Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Таким способом изготовляются детали с большой центральной полостью и высотой, приближающейся по своим размерам к диаметру, как несложной (типа втулок), так и сложной конфигураций (типа гребных винтов).
При выдавливании металла пуансоном вверх обеспечивается получение чистой поверхности заготовки, у которой первоначальный слой образуется одновременно с формообразованием.
В момент остановки металла при конечном сопряжении матрицы и пуансона образуется гидравлический удар, способствующий получению четких контуров заготовки. Под действием гидравлического удара в форме образуется противодавление, стремящееся раскрыть форму; чем больше мощность прессующего цилиндра и площадь отливки, тем больше усилий необходимо для удержания формы в замкнутом состоянии при гидравлическом ударе.
При изготовлении деталей с центральной полостью процесс штамповки жидкого металла наиболее эффективен, так как в процессе формообразования обеспечиваются чистота поверхности и измельчение структуры металла.
При штамповке подобных деталей получается наиболее совершенное заполнение полостей и контуров, расположенных в верхней части и на наружной поверхности. Эти участки заполняются металлом в первую очередь, поэтому во всех случаях даже при общем недостатке металла обеспечено их заполнение.
Это объясняется тем, что под действием прессующего пуансона металл поступает в кольцевую полость, образующуюся между матрицей и пуансоном, примерно со скоростью, во столько раз превышающей скорость движения пуансона, во сколько раз уменьшается сечение, в которое переходит металл при его выдавливании.
Все эти особенности процесса дают возможность получать способом штамповки жидкого металла заготовки значительной сложности с различными фасонными приливами на наружной поверхности, выходящими за пределы основного габарита детали.
Полости, прилегающие к матрице, могут быть выполнены также подвижными боковыми стержнями (по аналогии с литьем под давлением).
На фиг. 206 показаны детали, выполненные боковыми подвижными стержнями, и форма для этих деталей (фиг. 207).
Для определения области применения штамповки жидкого металла и пригодности процесса для изготовления деталей со сложной фасонной наружной образующей или с большими приливами на наружной поверхности автором производились опыты по изготовлению стаканов диаметром 100 мм и глубиной 90 мм с фланцами диаметром 300 мм, имеющими толщину (от 5 до 2 мм), постепенно уменьшающуюся от центра к периферии (фиг. 208).
Опыты показали, что у стаканов с фланцами в верхней части при правильной дозировке металла во всех случаях хорошо заполнялись фланцы-приливы: на окружности фланцев видны мельчайшие отпечатки контуров формы, например, следы рисок от токарной обработки. Изделие в верхней части отличается высокой чистотой, свойственной отливкам под давлением.
Хорошее заполнение контуров при отношении диаметров фланца и тела детали как 3:1 достигнуто при сравнительно большой выдержке металла в форме до подачи давления (около 3 сек.), медленном движении прессующего пуансона (около 0,1 м/сек) и при удельном давлении около 300 кг/см2. При более благоприятных значениях соответственно может быть увеличен путь, проходимый металлом в приливах к детали.
Способность к выполнению полостей, расположенных вверху и по периферии, дает возможность применить способ штамповки жидкого металла для изготовления деталей с большим центральным отверстием и со сложной образующей и приливами на периферии.
Опыты с изготовлением стакана, имеющего у основания приливы, — фланцы такого же типа, как и у предыдущей детали, изображенной на фиг. 208, показали, что в первую очередь происходит выдавливание металла вверх с формообразованием стакана. После этого начинается заполнение под давлением полости в основании. Металл, попавший при заливке самотеком в тонкую полость, образующую фланцы, застывает там, не заполнив и половины полости в виде бесформенной лепешки, имеющей все недостатки обычного литья.
Затвердевшая лепешка мешает прохождению металла на периферию фланцев; только там, где металлу после заполнения вершины отливки удается прорваться через участки, не заполненные лепешкой, он заполняет под давлением всю полость фланца, давая отчетливые контуры и чистую поверхность. В последнем случае видны линии раздела между металлом, залитым самотеком (лепешка), и металлом, поступившим под давлением.
Опыты с тонкими фланцами, прилитыми к основанию, дали возможность установить, что нижняя часть матрицы, будучи своеобразной камерой прессования, где на металл поступает давление, не должна иметь глубоких боковых полостей для приливов и углублений. Металл попадает в эти полости самотеком и застывает там до подачи давления.
Все полости и углубления, расположенные выше зеркала залитой порции металла, заполняются при движении металла под давлением, благодаря чему эти участки детали имеют четкие контуры и гладкую поверхность.
