давлением, следует избегать острых углов, особенно внутренних, так как острые углы в отливках способствуют образованию трещин; кроме того, для вытеснения из них воздуха и для заполнения сплавом необходимо большое давление. Минимальный радиус закругления рекомендуется брать равным 1/3 толщины стенки или 1/3 суммы толщин сопрягаемых стенок.
Литниковые системы при литье под давлением подразделяют на два типа.
Первый тип — внутренняя литниковая система: подвод металла осуществляется внутри контура проекции отливки на плоскость разъема. Литниковые системы этого типа применяются в тех случаях, когда отливка имеет отверстие, перпендикулярное плоскости разъема, и диаметр этого отверстия достаточен для простановки рассекателя. Металл подводится через литниковый ход непосредственно в тело детали. Такой же метод подвода металла применяется для деталей, у которых отверстие отсутствует, но внутри детали имеется плоскость, достаточная для размещения входного литника. У этого типа литниковой системы, как правило, отсутствует поворотный литник, а иногда и питатель.
Второй тип — внешняя литниковая система; подвод металла осуществляется по внешнему контуру проекции отливки на плоскость разъема через литниковый ход и литник. Литниковые системы второго типа применяют при расположении в форме нескольких отливок или одной сложной отливки, требующей подвода металла в нескольких местах и смещенной по отношению к литниковой втулке.
Способ подвода металла и конструкция литниковой системы оказывают большое влияние на общую компоновку формы, ее габариты и на расход материалов для ее изготовления. Одним из современных направлений в конструировании форм для литья под давлением является применение двухступенчатого выталкивания отливок и литников. Такое выталкивание применяется для того, чтобы еще в форме отделить литники от отливок и тем самым снизить трудоемкость последующих операций.
Тепловой режим литья определяется температурой заливаемого расплава и температурой формы. Желательна возможно меньшая температура расплава. Температура формы определяется температурой применяемого сплава и толщиной стенки отливки; чем меньше толщина стенки, тем выше температура формы. Перед началом работы форму подогревают до 125—150° С; при литье алюминиевых сплавов температура формы должна быть в 3 раза меньше температуры расплава.
В последние годы находит все большее применение литье под давлением алюминиевых сплавов с применением вакуумирования прессформ, что позволяет уменьшить пористость отливок, повысить их механические свойства, улучшить внешний вид и уменьшить толщину стенок. Основные принципы проектирования прессформ для литья под давлением на обычных машинах сохраняются и для прессформ, работающих на машинах с вакуумными устройствами, но при вакуумном литье расположение каналов для отсоса воздуха имеет такое же большое значение, как и расположение литников. Использование вакуума позволяет при тех же литниках ускорить заполнение рабочей полости формы не в результате увеличения первоначальной скорости струи, а вследствие того, что эта скорость не падает в процессе всего периода заполнения. Поэтому при использовании вакуума целесообразно не уменьшать сечение внускной щели, что часто делают для облегчения обрезки литников, а в ряде случаев утолщать его. Это обусловливается особенностями впуска металла в форму при литье под давлением с вакуумированием прессформ.
Несмотря на использование вакуума в рабочей полости, всегда остается некоторая часть воздуха, которая из-за сокращенного времени заполнения полости металлом сжимается быстрее. Поэтому необходимо тщательно выбирать места расположения вентиляционных каналов, через которые откачивается воздух. Это относительно просто решается в системах с откачкой воздуха из кожуха, где вентиляционные каналы располагаются по краям формы. Для вакуумирования рабочих полостей пресс-форм проектируют и изготавливают необходимые приспособления, действующие с вакуумным оборудованием, с помощью которых в прессформах достигается остаточное давление 1—10 мм рт. ст. в течение 0,3—1,0 с.
Важное значение для работы вакуумной системы имеет правильный выбор вакуумного насоса, который должен постоянно поддерживать в вакуум-аккумуляторе требуемое разрежение.
Необходимо отметить, что только применением вакуума невозможно решить проблему получения отливок идеального качества и компенсировать недостатки формы, технологии, низкой техники производства. Поэтому необходимо решать одновременно проблемы выбора оптимальных технологических режимов работы, оптимальной литниковой системы и др.
Была сделана попытка разработать технологический процесс получения отливок из сплава АЛ27 без применения вакуума. Как известно, главные условия получения ненасыщенных газом отливок — заполнение полости формы сплошным напорным потоком от питателя к вентиляционным каналам и обеспечение минимально возможной весовой скорости заполнения, позволяющей полностью удалить газы из формы.
Поскольку в реальных условиях струя металла при выходе из питателя сразу же ударяется о стенку формы, определили максимальную скорость впуска, при которой нарушается сплошность струи при ударе о преграду. На основании проведенных опытов отработан и внедрен в серийное производство процесс литья сплава АЛ27 со следующими основными технологическими параметрами: скорость прессования 0,25—0,28 м/с, скорость впуска 0,75—0,85 м/с, весовая скорость заполнения около 500 г/с, удельное давление 1120 кгс/см2, температура сплава 640—660° С, температура формы 140—160° С.
Литье сплавов систем Al-Mg и Al-Zn-Mg под давлением

