Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Гидравлический удар, способствующий уплотнению тонкостенных отливок, становится одновременно вредным для стойкости форм по мере увеличения толщины стенок отливки. Возможность уплотнения такой отливки с помощью гидравлического удара значительно уменьшается, так как он действует в течение незначительного отрезка времени, а эрозионное действие струи металла (ввиду увеличения его массы) становится больше.
При изготовлении толстостенных (выше 5 мм) отливок также труднее упорядочить движение жидкого металла в виду наличия более значительных объемных полостей, в которых возможность образования завихрений более вероятна.
Если сопоставить литье под давлением с горячей штамповкой, то мы видим, что в том и другом процессах одновременно действуют следующие факторы, влияющие на износ форм: высокое давление, ударное действие поступающего металла и высокая температура.
Однако износ форм при горячей штамповке (например, при работе с латунью), несмотря на применение более высоких удельных давлений, в несколько раз меньше, что объясняется состоянием металла, который, будучи в пластическом состоянии, не диффундирует в сталь формы и не завихряется с захватом при этом воздуха.
Формообразование из металла, нагретого до пластического состояния, требует затраты весьма больших усилий (от 5000 кг/см2 и выше); при работе с жидким металлом для формообразования под давлением необходимо удельное давление начиная от 300 кг/см2.
Несмотря на необходимость в весьма больших удельных давлениях при формообразовании, из металла, находящегося в пластическом состоянии, сильно ограничена возможность получения деталей со сложными контурами и глубокими полостями.
Чтобы с наибольшей эффективностью использовать в тех или иных случаях указанные преимущества жидкого и находящегося в пластическом состоянии металла и довести до минимума влияние их недостатков, необходимо применять режимы литья, при которых в зависимости от температуры плавления заливаемых сплавов, конфигурации, а также толщины стенок детали металл в процессе формообразования сможет переходить от одного состояния в другое, т. е. из жидкого в жидко-твердое, твердо-жидкое и, наконец, в пластическое.
Практическое значение подобных режимов необходимо рассмотреть с технологической точки зрения и в первую очередь в свете больших возможностей жидкого металла хорошо заполнять под давлением тонкие и глубокие полости формы при больших линейных размерах отливки. При этом необходимо сочетать окончательное формообразование из металла, близкого к пластическому состоянию с одновременным обеспечением условий, при которых металл может, пройдя длинный путь, заполнить полости формы.
Прежде всего необходимо дифференцировать отливки по их сложности, линейным размерам, толщине стенок и сплавам.
Для тонкостенных и равностенных сложных деталей из цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов со сравнительно большими линейными размерами литье под давлением является оптимальным процессом. Подобные детали должны изготовляться с применением существующих режимов литья.
Металл при достаточно высокой температуре должен с большой скоростью пройти по литниковым каналам и полости формы и уплотниться в момент гидравлического удара.
В тонких сечениях, где завихрения быстро гасятся благодаря преобладанию металла в первоначальном слое, отложившемся на стенках формы, над жидким металлом, протекающим между этим слоем, а также ввиду малого объема воздуха на единицу площади формы воздушные включения практически отсутствуют.
Тонкостенные отливки отвердевают с очень большой скоростью, и продолжительность гидравлического удара, действующего в течение ничтожного отрезка времени, достаточна для их уплотнения. В данном случае повышение тепла в момент гидравлического удара полезно для лучшей чеканки контуров отливки.
Износ форм при литье подобных деталей сравнительно невелик, так как малая масса залитого металла быстро затвердевает.
Другие условия имеют место при изготовлении деталей с более значительной толщиной стенок, где специфические недостатки литья под давлением особенно сказываются.
Чтобы сделать литье под давлением пригодным для изготовления подобных деталей, необходимо применять режимы, при которых окончательное формообразование осуществляется при состоянии металла, близком к пластическому.
Как было указано выше, вязкость способствует упорядочению впуска металла в форму и уменьшению завихрений.
Вязкость характерна только для жидкости, а для твердого металла имеет место упругое истечение. Ho в потоке впускаемого металла имеется целый ряд переходных состояний между тонкой твердой пленкой, соприкасающейся со стенками формы, и свободно текущей струей.
К концу литейной операции металл, значительно охлаждаясь в соприкосновении с металлической формой, доходит на отдельных участках до жидко-твердого или твердо-жидкого состояния и практически перестает быть жидкостью.
Если движение происходит с образованием твердой фазы, то при этом заполнение перестает подчиняться законам гидравлики, а постепенно вступают в действие законы пластической деформации.
Используя все ее преимущества для уплотнения металла, в настоящее время при литье под давлением деталей с толщиной стенок выше 5 мм начинают применяться режимы, при которых металл к концу линейной операции доводится до твердо-жидкого состояния и деформируется под большим давлением.
Это осуществляется при применении ступенчатых скоростей и давлений, для чего сконструированы специальные мощные машины с горизонтальной камерой прессования.
Жидкий металл заливается в форму при предельно низкой температуре и при малых скорости и давлении проходит по камере прессования и литниковым каналам, постепенно вытесняя воздух я охлаждаясь по пути, заполняет рабочую полость формы в жидкотвердом состоянии. В момент, предшествующий окончательному заполнению, когда при значительном охлаждении металла гидравлические сопротивления в форме увеличиваются, автоматически включается высокое давление непосредственно от насоса, под действием которого металл доходит до полупластического или пластического состояния в момент окончательного формообразования.