Если изготовляется деталь, имеющая глубокие и тонкие приливы в основании, то необходимо переместить так называемую камеру прессования вниз за пределы приливов путем устройства резервуара в нижней части матрицы.
На фиг. 209 показана подобная деталь 1, имеющая в центре два кольцевых ребра 2. Чтобы заполнение тонких ребер осуществлялось под давлением при выдавливании металла вверх, в форме устроен резервуар 3,
Другим технологическим мероприятием является образование в процессе заполнения формы под давлением полости для глубокого и тонкостенного прилива, расположенного в нижней части формы. Форма с горизонтальной плоскостью разъема во время заливки металла не имеет кольцевой полости для этого прилива. Ho в момент окончания заполнения под давлением при образовании гидравлического удара верхняя часть формы, не закрепленная первоначально, приподнимается до упора на высоту, равную толщине прилива; при этом и образуется кольцевая полость, в которую металл поступает под давлением.
На фиг. 210, а показана отливка, полученная в форме с закрепленными половинками, а на фиг. 210, б — отливка, полученная в такой же форме, но с приподнятой в процессе заполнения половинкой.
Небольшие приливы средней толщины могут быть расположены в нижней части матрицы.
При достаточно быстрой подаче давления и хорошо прогретой матрице попавший самотеком и не успевший еще затвердеть металл, будучи в твердо-жидком или пластическом состоянии, поддается формообразованию под давлением, благодаря чему и в углублении удается получить четкие контуры. Однако для этого нужны несколько более высокие удельные давления.
Необходимо рассмотреть вопрос о корочке, которая образуется вокруг залитого металла во время нахождения его в покое до поступления давления.
У большинства цветных сплавов, алюминиевых, латуней простых, марганцовых и кремнистых корочка, содержащая окисные плены, при своевременной подаче давления легко деформируется, равномерно распределяется по поверхности, не имея глубокого залегания и снимается при механической обработке при наличии припуска в 0,5 мм.
При изготовлении из жидкого металла деталей с центральным отверстием процесс заканчивается после кристаллизации под всесторонним поршневым давлением, что обеспечивает получение уплотнен ной заготовки.
Для деталей с центральным отверстием (типа втулок) штамповка жидкого металла является оптимальным процессом, идущим с наименьшей затратой усилий и незначительными отходами.
Большое количество мелких втулок до сих пор изготовляется из сплошной заготовки. Крупные втулки отливаются центробежным способом с большими потерями металла на выплески и припуски для механической обработки.
На фиг. 211 показаны вкладыши, отлитые центробежным способом и штамповкой жидкого металла, при этом для мелких втулок расход цветного металла сократился от 2 до 4 раз по сравнению с центробежным литьем.
По мере увеличения диаметра и толщины стенок втулок разница между расходом металла при центробежном литье и штамповкой жидкого металла уменьшается, а степень охвата пуансона увеличивается (особенно при большой высоте втулок).
Из практических соображений следует считать, что при внутреннем диаметре до 80 мм и при толщине стенок до 7 мм следует применять штамповку жидкого металла. Ее следует также применять для втулок с буртиками, имеющих внутренний диаметр больше 100 мм (при толщине стенок до 10 мм), но при обязательном применении телескопических пуансонов, производящих уплотнение заготовки с торца.
При внутреннем диаметре больше 80 мм и при толщине стенок не менее 8 мм наилучшим процессом для изготовления втулок без буртиков будет литье с кристаллизацией под поршневым давлением.
При внутреннем диаметре втулок больше 150 мм и при высоте, большей, чем внутренний диаметр, центробежное литье может оказаться более рентабельным. Одним из решающих факторов при выборе того или другого способа является мощность имеющегося прессового оборудования.
При изготовлении подшипниковых втулок применяется невысокое удельное давление (300—600 кг/см2) с целью сохранить строение, свойственное литому металлу (дендритную ликвацию), обеспечивающее антифрикционные свойства.
На фиг. 212 показано строение втулок, отлитых при давлении 400 кг/см2.
Единственным видом отхода является дно-перемычка, толщина которого в зависимости от точности дозировки колеблется от 3 до 5 мм; дно удаляется при механической обработке.
Металл, залитый в металлическую форму, находясь в ней вначале без движения, начинает затвердевать; уже через доли секунды в местах его касания с матрицей начинает образовываться тонкая корочка.
Такое же захолаживающее действие на металл производит и пуансон. Таким образом, между матрицей и пуансоном в основании детали (например, втулки) всегда будет оставаться тонкая перемычка.
При неточной дозировке избыточный металл прежде всего располагается в основании детали, увеличивая толщину перемычки, а при изготовлении деталей без полостей — толщину самой детали.