» » Армирование отливок вкладышами
23.04.2015

Армирование отливок вкладышами в значительной степени расширяет область применения метода литья под давлением, делая его пригодным для изготовления ответственных деталей, а также устраняет ряд конструктивных недостатков и технологических помех, затруднявших ранее изготовление значительного ряда деталей.
Литье под давлением, как известно, имеет ряд ограничений. Из-за быстрого износа форм литье под давлением применяется для легкоплавких и легких сплавов (свинцовооловянных, цинковых, алюминиевых, магниевых) и в значительно меньшей степени для медных сплавов.
Литье под давлением для черных металлов пока имеет ограниченное применение. Оно непригодно также для изготовления толстостенных и массивных деталей, тонкостенных деталей с местными скоплениями металла или имеющих очень глубокие полости (вследствие трудности удаления стержней), а также для деталей, работающих при больших динамических нагрузках.
Методом литья под давлением трудно и в ряде случаев невозможно изготовить детали с криволинейными полостями или полостями, имеющими поднутрения.
Эти ограничения в значительной степени могут быть устранены при применении армирования отливок вкладышами. Помимо этого, армирование дает значительную экономию дефицитных цветных металлов, уменьшает трудоемкость Сборки, а иногда полностью ее устраняет.
Армирование отливок вкладышами по существу следует рассматривать как литье со стержнями, остающимися в отливке после окончания формообразования.
Металл при своей усадке сильно обжимает неподатливые стержни с усилием, пропорциональным размерам стержня и толщину стенок отливки.
Примерное значение усилия обжатия показано на диаграмме.
Усилие сцепления отливки с арматурой настолько значительно (особенно при устройстве в арматуре поднутрений, канавок или накатки), что отливку в совокупности с арматурой следует рассматривать как монолитную деталь.
Первоначально производилась заливка только мелких втулок, а затем этот способ стал широко применяться для получения фасонных сложных биметаллических деталей из легких и легкоплавких сплавов в комбинации со сталью и другими высокопрочными сплавами, несущими главную нагрузку в детали или обладающими особыми свойствами. Заливаться могут также изделия из пластмасс, кожи, фибры, металлокерамики, а также электрические проводники и нагревательные элементы. Например, вставка из пластмассы может служить диэлектриком, применяемым для изоляции металлической ручки, отлитой под давлением.
Вкладыши из дерева и прессованной бумаги применяются в качестве легко удаляемых (выжигаемых) стержней при выполнении замкнутых полостей, так как извлечение из них металлических стержней невозможно.
При работе с неметаллическими вкладышами отливка около места установки вкладышей должна иметь тонкие стенки. Целесообразно охлаждение, водой участка формы, где расположен неметаллический вкладыш.
Изготовление отливок с вкладышами

Применение легкоплавких сплавов. Широкое применение цинковых сплавов, наиболее приспособленных для литья под давлением я обеспечивающих высокую стойкость форм (до 250 000 отливок), стало возможным для ряда ответственных деталей только благодаря армированию.
Так, например, изготовление из цинковых сплавов деталей с трущимися поверхностями или резьбой стало возможным после заливки вкладыша из стали или бронзы, работающих на истирание.
Благодаря заливке вкладышей значительно расширилось применение цинковых сплавов взамен более дефицитных медных и алюминиевых.
Рассредоточение скоплений металла

Скопление металла является конструктивным недостатком, так как оно приводит к образованию усадочной рыхлости. При установке в местах скопления вкладышей этот недостаток, влияющий на прочность отливки, устраняется и становится возможным изготовление деталей с толстыми сечениями.
Маховички для паро-водяных вентилей диаметром 100 мм, отливаемые под давлением из сплава АЛ 13, не выдерживали испытаний на разрыв при нагрузке до 1,5 г.
После армирования их втулкой (фиг. 139), отлитой под давлением из того же сплава, отливка выдерживает указанную нагрузку; при вращении под большими усилиями армированный маховичок скручивает латунный шпиндель вентиля, но сам не разрушается.
Армирование отливок вкладышами

Это объясняется упрочнением металла в ступице благодаря рассредоточению скопления с помощью втулки-арматуры.
«Грибы» для шлифования оптических стекол при литье их из чугуна в песчаные формы — это толстостенная деталь (свыше 10 мм) с массивной ступицей, в которой нарезалась резьба. Чтобы сделать эту деталь (поз. 8, фиг. 140) технологичной для литья под давлением, скопление металла в ступице рассредоточивалось установкой стального вкладыша 7 с резьбой. При переводе на литье под давлением толщина стенок отливки уменьшена до 5 мм; деталь упрочнена устройством четырех ребер.
Армирование отливок вкладышами

