» » Штамповка жидкого металла
23.04.2015

По мере уменьшения толщины стенок, усложнения конфигурации и увеличения линейных размеров заготовок формообразование в металлической форме с получением при этом четких контуров не может быть осуществлено без применения давления.
Однако методы принудительного заполнения должны быть иные, чем в литье под давлением, где, как известно, кристаллизация залитого сплава в основном протекает без давления.
Вместо заполнения готовой собранной формы через впускной литник, быстро затвердевающий и отсекающий отливку от источника питания и давления, как формообразование, так и кристаллизация осуществляются под действием прессующего пуансона гидравлического пресса. Кристаллизация начинается сейчас же после заполнения. Для этого металл не должен поступать в форму из отдельно расположенной камеры прессования, а должен находиться непосредственно в матрице, чтобы прессующий пуансон мог выдавить его в полости, образующиеся при конечном (относительном в зависимости от объема залитого металла) сопряжении матрицы и пуансона, т. е. по аналогии с кинематикой движения металла при горячей штамповке.
Схема штамповки жидкого металла показана на фиг. 172.
Штамповка жидкого металла

Сущность этого метода литья заключается в том, что мерная порция металла заливается в металлическую форму 3, после чего на зеркало металла 1 поступает под давлением прессующий пуансон 2 гидравлического пресса и под его действием металл принудительно выдавливается вверх. По окончании формообразования давление прессующего пуансона передается на верхние торцы заготовки и на ее внутреннюю поверхность для уплотнения в процессе кристаллизации металла. Выдержка металла под давлением продолжается до полного затвердевания; затем деталь 4 выдается из формы и цикл повторяется.
Благодаря приложению давления в процессе формообразования обеспечивается получение острых и четких граней и высокая точность. По чистоте поверхности заготовка приближается к литью под давлением.
Под действием прессующего пуансона металл плотно прилегает к стенкам формы без зазоров и воздушной прослойки что способствует быстрому охлаждению заготовки с получением мелкозернистой структуры.
В результате отмеченных особенностей выход годного составляет 90—92%, припуски на механическую обработку по сравнению с обычным литьем уменьшаются с 1,5 до 2 раз. В значительном ряде случаев механическая обработка отдельных участков может быть полностью устранена.
Опыт изготовления тонкостенных деталей типа пустотелых цилиндров из алюминиевого и цинкового сплавов показывает, что при глубоком выдавливании, переходящем к концу операции в обратное экстрюдирование (истечение), получается высокая чистота поверхности (до 10—11-го класса).
Формообразование из жидкого металла имеет ряд преимуществ перед горячей штамповкой для изготовления заготовок сложной конфигурации (тонкостенных и толстостенных).
Преимущества эти состоят в следующем:
1) Отсутствует необходимость в изготовлении исходных заготовок (кубиков) из пруткового материала, являющегося дефицитным, особенно при применении специальных сплавов.
2) Имеется возможность изготовления деталей из всевозможных цветных сплавов как деформируемых, так и литейных.
3) Происходит незначительная затрата энергии для формообразования, так как требуемое удельное давление почти в 6—8 раз меньше, чем при горячей штамповке.
4) Имеется возможность выполнения глубоких и тонких сечений, сложных приливов с большими линейными размерами и малой толщиной стенок (начиная от 1,5 мм).
5) Отсутствуют перекосы от неправильной установки исходной заготовки.
6) Получается меньший механический износ штампа и постоянство размеров получаемых заготовок в продолжение всего срока службы штампа.
Штамповка жидкого металла при изготовлении деталей с глубокой центральной полостью может уподобиться обратному истечению, когда металл под действием прессующего пуансона интенсивно выдавливается вверх в полость, образованную при конечном относительном сопряжении пуансона и матрицы. При изготовлении деталей без центрального отверстия (плоских и т. п.) формообразование происходит путем высадки, т. е. перемещения некоторого объема металла в направлениях, параллельных ходу прессующего пуансона.
В первый период под действием прессующего пуансона происходит формообразование, которое можно уподобить заполнению штампа металлом под давлением.
По окончании заполнения образующейся полости металлом последний мгновенно останавливается, что приводит к образованию гидравлического удара. При этом гидродинамическое давление производит чеканку контуров заготовки и частичное уплотнение металла.
При сравнительно малых скоростях движения металла величина конечного гидродинамического давления несколько меньше, чем в литье под давлением, однако эффективность его относительно более значительна благодаря всестороннему действию на всю наружную и внутреннюю площадь заготовки.
Это давление действует в течение незначительного отрезка времени (долей секунды) и сейчас же переходит в постоянное давление. С этого момента собственно и начинается процесс штамповки. Постоянное давление, действуя по вертикали на находящуюся в пластическом или полупластическом состоянии заготовку всей мощностью пресса, производит уплотнение металла сначала путем кристаллизации под давлением, а затем в зависимости от величины удельного давления и путем деформации из пластического состояния.
Будучи аналогичным процессу горячей штамповки в закрытых штампах по своей кинематике (обратное истечение — выдавливание и высадка), а также по возможности уплотнять заготовку, процесс штамповки жидкого металла по своему характеру формообразования (осуществляемого под давлением) на первых этапах уподобляется литью под давлением.
Опыты показали, что выдавка металла как метод формообразования обладает рядом преимуществ по сравнению с литьем под давлением.
1. Путь залитого металла в несколько раз короче, чем при литье под давлением. Благодаря этому металл значительно меньше теряет свою текучесть и может заполнять форму при более низких давлениях и скоростях.
2. При выдавливании металла отсутствуют условия для захвата воздуха, так как металл наливается в открытую форму, вытесняя при этом объем воздуха, равный полному объему залитого металла; перемещение металла при заполнении им рабочей полости невелико и осуществляется при скоростях, значительно меньших, чем в литье под давлением. При этом воздух успевает удалиться через вентиляционные каналы.
3. При штамповке жидкого металла нет условий для образования потерь гидродинамического давления; металл движется вверх по всему сечению отливаемой детали, параллельно стенкам матрицы без лобовых ударов. Гидродинамический удар, образующийся здесь по окончании заполнения, используется для получения четкие контуров и для уплотнения заготовок.
4. Нет затрат металла на литниковую систему (составляющую в литье под давлением от 50 до 300% от веса отливки).
Только у деталей со сквозной центральной полостью остается дно-перемычка толщиной от 3—4 мм, удаляемая при механической обработке.
5. В литье под давлением при впуске металла сбоку через питатель трудно избежать лобовых ударов при поступлении струи металла перпендикулярно стенкам формы и стержню.
Это приводит к тому, что гидродинамическое давление, являющееся наиболее важным фактором для получения отливок с острыми гранями и уплотненной структурой, растрачивается, не производя полезной работы.