Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Фасонные отливки из алюминиевых сплавов изготавливают всеми известными способами литья. Около 70—80 % отливок получают литьем в многократные формы (в кокиль, под давлением, под низким давлением) и 20—30 % — литьем в разовые формы (песчаные, гипсовые, оболочковые, по выплавляемым моделям). Назначение того или иного способа литья для изготовления конкретной отливки определяется уровнем требований к их качеству (механическим свойствам, точности размеров, чистоте поверхности), техническими возможностями каждого из способов (табл. 15) и экономическими соображениями (необходимостью изготовления отливки с минимальными затратами труда и материалов и минимальной себестоимостью).
Литье в многократные (металлические) формы обеспечивает получение отливок с более высокими свойствами и меньшим расходом металла, чем литье в разовые формы. Поэтому для крупносерийного и массового производства отливок из алюминиевых сплавов экономически целесообразным является литье в кокиль и под давлением. В серийном и мелкосерийном производстве экономически выгодным может оказаться литье в разовые формы.
Независимо от способа изготовления отливки из алюминиевых сплавов по условиям службы делят на три категории ответственности.
К категории I относят отливки, подверженные значительным напряжениям, длительно работающие в неблагоприятных условиях. Их подвергают индивидуальному контролю рентгенопросвечиванием, флуоресцентному контролю, контролю вихревыми токами. К категории II относят отливки со средней нагруженностью, работающие в нормальных условиях. Они проходят выборочный контроль рентгенопросвечиванием. Малонагруженные отливки, не подвергающиеся рентгенопросвечиванию, относят к III категории ответственности.
В зависимости от массы, габаритов, толщины стенки, класса точности, категории ответственности отливки из алюминиевых сплавов делят на шесть групп сложности (табл. 16). Для определения группы сложности конкретной отливки необходимо сопоставить ее данные с признаками, характеризующими сложность каждой группы. По наибольшему числу признаков, но не менее чем по четырем, отливку относят к той или иной группе.
По химическому составу и механическим свойствам отливки должны соответствовать ГОСТ 2685—75; по величине припуска на механическую обработку, допускам на размеры и классу точности — ОСТ 141154—72; по качеству необработанной и обработанной поверхности, в зависимости от размеров и способа литья — ОСТ 90021—71.
В отливках не допускаются неслитины, трещины, сквозные раковины и рыхлоты, шлаковые и флюсовые включения.
Высокая склонность алюминиевых расплавов к окислению, насыщению водородом и вспениванию при перепадах в полости литейной формы и образованию завихрений, вызываемых высокими скоростями движения металла, является причиной основных видов брака отливок — газовой пористости, шлакового засора, пленистости. Отливки с такими дефектами не обладают необходимым уровнем гидро- и пневмоплотности, механических и эксплуатационных свойств. Поэтому при разработке технологии изготовления фасонных отливок любым из способов литья основное внимание наряду с размерной точностью уделяется предотвращению образования завихрений и перепада расплава в полости литейной формы, созданию условий для спокойного заполнения формы и отделения шлаковых и других включений в процессе литья, обеспечению направленной кристаллизации отливок и подавлению газоусадочной пористости.
Литье в разовые формы
Для изготовления разовых форм используют формовочные и стержневые смеси, приготовляемые из химически инертных по отношению к алюминию материалов — кварцевых и глинистых песков, формовочных глин), связующих и вспомогательных материалов. Состав типовых формовочных и стержневых смесей приведен в табл. 17 и 18.
Литье в песчаные формы. Из перечисленных выше способов литья в разовые формы наиболее широкое применение при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов получило литье в сырые песчаные формы, изготовляемые в опоках машинным способом. Это обусловлено невысокой плотностью сплавов, небольшими силовыми воздействиями на форму и низкими температурами литья (680—800 °С).
Полости в отливках выполняют стержнями, изготовленными в основном по горячим (220—250 °C) стержневым ящикам. Для этой цели используют плакированный кварцевый песок или смеси с термореактивными смолами и катализатором. Для изготовления стержней широко используют однопозиционные пескострельные автоматы и установки, а также карусельные многопозиционные установки.