Точно вкладыш 7 фиксируется в форме с помощью стержня 3, вставляемого в коническое гнездо вставки 2 плиты пуансона 6. Стержень имеет на своем конце, выступающем в рабочую полость, резьбу, на которую навертывается вкладыш. Толкатель 1 выдает из формы отливку вместе со стержнем, с которого она свинчивается.
При переводе на литье под давлением полностью устраняется трудоемкая обработка детали по шаровидной поверхности. По мере износа детали она отбивается со стального вкладыша, а последний используется для других отливок.
Устранение технологических помех

С помощью армирования устраняется одна из главнейших технологических помех — охват (обжатие) металлом при его усадке металлических стержней и выступающих частей формы.
Чем больше толщина стенок детали, чем глубже отверстие и чем более тугоплавким является сплав, тем значительнее обжатие и контакт стержня с отливкой.
Нередко вследствие обжатия становится невозможным снять отливку со стержней. Для борьбы с обжатием в практике литья под давлением разработаны следующие мероприятия, не лишенные в свою очередь существенных недостатков:
1) все стержни выполняются со значительной конусностью, но-это вызывает излишний расход металла и во многих случаях заставляет вводить механическую обработку для снятия конусности; кроме того, длина стержней при этом должна быть ограничена;
2) отливка быстро снимается со стержней, сразу после затвердевания, что, однако, ухудшает условия уплотнения отливки;
3) при отливке деталей с глубокими полостями уменьшается количество гнезд, располагаемых в одной форме, что ухудшает рентабельность процесса. Во многих случаях для уменьшения силы, обжатия приходится отказываться от выполнения некоторых готовых отверстий.
При усадке металла устанавливаемые в отливку вкладыши так сильно обжимаются, что прочность их соединения с отливкой становится более значительной, чем при горячей прессовке. При этом стержень, на который устанавливается вкладыш, обжатию не подвергается и отливка снимается с него без затруднений. При этом отпадает необходимость придавать стержням конусность, а также раньше времени вынимать отливку.
Гнездо червячного винта вследствие большой глубины выполнялось двумя стержнями (фиг. 141, а), имеющими значительную конусность, что вызывало необходимость в механической обработке. Чтобы получить отверстие без последующей расточки, в форму вставляются тонкая стальная трубка 1 и втулка 2, которые значительно увеличивают прочность алюминиевой детали и дают возможность изготовить гнездо не сплошным, а с выемкой (фиг. 141, б).
Армирование отливок вкладышами

Во время заполнения формы в трубку устанавливается выемной стальной стержень (закрывающий отверстие от попадания металла), имеющий в торцах керны, в которые входят пружинные прижимы. установленные в форме.
Армирование дает также возможность устранить недостатки, которые возникают в случае применения центральных литников без рассекателя, когда образуются скопления металла, возникают лобовые удары и изнашивается участок формы, расположенный против ходового литника. Для устранения этих недостатков применяются (главным образом при отливке деталей коробчатого и корпусного типа) рассекатели из того же сплава, заливаемые в отливку в виде арматуры (фиг. 142).
Армирование отливок вкладышами

Придавая конической части вкладыша соответствующую форму, можно повернуть струю металла на 90° и направить ее параллельно стенкам формы и стержню и благодаря этому устранить завихрения и лобовые удары. При обрезке ходового литника 1 одновременно обрезается и коническая часть рассеивателя 2, а его основание 3 остается в отливке 4 в виде вкладыша, надежно расположенного на дне.
Рассекатель-арматура фиксируется в форме в углублении центрального стержня 5.
Изготовление деталей с криволинейными или замкнутыми полостями

Благодаря применению армирования стало возможным литье под давлением деталей с криволинейными и замкнутыми полостями или полостями, имеющими поднутрения.
Водопроводный кран из медного сплава получается с криволинейной полостью без применения выдвижных стержней с помощью латунной трубки 1 (фиг. 143). Соответственно изогнутая под штампом трубка устанавливается в пазы формы в качестве вкладыша, опираясь на свои Удлиненные знаки, и заливается металлом, образуя полость, не требующую обработки. При обработке центрального отверстия часть трубки-вкладыша удаляется при расточке.
Армирование отливок вкладышами

