» » Жидкотекучесть
23.04.2015

Заполнение формы, как известно, зависит в значительной степени от жидкотекучести металла, т. е. того литейного его свойства, которое определяет подвижность металла в жидком состоянии. Поэтому вопрос заполнения следует рассматривать прежде всего с точки зрения жидкотекучести и ее значения в условиях литья под давлением.
Под жидкотекучестью следует понимать способность металла заполнять форму и давать рельефные, ясно очерченные грани на отливках.
Это свойство жидкого металла находится в связи со степенью его вязкости, поверхностным натяжением, характером его кристаллизации, теплоемкости, теплопроводности и в целом характеризуется способностью оставаться долго в жидком состоянии и возможностью, таким образом, пройти в форме максимальный путь, прежде чем произойдет затвердевание металла, при котором исчезает его текучесть.
Степень заполнения формы расплавленным металлом зависит не только от свойств самого металла, а еще от других факторов, которые могут быть подразделены на три основные группы:
1) свойства формы;
2) условия заполнения формы;
3) тепловые условия.
Изменяя свойства формы или условия ее заполнения (например, материал формы, характер ее поверхности, размеры литниковой системы, применение давления), мы не меняем подвижность сплава, оказывая в то же время влияние на заполнение.
Все факторы, в какой-то мере оказывают влияние на жидкотекучесть; например, газопроницаемость формы или наличие вентиляционных каналов, улучшают жидкотекучесть. Она в значительной степени зависит также от состояния поверхности формы; заполняемость улучшается при устранении шероховатости. Поэтому практически определяемая жидкотекучесть не характеризует физических свойств сплава, а является результатом технологических условий, представляющих сложную функцию многих переменных.
Ряд исследований (Н.Г. Гиршович и др.) показывает, что одним из факторов, способствующих увеличению жидкотекучести, является гидростатический напор h или давление, под которым движется струя металла. Так, например, повышение стояка на 100 мм увеличивает длину спирали сечением 50 мм2 с 200 до 250 см.
Влияние на жидкотекучесть имеет также сечение питателей. Опыты показали, что между жидкотекучестью (λ) и сечением питателя (Fn) существует следующая зависимость:
λ=k√Fn.