Стержни, подвергающиеся сушке, изготавливают на встряхивающих, пескодувных и пескострельных машинах или вручную из смесей с масляными (ЧГУ, С) или водорастворимыми крепителями. Продолжительность сушки (3—12 ч) зависит от массы и размеров стержня и определяется обычно опытным путем. Температура сушки зависит от природы связующего и составляет для крепителя ЧГУ и масла С-220—280 °С, а для крепителя M-160 170 °С.
Для изготовления крупных массивных стержней все большее применение получают смеси холодного твердения (XTC) или жидкоподвижные самотвердеющие смеси (ЖСС). В смесях холодного твердения в качестве связующего применяют синтетические смолы, а катализатором холодного твердения обычно служит ортофосфорная кислота. Смеси ЖСС в отличие от жидкостекольных смесей содержат поверхностно-активное вещество, способствующее образованию пены.
Стержни в узлы соединяют склейкой или путем заливки алюминиевых расплавов в специальные отверстия в знаковых частях. Усадка сплава при охлаждении обеспечивает необходимую прочность соединения.
Плавное, без ударов и завихрений заполнение литейных форм обеспечивается применением расширяющихся литниковых систем с соотношением площадей сечений основных элементов (Fст:Fпл:ΣFлитн) = 12:3; 1:2:4; 1:3:6; 1:3:2; 1:4:3 с нижним, щелевым или многоярусным подводом металла. Скорость подъема металла в полости литейной формы не должна превышать 4,5/δ, где δ — преобладающая толщина стенок отливки в сантиметрах
Для уменьшения скорости движения расплава на входе в полость литейной формы и лучшего отделения взвешенных в нем твердых включений в литниковые системы вводят дополнительны:: гидравлические сопротивления — устанавливают сетки (металлические или из стеклоткани) или ведут заливку через зернистые фильтры, установленные в стояке или над ним.
Литники (питатели), как правило, подводят к тонким сечениям (стенкам) отливок рассредоточенно по периметру с учетом удобства последующего отделения их при обработке. Подвод металла в массивные узлы недопустим, так как вызывает образование макрорыхлот и усадочных раковин на поверхности отливок. Литники имеют прямоугольное сечение высотой 5—7 мм.
Сплавы с узким интервалом кристаллизации (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34, АК9) предрасположены к образованию концентрированных усадочных раковин в тепловых узлах отливок. Для выведения этих раковин за пределы отливок широко используют установку массивных прибылей. Для тонкостенных (4—5 мм) и мелких отливок масса прибыли в 2—3 раза превышает массу отливки. Для толстостенных — в 1—1,5 раза. Высоту прибыли Hприб выбирают в зависимости от высоты отливки hотл. При высоте отливки менее 150 мм принимают Hприб = hотл. Для более высоких отливок отношение Hприб/hотл принимают равным 0,5—0,3. Соотношение между высотой прибыли и ее толщиной составляет в среднем 2—3.
При литье алюминиевых сплавов наибольшее применение имеют верхние открытые прибыли круглого или эллиптического сечения; боковые прибыли в большинстве случаев делают закрытыми. Для повышения эффективности работы прибылей их утепляют, заполняют горячим металлом, доливают. Утепление обычно осуществляют наклейкой на поверхность формы листового асбеста с последующей подсушкой газовым пламенем.
Сплавы с широким интервалом кристаллизации (АЛ7, АЛ8, АЛ19, АЛЗЗ) склонны к образованию рассеянной усадочной пористости. Пропитка усадочных пор с помощью установки прибылей для этих сплавов малоэффективна. Поэтому для получения высококачественных отливок из этих сплавов осуществляют направленную кристаллизацию, широко используя установку холодильников из чугуна и алюминиевых сплавов. Оптимальные условия для направленной кристаллизации создает вертикальнощелевая литниковая система. Для предотвращения газовыделения при кристаллизации и предупреждения образования газо-усадочной пористости в толстостенных отливках широко используют кристаллизацию под давлением в 0,4—0,5 МПа. Для этой цели литейные формы перед заливкой помещают в автоклавы.