Сложная деталь (фиг. 144) имеет ряд глубоких разветвленных каналов-маслопроводов малого диаметра, изогнутых по кривой или ломаной. Эти каналы по мере необходимости должны сообщаться между собой.
Подобную деталь можно изготовить только путем заливки в нее под давлением арматуры из системы трубок, расположенных в точно заданном взаимном расположении.
Для этого изогнутые трубки закладываются в пазы формы и методом литья под давлением армируются (собираются) стойками А в единую систему. Стойки А, помимо своего основного назначения соединять трубки, служат также для уменьшения скопления металла в отливке. Вся система армированных трубок и является вкладышем, заливаемым в деталь при литье под давлением.
Плита фильтрпресса из алюминиевого сплава (фиг. 145) имеет с двух сторон плоские каналы толщиной около 2 мм для прохода масла.
Ввиду невозможности выполнить их подвижными стержнями, применяются фанерные вкладыши, выжигаемые из готовой отливки при ее нагреве.
Облицовка деталей слоем из цветных металлов

Много деталей в арматурном производстве, работающих в среде пара или морской воды, изготовляются целиком из цветных сплавов, между тем как с паром и водой соприкасаются лишь небольшие участки деталей.
Облицовка тонким слоем цветного сплава способом литья под давлением участков, соприкасающихся с паром и морской водой, дает возможность значительно сократить расход цветного металла.
Таким образом, например, изготовляются шпиндели судовой арматуры, ранее вытачиваемые из сортовой латуни, что сокращает расход цветного металла в 8— 10 раз (фиг. 146).
Армирование отливок вкладышами

Бугельные крышки в нижней тарельчатой части, соприкасающейся с паром, могут быть облицованы тонким слоем латуни.
Облицовка цветными сплавами фасонных стальных деталей, подобных бугельным крышкам, стала возможной благодаря широкому внедрению точного литья по выполняемым моделям. Вкладыши для их правильной установки в форме должны быть точными, что может быть получено без предварительной механической обработки только способом точного литья.
Заливка под давлением как метод сборки

При применении армирования облегчается механическая обработка, а главным образом сборка деталей.
Мелкие детали, изготовленные путем холодной штамповки, выточки на автоматах и другими способами, устанавливаются в гнездах формы и с помощью заливки соединяются в один узел. Во многих случаях заливка заменяет собой другие способы крепления, особенно там, где высокая твердость материала затрудняет сверловку.
Станину генератора типа магнето очень трудно собрать в один узел вследствие высокой твердости магнитного материала, не поддающегося обработке режущим инструментом.
При применении метода армирования сборка получается при одновременной заливке металлом ряда вкладышей из различных материалов (фиг, 147): магнитного диска 4, отшлифованного с одной стороны, четырех заготовок для полюсов из профильного проката 5, стального штифта 6 для поддержки агрегата и бронзовой втулки 3. Все заливаемые вкладыши точно устанавливаются в форме 1 и заливаются в один узел сплавом, проникающим во все выемки вокруг вкладышей и образующим корпус 2 агрегата, не требующий после отливки дополнительных операций.
Армирование отливок вкладышами

Намного уменьшается стоимость изделия, так как отпадает значительная часть предварительной механической обработки перед сборкой, а также сама сборка, являющаяся самой сложной операцией.
Поскольку диск изготовлен из очень твердого магнитного материала, который может быть механически обработан только шлифованием, то было бы трудно прикрепить к нему полюсные части. Также сложно было бы расточить в нем отверстие для установки втулки. В данном случае зазор между литым отверстием магнита и втулкой заполняется сплавом при заливке.
Метод армирования широко используется для заливки роторов электродвигателей. Здесь вкладышами служат вал и пластины. Штампованные пластины из магнитного железа собираются на валике-стержне, имеющем с одной стороны упор (являющийся одновременно рассекателем), и поджимаются клином. В собранном виде пластины помещаются в матрице и заливаются алюминиевым сплавом под давлением. Металл, заполняя все зазоры между пластинами, превращает их в один агрегат без всякой механической обработки.
Увеличение конструктивной прочности деталей или придание им особых свойств

Применяемые для литья под давлением сплавы не обладают теми свойствами, в которых нуждается современная техника (высокая прочность, пластичность, антифрикционность, износоустойчивость, магнитность и другие свойства). Ho в условиях службы часто не вся деталь, а только отдельные ее участки воспринимают нагрузку или выполняют особые функции.
В подобных случаях можно с помощью армирования получить в соответствующих частях детали те свойства, которыми не обладают сплавы, отливаемые под давлением.
Так, например, электроизоляционные свойства достигаются заливкой фибровых вкладышей; магнитные свойства — заливкой стержня из мягкого железа с высокой проницаемостью и т. д.
Увеличение прочности на отдельных участках детали достигается заливкой стальных вкладышей.
Деталь, показанная на фиг. 148, ранее изготовлялась из стальной поковки с затратой значительного времени на механическую обработку. При применении армирования стальной втулкой 1 и резьбовым штифтом 3 появилась возможность отливки детали 2 под давлением из алюминиевого сплава.
Армирование отливок вкладышами