Практическая жидкотекучесть зависит также от сечения и конфигурации отливки. Чем меньше сопротивление, которое оказывает жидкому металлу форма, чем больше сечение отливки и отношение ее сечения к периметру, тем больше оказывается путь, проходимый металлом в форме.
Жидкотекучесть при применении высокого давления. Чем больше отношение массы металлической формы к массе Металла, заливаемого в форму, тем значительнее потери текучести (особенно если это отнести на единицу поверхности детали).
Быстрое затвердевание металла при соприкосновении с металлической формой, как известно, ограничивает область применения так называемого кокильного литья (в отношении допускаемой минимальной толщины стенок и линейных размеров отливки).
При литье под давлением существуют особенно неблагоприятные условия для сохранения текучести металла, а именно: а) отсутствие газопроницаемости формы; б) отсутствие выпоров (не считая щелевидных вентиляционных каналов); в) увеличение значения внутреннего трения при больших скоростях заполнения; г) малые сечения литников (доходящие при впуске до щелевых) и главное д) весьма большое отношение массы формы к массе отливки. Особенно это сказывается при изготовлении полых тонкостенных деталей с большими линейными размерами.
Только благодаря применению высокого давления становится возможным заполнить форму и получить четкие контуры заготовки.
Давлением во время заполнения принудительно проталкивают металл через тонкие полости формы с большой скоростью, для того чтобы он не успел отдать свое тепло форме. Заполнению формы способствует также полированная поверхность рабочей полости формы.
Чем меньше толщина стенок отливки и чем больше ее линейные размеры, тем большее давление затрачивается для заполнения формы.
Доминирующее значение давления в процессе заполнения особенно проявляется при работе с полужидким металлом на прессующих поршневых машинах, где имеется возможность получить из такого металла детали с толщиной стенок около 2,0 мм.
Таким образом, значение жидкотекучести как способности металла заполнять форму и давать рельефные грани, не имеет при литье под давлением того первенствующего положения, которое ему принадлежит при обычном литье; здесь понятие о текучести имеет преобладающее технологическое значение по сравнению с понятием жидкотекучести.
Текучесть металла практически не ограничивает возможности применения процесса литья под давлением для той или иной детали. В значительной степени это объясняется тем, что в результате торможений, которые наблюдаются при заполнении формы густым металлом, имеют место значительные потери кинетической энергии и превращение ее в тепло, с некоторым нагревом металла.
Вязкость жидкого металла как свойственная ему в жидком состоянии, так и увеличивающаяся при понижении температуры в первой стадии заполнения, имеет положительное значение в качестве фактора, уменьшающего опережение металлом воздуха и препятствующего к захвату воздуха в момент заполнения.
При понижении температуры металла, когда интенсивно начинается процесс кристаллизации, вязкость резко увеличивается. При литье в песчаные формы при наличии в сплаве 50—60 % твердой кристаллической фазы жидкотекучесть практически становится равной кулю. При литье под давлением, где к концу операции заполнение и окончательное формообразование могут осуществляться под действием гидродинамического давления при состоянии металла, близком к пластическому, влияние вязкости на заполнение менее значительно.
Значение поверхностного натяжения, относительно небольшое при заполнении формы, увеличивается с уменьшением сечения полости формы; для преодоления сил поверхностного натяжения при заполнении тонких сечений следует соответствующим образом повышать давление.
Стремление сохранить текучесть металла до его поступления в рабочую полость формы имеет значение при литье под давлением с другой точки зрения, а именно: с точки зрения получения возможности хорошего заполнения при умеренной скорости впуска. Большая скорость впуска при литье под давлением достигается, как известно, уменьшением сечения спускного литника. В последнем металл быстро затвердевает, что препятствует передаче давления на него в процессе кристаллизации.
Одним из основных факторов, способствующих сохранению жидкотекучести, является сокращение пути (а следовательно, и времени) прохождения металла из камеры прессования в рабочую полость.
На этом принципе построены новые методы формообразования под давлением — метод, именуемый «штамповкой жидкого металла».
В этих процессах, кроме сокращения пути металла, увеличению текучести способствует: 1) движение металла при заполнении формы по большому сечению, равному поперечному сечению заготовки, и 2) возможность формообразования из металла, охлаждающегося до твердо-жидкого состояния.
Линейные размеры отливок. Максимальные линейные размеры зависят от пути, проходимого металлом при входе его через сечение впуска в рабочую полость формы до наиболее отдаленной от питателя точки полости.
Исследования жидкотекучести металла в форме при удельном давлении около 400 кг/см2 и при нормальных рабочих условиях показывают, что спираль толщиной 4 мм из силумина имеет длину S от 1000 до 1100 мм.
Так как в условиях заполнения спирали форма была соединена с атмосферой и воздух не препятствовал заполнению, а также учитывая, что в подобной форме особенно эффективно проявляется влияние вязкости, так как металл все время идет по стенке, то длину пути, проходимого металлом, следует принять с поправкой на 25—30%.
Для компрессорных машин с удельным давлением до 50 кг/см2 длина пути, который может пройти металл, определяется по эмпирической формуле
S = 100 а,

где S — длина пути металла;
с — толщина стенок отливки.
Для гидравлических машин с холодной камерой прессования при оптимальных технологических параметрах длину пути с учетом поправок можно принять при значении S = 1000*70/100 = 700, а при a=4 мм в следующем виде:
S/a = 700/4 = 175; S = 174 a.

По мере увеличения удельного давления S может соответственно увеличиться. При применении центральной литниковой системы S исчисляется по радиусу от центра, т. е. во все стороны.
Максимальная допускаемая площадь отливки зависит от мощности машины и исчисляется как произведение из удельного давления на площадь проекции отливки на подвижную часть формы.
Вес отливки ограничивается рабочим объемом камеры прессования.