Метод литья с последовательно-направленной кристаллизацией (рис. 102) используют для изготовления крупногабаритных (высотой до 2—3 м) тонкостенных отливок. Сущность его состоит в последовательной кристаллизации отливки снизу — вверх. Для этого литейную форму устанавливают на стол гидравлического подъемника 7 и внутрь ее опускают нагретые до 500—700 °C металлические трубки 3 диаметром 12—20 мм, выполняющие функцию стояков. Трубки неподвижно закрепляют в литниковой чаше 2 и отверстия в них закрывают стопором 1. После заполнения литниковой чаши расплавом стопоры поднимают и сплав по трубкам поступает в литниковые колодцы 4, соединенные с полостью литейной формы щелевыми литниками (питателями). После того как уровень расплава в колодцах поднимется на 20—30 мм выше нижнего конца трубок, включают механизм опускания гидравлического стола. Скорость опускания принимают такой, чтобы концы трубок не выходили из расплава и горячий металл непрерывно поступал в форму, без образования открытых вихревых потоков. Это обеспечивает осуществление направленной кристаллизации и позволяет получать сложные отливки без усадочных дефектов.
Литье в гипсовые формы. Литье в гипсовые формы применяют в тех случаях, когда к отливкам предъявляются повышенные требования в отношении точности, чистоты поверхности и воспроизведения мельчайших деталей рельефа. По сравнению с песчаными гипсовые формы обладают более высокой прочностью, точностью размеров и лучше противостоят воздействию высоких температур. Применение гипсовых форм позволяет получать отливки сложной конфигурации с толщиной стенок до 1,5 мм по 5—6-му классам чистоты.
Изготовление форм производят по восковым или металлическим (латунь, сталь) хромированным моделям с конусностью по наружным размерам не более 30' и внутренним — от 30' до 3°. Для облегчения удаления моделей из формы поверхность их покрывают тонким слоем керосино-стеариновой смазки.
Необходимая прочность формы достигается посредством гидратации безводного или полуводного гипса: CaSO4*0,5Н2О + 1,5Н2О→CaSO4*H2O.
Для снижения прочности и увеличения газопроницаемости сырые гипсовые формы подвергают гидротермической обработке — выдерживают в автоклаве в течение 6—8 ч под давлением водяного пара 0,13—0,14 МПа. Затем их подвергают ступенчатой сушке при 350—500 °С.
Особенностью гипсовых форм является их низкая теплопроводность. Это затрудняет получение плотных отливок из алюминиевых сплавов с широким интервалом кристаллизации. Поэтому основной задачей при разработке литниково-прибыльной системы для гипсовых форм является предотвращение образования усадочных раковин, рыхлот, окисных пленок, горячих трещин и недоливов тонких стенок. Это достигается применением расширяющихся литниковых систем, обеспечивающих низкие скорости движения расплавов в полости формы, направленной кристаллизацией тепловых узлов в сторону прибылей с помощью холодильников, повышением податливости форм посредством увеличения содержания кварцевого песка в смеси.
Заливку тонкостенных отливок ведут методом вакуумного всасывания при остаточном давлении в форме 0,04—0,05 МПа, что позволяет получать отливки с кромками толщиной 0,2 мм. Толстостенные отливки заливают в автоклавах. Кристаллизация их ведется под давлением 0,4—0,5 МПа.
Жидкостекольные самотвердеющие пластичные (сыпучие) смеси, обеспечивающие быстрое изготовление литейных форм, применяют для алюминиевых сплавов так же редко, как и гипсовые смеси. Существенными недостатками этих смесей являются малая податливость и плохая выбиваемость, что ограничивает возможность их применения из-за образования в отливках усадочных трещин.
Рассмотренные ранее меры по предотвращению образования завихрений в процессе литья и усадочных и газоусадочных дефектов в процессе кристаллизации отливок в песчаных формах в равной мере справедливы и для литья в формы из смесей на жидком стекле. Температурные режимы литья принимаются такими же, как и при литье в песчаные формы.
Литье в оболочковые формы. Литье в оболочковые формы целесообразно применять при серийном и крупносерийном производстве отливок ограниченных размеров с повышенной чистотой поверхности, большей размерной точностью и меньшим объемом механической обработки, чем при литье в песчаные формы.