Получение точных расстояний между центрами отверстий

Выполнение при литье под давлением готовых отверстий в приливах, помимо сокращения механической обработки, целесообразно также с точки зрения рассредоточения скоплений металла и устранения при этом воздушных включений.
Однако трудность точного учета усадки в ряде случаев не дает возможности при точности 2 и 3-го классов производить отливку с готовыми отверстиями. Последнее крайне необходимо в корпусах и платах приборов, имеющих большое количество отверстий.
Метод армирования попользуется для получения точного расстояния между центрами отверстий независимо от усадки отливки.
Для этого отверстия, требующие высокоточной разметки, выполняются с арматурой. Отливка с арматурой, посаженная на стержни, длительно выдерживается в форме до окончания усадки отливки.
Способ многократной отливки

Значительный ряд деталей, имеющих полости с поднутрением или с обратными конусами, нельзя отлить под давлением. Чтобы сделать это возможным, деталь расчленяется на два элемента: один элемент детали отливается предварительно под давлением и служит арматурой для другой отливки (фиг. 149).
Армирование отливок вкладышами

Корпус и втулка с круговой выточкой и продольными ребрами, проходящими через все выточки, не могут быть изготовлены с помощью одной литейной операции. Для этого сначала отливается втулка, которая и применяется в качестве арматуры при последующей отливке корпуса.
При многократной заливке необходимо предусмотреть кольцевые выточки или углубления, при охвате которых металлом будет обеспечено прочное соединение двух отливок. Если арматурой является отливка с полостью, то во избежание проникновения в полость жидкого металла ее следует перекрыть стержнями или пробками.
Магазинная загрузка вкладышей

При массовом литье под давлением при высоких темпах работы загрузка вкладышей значительно влияет на продолжительность литейных операций. Для ее повышения применяют различные методы механизации и автоматизации.
При изготовлении мелких деталей без подвижных стержней в многогнездных формах применяется магазинная загрузка вкладышей сменными плитами с двойным выталкиванием. Вкладыши за пределами машины предварительно устанавливаются в сменную магазинную плиту, которая вставляется в форму, располагаясь на четырех направляющих.
При раскрытии машины магазинная плита благодаря обжатию отливкой арматуры остается на подвижной части формы. Когда плита выталкивателей приходит в соприкосновение с упорами машины, магазинная плита отделяется от отливки штырями и снимается с машины для последующей загрузки.
Автоматическое магазинное устройство для загрузки вкладышей

С задней стороны подвижной части формы имеется магазин 1 (фиг. 150), расположенный вертикально. Для прохода вкладыша 5 в форме есть сквозное отверстие. Палец 3, играющий роль выталкивателя, укорочен настолько, чтобы при закрытой форме между его концом и магазином имелся просвет. Установка вкладыша в правильное положение осуществляется кулачком 6, который прикреплен к колодке 8, так же как и стержень 7, приводимый в движение наклонным пальцем.
Армирование отливок вкладышами

Вначале машина делает полный цикл без металла при наполненном вкладышами магазине. Отход подвижной части формы вызывает движение вверх кулачка 6, а затем приводится в движение плита выталкивателей 2, благодаря чему палец 3 толкает первый вкладыш в гнезде. В конце хода задний конец вкладыша находится еще несколько впереди порожней плоскости кулачка 6. Когда форма закрывается, конец установочной колонки 4, упираясь в неподвижную часть формы, приводит в начальное положение плиту выталкивателей. Одновременно колодка 8 подает кулачок 6, который продвигает вперед вкладыш и, перекрывая отверстие, закрепляет его. После этого палец 3 выходит из магазина, давая место другому вкладышу.
Для бесперебойной работы удобно иметь два сменных магазина.
Обычные выталкиватели не нужны, так как палец 3 (через вкладыш) выталкивает отливку.
Технология заливки вкладышей