При низкоскоростном заполнении формы возможно повышение срока службы оформляющих частей формы за счет уменьшения эрозионного воздействия струи металла. Вследствие отсутствия гидравлического удара исключается возможность возникновения облоя и тем самым повышается размерная точность отливок. Изготовленные детали прошли испытания на конструктивную прочность и износоустойчивость, которые дали хорошие результаты. Прочность деталей, отлитых под давлением, в среднем на 20% выше прочности отливок, изготовленных по выплавляемым моделям.
При организации крупносерийного производства литье деталей под давлением имеет решающее экономическое значение. Это особенно наглядно можно проиллюстрировать на примере деталей штепсельных разъемов (рис. 79), которые практически нельзя получить другим способом, а литье под давлением обеспечивает высокие производительность и качество резьбовых соединений, а также мелкозернистую плотную структуру, и повышенные механические свойства (табл. 87).
Литье сплавов систем Al-Mg и Al-Zn-Mg под давлением

Исследована возможность замены литья в песчаные формы из кремнистой латуни литьем под давлением из сплава АЛ28 деталей судовой арматуры. Сравнительная трудоемкость изготовления отливок из алюминиевого сплава АЛ28 и латуни ЛК80-ЗЛ приведена в табл. 88, а полученные при этом механические свойства сплава АЛ28 — в табл. 89.
До сих пор основным недостатком литых под давлением деталей является газовая пористость. Однако в последние годы этот недостаток, препятствующий проведению упрочняющей термической обработки, удалось в значительной мере устранить после того, как были разработаны методы литья под давлением с подпрессовкой и кислородный процесс литья под давлением.
Литье сплавов систем Al-Mg и Al-Zn-Mg под давлением
Литье сплавов систем Al-Mg и Al-Zn-Mg под давлением

Метод литья под давлением с подпрессовкой подробно описан в литературе. Кислородный процесс как метод борьбы с газовой пористостью разработан сравнительно недавно и заключается в заполнении прессформы перед заливкой газом, легко реагирующим с расплавленным металлом. При правильном подборе температуры заливки, скорости выпуска металла и других параметров технологического режима газ соединяется с расплавом так, что полость прессформы вакуумируется. Такими активными газами могут быть использованы пары цинка, магния, хлоридов; однако применение для этой цели кислорода наиболее эффективно и экономично. Образующиеся при литье по кислородному процессу окисные включения чрезвычайно дисперсны (не более 1 мкм), а их содержание в металле не превышает 0,1—0,2%. При промышленном применении процесса не отмечалось какого-либо ухудшения качества отливок; несколько повышалась их твердость.
Основным преимуществом литья под давлением с применением кислородного процесса являются полное устранение газо-воздушной пористости отливок и возможность получения отливок с очень тонкими стенками за счет резкого уменьшения величины противодавления газов на металл, заполняющих прессформу. Отливки, полученные с применением кислородного процесса, можно подвергать упрочняющей термообработке.