Оболочковые формы изготавливают по металлической (сталь, чугун) оснастке бункерным способом. Модельная оснастка выполняется по 4—5-му классу точности с формовочными уклонами от 0,5 до 1,5 %. Оболочки делают двухслойными: первый слой из смеси с 6—10 % термореактивной смолы, второй — из смеси с 2 % смолы. Для лучшего съема оболочки модельную плиту перед засыпкой формовочной смесью покрывают тонким слоем разделительной эмульсии (5 % силиконовой жидкости № 5, 3 % хозяйственного мыла и 92 % воды).
Для изготовления оболочковых форм применяют мелкозернистые кварцевые пески, содержащие не менее 96 % SiO2. Полуформы склеивают на специальных штыревых прессах клеем состава: 40 % смолы МФ17, 60 % маршалита и 1,5 % хлористого алюминия (катализатора твердения). Собранные формы заливают в контейнерах. При литье в оболочковые формы применяют такие же литниковые системы, как и при литье в песчаные формы, но с меньшими площадями сечений литниковых каналов.
Малая скорость кристаллизации отливок в оболочковых формах и меньшие возможности для создания направленной кристаллизации обусловливают получение отливок с более низкими свойствами, чем при литье в сырые песчаные формы.
Литье по выплавляемым моделям. Литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления отливок повышенной точности (2—3-й класс) и чистоты поверхности (3—6-й класс чистоты), для которых этот способ является единственно возможным или оптимальным.
Модели в большинстве случаев изготавливают из пастообразного парафино-стеаринового (1:1) состава запрессовкой в металлические пресс-формы на стационарных или карусельных установках. Для изготовления сложных отливок с размерами более 200 мм во избежание деформации моделей в состав модельной массы вводят вещества, повышающие температуру их размягчения (оплавления).
В качестве огнеупорного покрытия при изготовлении керамических форм используют суспензию из гидролизованного этилсиликата [30 -40 % (по массе)] и пылевидного кварца [70—60 % (по массе)] (см. табл. 17). Модельные блоки обсыпают прокаленным песком марок 1К016А или 1К025А. Каждый слой покрытия сушат на воздухе в течение 10—12 ч или в атмосфере, содержащей пары аммиака, 0,5—I ч. Необходимая прочность керамической формы достигается при толщине оболочки 4—6 мм, для чего требуется наносить 4—6 слоев огнеупорного покрытия Для обеспечения спокойного заполнения формы применяют расширяющиеся литниковые системы с подводом металла к толстым сечениям и массивным узлам. Питание отливок осуществляют обычно от массивного стояка через утолщенные литники (питатели). В сложных отливках допускается применение массивных прибылей для питания верхних массивных узлов отливок с обязательным заполнением их из стояка.
Выплавление моделей из форм осуществляют в горячей (85—90 °С) воде, подкисленной соляной кислотой (0,5—1 см3 на 1 л воды) для предотвращения омыления стеарина. После выплавления моделей керамические формы просушивают при температуре 150—170 °C в течение 1—2 ч, устанавливают в контейнеры, засыпают сухим наполнителем и прокаливают при 600—700 °С в течение 5—8 ч.
Заливку ведут в холодные и нагретые формы. Температура нагрева форм (50—200 °С) определяется толщиной стенок отливки. Заполнение форм металлом осуществляют обычным способом, с использованием вакуума или центробежной силы.
Литье в формы многократного использования
Из этой группы способов литья наибольшее распространение получили литье в кокиль и литье под давлением.
Литье в кокиль. Это — основной способ серийного и массового производства отливок из алюминиевых сплавов. Он позволяет получать отливки 3—5-го классов точности с шероховатостью поверхности Rz 80—20 и минимальной толщиной стенок 3—4 мм. Чтобы облегчить извлечение отливок из кокиля, делают литейные уклоны в сторону разъема от 30' до 3°. Внутренние поверхности отливок, выполняемых металлическими стержнями, должны иметь уклон не менее 6°. В отливках не допускаются резкие переходы от толстых сечений к тонким; радиусы закруглений должны быть не менее 3 мм. Отверстия диаметром более 8 мм для мелких отливок, 10 мм — для средних и 12 мм — для крупных выполняют стержнями. Оптимальное отношение глубины отверстия к его диаметру 0,7—1. Величина припуска на механическую обработку при литье в кокиль устанавливается в два раза меньшей, чем при литье в песчаные формы.