Большое значение имеет надежность установки вкладышей, обеспечивающая точность их положения в форме. При этом должны быть предусмотрены следующие основные правила:
1) легкость установки вкладыша в гнездо формы;
2) удержание вкладыша в гнезде во время хода закрытия машины;
3) предотвращение выбрызгивания металла, в случае если вкладыш по какой-либо причине не был вставлен в форму. Обычно вкладыш устанавливается в плоскости разъема формы или под прямым углом к ней. В последнем случае вкладыш вставляется в хорошо пригнанное отверстие в одной из половин формы.
Простейшей и наиболее точной является установка вкладышей 2 с отверстием (типа втулок и колец) (фиг. 151) на стержнях неподвижных и подвижных.
Сплошные вкладыши устанавливаются в углубления формы, в специальных выемках, гнездах и отверстиях. На фиг. 152, а показана неправильная установка вкладыша 1, так как положение его в форме определяется выталкивателем 2, изменение положения которого отразится на длине выступающей из отливки части вкладыша. Кроме того, ставить другой вкладыш можно только тогда, когда выталкиватель возвратится на место.
На фиг. 152, б показана правильная установка вкладыша 1, который точно фиксируется в гнезде, упираясь в штифт 3. Если на отливке нет площадок для принятия выталкивателей 4, то для этого делаются специальные площадки 5.
Армирование отливок вкладышами

Для установки вкладыша 2 (фиг. 153) с внутренней резьбой в отливку 1 втулка навертывается на резьбовой стержень 3 и фиксируется в гнездах центрального стержня 4 до упора со втулкой. После удаления центрального стержня резьбовые стержни вывинчиваются из отливки.
Если вкладыш расположен в гнезде, прорезанном в плоскости разъема, то его фиксация в продольном положении надежно обеспечивается в закрытой форме, но следует предусмотреть приспособления для удержания его в этом наложении в открытой форме. Ha фиг. 154, а показана фиксация вкладыша 1 во втулке 2, укрепленной в плоскости разъема на штифтах 3. Этот способ малопроизводителен и недостаточно надежен. Лучшие результаты получаются при установке вкладыша 1 во втулку 2 (фиг. 154, б), соединенную с подвижной колодкой 3, приводимой в движение наклонными пальцами аналогично приводам для стержней. При раскрытии формы втулки автоматически отходят, освобождая вкладыши.
Армирование отливок вкладышами
Армирование отливок вкладышами

Если вкладыш 2 (фиг, 155) расположен ниже плоскости разъема формы (параллельно ему), то для его фиксации применяются сухари 3, вынимаемые вместе с отливши с помощью выталкивателя 1. Сухарь снимается с отливки специальным приспособлением.
Армирование отливок вкладышами

Если вкладыш 3 (фиг. 156) имеет ступенчатое отверстие и фиксируется на двух стержнях 2 и 4, сходящихся своими торцами, то во избежание зазора между ними и образования при этом залива применяют пружину 1 для подачи вкладыша в упор к торцу стержня, а также соединяют торцы в замок.
Армирование отливок вкладышами

Для надежного и прочного укрепления вкладышей их следует снаружи снабжать накаткой, шлицем или поднутрением (фиг. 157).
Заливаемые штифты следует располагать в отливке на глубине ст одного до двух диаметров. Расстояние от конца накатки стержня до поверхности отливки должно быть окало 1,5 мм.
Тонкостенные втулки не должны накатываться, так как в них возникают напряжения, которые могут быть помехой при развертывании.
При правильном конструировании деталей в ней предусматривается накатка 7, фаска 2 и канавка 3 (фиг. 157). Фаска способствует устранению трещин от концентрации напряжений при затвердевании.
Армирование отливок вкладышами

Вместо длинных цилиндрических подвижных стержней, извлечение которых из отливки затруднительно, применяют арматуру в виде труб, остающихся в отливке для выполнения отверстий. Концы трубок должны выдаваться из отливки (для фиксации).
Для упрощения сборки применяется заливка заклепок.
При применении вкладышей необходимо соблюдать следующие условия:
1. Струя металла не должна сдвинуть вкладыш.
2. Поток металла не должен разделяться заливаемой деталью из нескольких струй.
3. He следует располагать вкладыш далеко от литника, так как остывший металл может не охватить вкладыша, особенно при тонкостенном литье. Если этого нельзя избежать, то отливку следует производить при: более высокой температуре.
Вкладыш должен изготовляться с точностью 0,02—0,03 мм; зазор между полостью и вкладышем принимается 0,05—0,1 мм. При несоблюдении этих допусков металл может заливаться в зазор, что вызовет ряд помех в ходе процесса.
Перёд установкой в форму вкладыш необходимо очистить от загрязнений, масла, золы и т. п. и нагреть до температуры формы, т. е. примерно:
Армирование отливок вкладышами

Во избежание контактной коррозии рекомендуется цинкование вкладышей или электролитическое покрытие.
Детали из гидроналия и электрона не следует соединять непосредственно с вкладышами из медных сплавов и железа, — нужна изоляция путем кадмирования или лакировки вкладышей.