Кокили для литья алюминиевых сплавов изготовляют из серого чугуна. Толщину стенок кокиля выбирают в зависимости от толщины стенок отливок в соответствии с ГОСТ. Для изготовления мелких отливок используют литые кокили из алюминиевых сплавов с анодированной рабочей поверхностью. Преимущественное применение получили кокили с вертикальным разъемом.
Вывод воздуха и газов из полости кокиля осуществляют с помощью рисок и щелей (2 и 3), размещаемых в плоскости разъема, и пробок 1, устанавливаемых в стенках кокиля вблизи глубоких полостей (рис. 103).
Внутренние полости в отливках выполняют с помощью металлических (стальных) и песчаных стержней. Песчаные стержни используют для оформления сложных полостей, которые невозможно выполнить металлическими стержнями. Извлекают металлические стержни вручную или с помощью гидравлических,, пневматических и механических устройств.
Спокойное заполнение кокилей достигается применением расширяющихся литниковых систем с нижним или вертикальнощелевым подводом металла (рис. 104) к тонким сечениям отливок. При необходимости подвода металла к толстым сечениям должна быть предусмотрена подпитка места подвода от коллектора или питающей бобышки. Все элементы литниковой системы размещают в плоскости разъема кокиля. Рекомендуются следующие соотношения площадей сечения литниковых каналов: для мелких отливок: ΣFст:ΣFшл:ΣFлитн =1:2:3, для крупных отливок ΣFст:ΣFшл:ΣFлитн = 1:3:6.
Форма поперечных сечений литниковых каналов приведена на рис. 105.
Снижение скорости поступления расплава в полость формы достигается применением изогнутых стояков, установкой в литниковых каналах сеток из стеклоткани или металла, применением зернистых фильтров.
Получение плотных отливок обеспечивают так же, как и при литье в песчаные формы, — установкой массивных прибылей над. тепловыми узлами и направленным затвердеванием. Для этого отдельные части кокиля охлаждают сжатым воздухом или водой, подогревают газом или устанавливают специальные электронагреватели. Замедление охлаждения металла в прибылях может быть достигнуто посредством местного утолщения стенок кокиля и применения различных малотеплопроводных красок (табл. 19), а также утепления прибылей наклейкой асбеста. Окраска рабочей поверхности кокиля улучшает внешний вид отливок и способствует устранению газовых раковин и неспаев на их поверхности. Перед окраской кокиль подогревают до 150—180 °С.
Основной вид брака при литье алюминиевых сплавов в кокиль — это трещины, появление которых обусловлено затрудненной усадкой. Особенно часто трещины возникают в отливках из сплавов с широким интервалом кристаллизации, имеющих большую линейную усадку (1,25—1,35 %). К числу таких сплавов относятся АЛ7, АЛ8, АЛ19, АЛЗЗ. Для снижения величины усадочных напряжений в отливках кокили перед заливкой подогревают до 250—350 °С, а при очень сложной конфигурации отливок — до 400—500 °С. Этому способствует извлечение отливок из кокиля сразу же после достижения ими необходимой прочности (при 400—500 °С) и применение песчаных стержней.
В современных литейных цехах кокили устанавливают на однопозиционные или многопозиционные полуавтоматические литейные машины, которые автоматизируют закрывание и раскрывание кокиля, установку и извлечение стержней, выталкивание и удаление отливки из формы. В них предусмотрено автоматическое регулирование температуры нагрева кокиля. Заливка кокилей на машинах осуществляется преимущественно с помощью дозаторов.
Для облегчения заполнения тонких полостей кокиля и удаления воздуха и газов, выделяющихся при деструкции связующих, применяют вакуумирование кокилей, заливку их под низким давлением или с использованием центробежной силы.
Литье выжиманием. Крупногабаритные отливки (2500х1400 мм) панельного типа с толщиной стенок 2—3 мм получают литьем выжиманием (см. рис. 87). Для этой цели используют металлические и песчаные полуформы, которые крепят на специализированных литейно-выжимных машинах с односторонним или двусторонним сближением полуформ. Отличительная особенность этого способа литья — принудительное заполнение полости формы широким потоком расплава при сближении полуформ. В литейной форме отсутствуют элементы обычной литниковой системы. Литье выжиманием используют для алюминиевых сплавов с узким интервалом кристаллизации — АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34, АЛ23-1. Допустимая скорость подъема расплава на рабочем участке полости формы при литье панелей из этих сплавов не должна превышать 0,5—0,7 м/с. Меньшая скорость может привести к незаполнению тонких сечений отливок, излишне высокая — к дефектам гидродинамического характера: волнистости и неровностям поверхности отливок, захвату воздушных пузырьков, размыву песчаных стержней и образованию трещин из-за разрыва потока.
Металл заливают в подогретые до 250—350 °C металлоприемники. Регулирование скорости охлаждения жидкого металла осуществляется нанесением на рабочую поверхность полости форм теплоизоляционного покрытия различной толщины (0,05—1,0 мм). Для этого используют краски, состав которых приведен в табл. 19. Перегрев металла перед заливкой не должен превышать 15—20 °C. Длительность сближения полуформ 1,5—3 с.
Литье под высоким давлением. Этим способом литья из алюминиевых сплавов изготавливают сложные по конфигурации отливки со стенками толщиной до 1 мм, литыми отверстиями и резьбой. Для литья под давлением используют сплавы первой, второй, четвертой и пятой групп (см. табл. 8). Размеры и масса отливок ограничиваются возможностями машин литья под давлением: объемом камеры прессования, удельным давлением прессования (р) и усилием запирания (Q). Площадь проекции (F) отливки, литниковых каналов и камеры прессования на подвижную плиту пресс-формы не должна превышать значений, определяемых по формуле F = 0,85Q/p.
Во избежание незаливов и неслитин толщину стенок отливки устанавливают с учетом площади ее поверхности:
Оптимальные значения уклонов составляют: для наружных поверхностей 45'; для внутренних 1°. Минимальный радиус закруглений 0,5—1 мм. Отверстия более 2,5 мм в диаметре выполняются литьем.
Способ литья под давлением позволяет получать отливки из алюминиевых сплавов 2—3-го класса точности и 7—8-го классов чистоты. Такие отливки, как правило, подвергают механической обработке только по посадочным поверхностям. Припуск на обработку, назначаемый с учетом габаритов отливки, составляет 0,3—1,0 мм.
Для изготовления литейных форм (пресс-форм) применяют различные материалы. Части пресс-форм, соприкасающиеся с жидким расплавом, изготавливают из хромовольфрамовых сталей и стали 4Х2ВС; плиты крепления и обоймы матриц из сталей 35, 45, 50; штыри, втулки и направляющие колонки из стали У8А.
Для подвода металла к полости пресс-формы применяют внутренние и внешние литниковые системы. Питатели подводят к участкам отливки, подвергаемым механической обработке. Толщину питателя назначают в зависимости от толщины стенки отливки в месте подвода и заданного характера заполнения пресс-формы, которая определяется отношением толщины питателя h к толщине стенки отливки Я. Плавное, без завихрений и захвата воздуха заполнение пресс-форм обеспечивается, если отношение h H близко к единице.
Для отливки с толщиной стенки до 2 мм применяют питатели толщиной 0,8 мм; при толщине стенки 3 мм толщина питателей 1,2 мм; при толщине стенки 4—6 мм — 2 мм.
Для приема первой порции расплава, обогащенной воздушными включениями, вблизи полости пресс-формы располагают специальные резервуары — промывники, объем которых может достигать 20—40 % от объема отливки. Промывники соединяются с полостью литейной формы каналами, толщина которых равна толщине питателей.
Удаление воздуха и газов из полости пресс-форм осуществляют через специальные вентиляционные каналы и зазоры между стержнями (выталкивателями) и матрицей пресс-формы. Вентиляционные каналы выполняют в плоскости разъема на неподвижной части пресс-формы, а также вдоль подвижных стержней и выталкивателей. Глубина вентиляционных каналов для литья алюминиевых сплавов составляет 0,05—0,15 мм, а ширина 10—30 мм. В целях улучшения вентиляции пресс-форм полости промывников тонкими (0,2—0,5 мм) щелями соединяют с атмосферой.
Основные дефекты отливок, полученных литьем под давлением, — воздушная (газовая) подкорковая пористость, обусловленная захватом воздуха при больших скоростях впуска металла в полость формы, и усадочная пористость (или раковины) в тепловых узлах. На образование этих дефектов большое влияние оказывают параметры технологии литья; скорость прессования, давление прессования, тепловой режим пресс-формы.
Скорость прессования определяет режим заполнения пресс-формы. Чем больше скорость прессования, тем с большей скоростью перемещается расплав по литниковым каналам, тем больше скорость впуска расплава в полость пресс-формы. Высокие скорости прессования способствуют лучшему заполнению тонких и удаленных полостей. Вместе с тем они являются причиной захвата металлом воздуха и образования подкорковой пористости. При литье алюминиевых сплавов высокие скорости прессования необходимы лишь при изготовлении сложных тонкостенных отливок. Скорость прессования определяют по формуле: vпр = vвпf/S, где vпр и vвп — скорости прессования и впуска соответственно, м/с; f — суммарная площадь сечения питателей, м2; S — площадь поперечного сечения камеры прессования, м2.
Значения скоростей впуска для алюминиевых сплавов приведены в табл. 20.
Большое влияние на качество отливок оказывает давление прессования. По мере повышения его увеличивается плотность отливок. Минимальные значения давлений прессования приведены в табл. 21.
Величина давления прессования ограничивается обычно величиной запирающего усилия машины, которое должно превышать давление, оказываемое на подвижную матрицу (pF) Поэтому большой интерес приобретает локальная подпрессовка толстостенных отливок, известная под названием «акурад-процесс».
На качество отливок существенное влияние оказывают также температуры сплава и формы. При литье толстостенных отливок несложной конфигурации используют кашеобразные сплавы (температура сплава на 20—30 °C выше температуры солидуса). Для литья тонкостенных отливок требуется жидкий расплав, перегретый на 10—15 °C выше температуры ликвидуса. Пресс-формы перед началом литья нагревают. Рекомендуются следующие температуры нагрева.
Стабильность теплового режима обеспечивается подогревом (электрическим) или охлаждением (водяным) пресс-форм.
Для предохранения рабочей поверхности пресс-форм от налипания и эрозионного воздействия металла, уменьшения трения при извлечении стержней и облегчения извлечения отливок пресс-формы смазывают. Для этого используют жирные (масло с графитом или алюминиевой пудрой) или водные (растворы солей, водные препараты на основе коллоидального графита) смазки.
Существенное повышение плотности отливок достигается при литье с вакуумированием пресс-форм. Для этого их помещают в герметичный кожух, в котором создается необходимое разрежение. Хорошие результаты могут быть получены также, если в полости пресс-формы воздух заменить на кислород. При больших скоростях впуска, вызывающих захват расплавом кислорода, подкорковой пористости в отливках не образуется, так как весь кислород расходуется на образование мелкодисперсных оксидов алюминия, не оказывающих заметного влияния на механические свойства отливок. Такие отливки можно подвергать термической обработке.
Литье под низким давлением. Этот способ литья применяют для изготовления крупногабаритных тонкостенных отливок коробчатого типа. Принципиальная схема установки для литья под низким давлением описана ранее и приведена на рис. 86.
Внутренние полости в отливках выполняются металлической формой или песчаными стержнями. Металлическую форму перед началом литья нагревают и окрашивают красками (см. табл. 19). Для изготовления стержней используют смесь, состоящую из 55 % кварцевого песка 1К012А, 13,5 % полужирного песка П01, 27 % молотого маршалита, 0,8 % пектинового клея, 3,2 % крепителя M и 0,5 % керосина. Стержни из таких смесей не образуют механического пригара.
Заливка металла осуществляется под давлением осушенного воздуха 0,018—0,08 МПа, подаваемого на поверхность расплава. Температура 720—750 °C. Кристаллизацию сплавов в форме проводят под давлением: до образования корки 0,01—0,03 МПа, после образования корки 0,05—0,08 МПа
Более плотные отливки из алюминиевых сплавов могут быть получены при литье с противодавлением. Принципиальная схема установки для литья этим способом приведена на рис. 106.
Заполнение полости формы металлом осуществляют за счет разницы давлений в тигле и в форме, равной 0,01—0,06 МПа. Регулирование скорости заполнения формы позволяет не допустить образования завихрений и окисления расплава. Кристаллизация металла в форме ведется под давлением 0,4—0,5 МПа. При этом предотвращается выделение растворенного в металле водорода и образование газовых пор. Повышенное давление способствует лучшему питанию массивных узлов отливок. В процессе литья с противодавлением успешно совмещены достоинства литья под низким давлением и кристаллизации под давлением.
Выбивка, обрубка, очистка и термическая обработка отливок
Выбивка алюминиевых отливок из песчаных форм осуществляется по технологии, описанной ранее. Особенностью алюминиевых сплавов является невысокая прочность Поэтому во избежание механических повреждений их необходимо выбивать с осторожностью, особенно при работе на встряхивающих выбивных решетках/
Выбивку стержней на масляных, водорастворимых, термореактивных и жидкостекольных связующих ведут с помощью пневмозубил накладных вибраторов и простейших вибрационных машин. Для средних и крупных отливок со сложными внутренними полостями, когда применение этих способов сопряжено с возможностью повреждения отливок, выбивку осуществляют в гидрокамерах водой низкого (196—490 кПа) или высокого (14,7 МПа) давления. Для этой цели с успехом применяют также выбивку в воде с помощью электрического разряда.
Отделение литников и прибылей от отливок, полученных литьем в разовые формы и кокили, производят в основном с помощью ленточных и дисковых пил и обрубных прессов При массовом производстве отливок для удаления прибылей используют автоматические фрезерные станки
Обрубку отливок, изготавливаемых литьем под давлением, производят в специальных штампах на прессовых машинах. Для удаления пригара с поверхности отливок используют гидропескоструйную очистку в специальных изолированных камерах. Реже для этой цели применяют дробеструйную очистку. Во избежание образования вмятин на поверхности отливок при этой обработке в качестве дроби применяют мелкие кусочки алюминиевой проволоки.
Зачистку отливок и удаление заусенцев осуществляют с помощью пневматического зубила и шарошек (абразивных и металлических).
Для достижения необходимых механических свойств отливки из большинства сплавов подвергают отжигу (Т2), закалке с искусственным старением (Т6), закалке (Т4) или другому виду термической обработки в камерных, шахтных, конвейерных и других печах с электрическим обогревом и принудительной циркуляцией воздуха.
Контроль качества отливок и исправление дефектов
В зависимости от технических условий отливки из алюминиевых сплавов могут подвергаться различным видам контроля: рентгеновскому, гамма-дефектоскопии или ультразвуковому для обнаружения внутренних дефектов, разметке для определения размерных отклонений, люминесцентному для обнаружения поверхностных трещин, на герметичность. Периодичность всех этих видов контроля оговаривается ТУ или определяется отделом главного металлурга.
Выявленные дефекты, если это допускается ТУ, устраняют заваркой или пропиткой. Аргоно-дуговой заваркой устраняют недоливы, внешние раковины, рыхлоты, трещины. Перед заваркой дефектное место разделывают таким образом, чтобы стенки углубления имели наклон в 45—30°; отливки подвергают местному или общему подогреву до 300—350 °С. Местный подогрев ведется, как правило, ацетилено-кислородным пламенем; общий нагрев — в камерных печах. Заварку ведут теми же сплавами, из которых изготовлены отливки, с помощью неплавящегося вольфрамового электрода диаметром 2—6 мм при расходе аргона 5—12 л/мин. Сила тока составляет обычно 25—40 А на 1 мм диаметра электрода.
Пористость в отливках устраняют пропиткой бакелитовым лаком, асфальтовым лаком, льняным маслом или жидким стеклом. Пропитку ведут в специальных котлах под давлением 490— 589 кПа с предварительной выдержкой отливок в разреженной атмосфере (1,3—6,5 кПа). Температура пропитывающей жидкости 100 °C. После исправления отливки подвергают 100 %-ному повторному контролю.