Учебное пособие: Изготовление литых деталей из металлических сплавов

Перечисленные свойства сплавов определяют конструктивные особенности деталей, полученных литьем: равностенность, радиусы закруглений, плавные переходы, уклоны, отверстия и армирование.

Равностенность. Для обеспечения равномерности усадки и отсутствия усадочных раковин толщина стенок отливки на всем протяжении должна быть одинаковой. Для сохранения необходимой прочности детали отливка усиливается ребрами жесткости (рис.5.1). Толщина ребер жесткости t_p составляет: для внешних ребер t_p = (0,8 - 0,9) t, для внутренних t_p = (0,6 - 0,7)t , где t - средняя толщина стенки отливки. Толщина стенок отливок зависит от методов литья и литьевых сплавов.

Радиусы закруглений. Радиусы закруглений предотвращают появление трещин в местах сопряжения стенок вследствие неравномерности кристаллизации. Острые кромки допускаются только на плоскости разъема литейных форм. Радиусы закруглений определяются выражением

, (5.2)

где t₁ , t₂ - толщины стенок; k - коэффициент, зависящий от метода литья.

При литье по выплавляемым моделям и при литье под давлением рекомендуется величина R = 0,8 - 1,0 мм. Радиусы закруглений R на внешних кромках обычно уменьшаются в два раза по сравнению c R внутренних кромок.

Переходы от толстых сечений к тонким должны быть плавными. Рекомендуемый размер перехода определяется из соотношения (где t₁ и t₂ - размер толстого и тонкого сечения).

Уклоны и конусность. На необрабатываемых поверхностях, расположенных перпендикулярно плоскости разъема, необходимо предусмотреть уклоны и конусность. В случае недопустимости по конструктивным соображениям конусность должна входить в припуск и удаляться при механической обработке. Конусность на внешних и внутренних поверхностях при литье по выплавляемым моделям и под давлением 1,5 - 3^о .

Отверстия. Рекомендуется изготовлять отверстия сразу при литье, так как при последующем сверлении в утолщениях отливок вскрываются усадочные или газовые раковины. При необходимости получения отверстий с чистой поверхностью и точными размерами оставляют припуск на механическую обработку. Не рекомендуется делать очень глубокие отверстия, для которых l > 3d (l, d – глубина и диаметр отверстия). Минимальные значения отверстий, получаемых литьем под давлением из алюминиевых и магниевых сплавов - 1,5 мм, из латуни - 3 мм.

Армирование используют в том случае, когда металл детали не полностью отвечает требованиям, например по прочности или антифрикционным свойствам, оно значительно расширяет область применения литых деталей в устройствах РЭС. Метод армирования отливок широко применяется при литье под давлением. В зависимости от назначения можно рассматривать три направления армирования: армирование для создания равностенности; армирование, заменяющее сборку; армирование для создания качественно новых изделий. На рис. 5.2 приведены примеры армирования отливок.

1.3. Литье под давлением

Литьем под давлением называется такой метод литья, когда жидкий металл заполняет полость металлической формы (пресс-формы) под принудительно большим давлением (40 – 100 МПа). Литье под давлением является самым производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной конструкции и применяется в РЭС для изготовления корпусов приемников, передатчиков и других деталей. При выборе сплава необходимо учитывать следующие требования: сплав должен обладать достаточной прочностью при высоких температурах, чтобы отливка не ломалась при выталкивании; иметь минимальную усадку; обладать высокой жидкотекучестъю при небольшом перегреве и иметь небольшой интервал кристаллизации. Из сплавов наибольшее применение получили: алюминиевые (AЛ2, AЛ4, AЛ9), магниевые (МЛ5, МЛ6), медные (латуни ЛС59-1Л, ЛК80-ЗЛ). В последнее время этот метод стал применяться и для изготовления стальных и титановых отливок.

Точность размеров отливок зависит от точности изготовления форм. При изготовлении литейных форм по 9-му квалитету точности отливки могут иметь 10 - 11-й квалитет точности. Отливки, оформляемые в разъемных пресс-формах, получаются по 11 - 13-му квалитету. Шероховатость поверхности отливок зависят от шероховатости формообразующей полости формы и продолжительности ее эксплуатации. Внутренняя полость формы, обработанная полировкой или шлифованием, обеспечивает Ra 1,25 - 2,5 мкм.

Механические свойства материала деталей значительно отличаются от механических свойств исходных сплавов. При быстром охлаждении в отливках образуется литейная корочка с очень мелкозернистой структурой, толщина которой составляет около 0,5 - 1,0 мм. Поэтому тонкостенные отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенную прочность и твердость на 20 - 30 % при одновременном снижении пластичности примерно на 30 % по сравнению другими методами литья.

Детали, отливаемые литьем под давлением, должны быть по возможности тонкостенными. Наилучшее качество получается при толщине стенок 1,5 - 3 мм. Минимальная толщина стенок зависит от размера детали. Так, если площадь внешней поверхности не превышает 250 мм² , то можно получить отливки из алюминиевых сплавов толщиной 1 мм.

При литье под давлением рекомендуется получать отливки как с наружной резьбой (диаметр не менее 6 мм), так и с внутренней (диаметр не менее 4 мм).

Пористость является основной причиной брака и вскрывается при механической обработке. Источниками пористости являются усадка сплава, газы, выделяемые из жидкого металла, и воздух, который захватывается потоком в полость формы. Для повышения качества отливок необходимо предусматривать изготовление литьевых отверстий. Величина припусков на механическую обработку не должна превышать 0,5 мм.

Технологическим оборудованием явля­ются литейная машина, плавильная печь; специальной оснасткой - металлическая пресс-форма. В настоящее время применяются три типа машин для литья под давлением: с холодной вертикальной камерой прессования, с холодной горизонтальной камерой прессования и с вертикальной горячей камерой прессования. Литейные машины с горячей камерой прессования применяют в основном для изготовления отливок из цинковых сплавов. Литейные машины с горизонтальной камерой прессования имеют более короткую литниковую систему, чем машины с вертикальной камерой прессования и, соответственно, меньшие потери тепла и давления при подаче расплава из камеры прессования в полость формы. Производительность их на 10 - 20 % выше, они проще в обслуживании и поэтому получают все большее распространение. Эти машины применяются для изготовления отливок из алюминиевых, магниевых и медных сплавов.

На рис. 5.3 представлена схема изготовления деталей на литейных машинах с горизонтальной холодной камерой прессования. Процесс литья заключается в следующем. Расплавленный металл заливается в камеру прессования 4 (рис. 5.3 а), а затем плунжером 5 он под давлением подается в полость разъемной пресс-формы (рис. 5.3 б), состоящей из неподвижной 3 и подвижной 1 частей. Внутренняя полость в отливке оформляется стержнем 2. После выдержки под давлением, необходимой для затвердевания отливки, пресс-форма раскрывается (рис. 5.3 в), извлекается стержень 2 и отливка 7 выталкивателем 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы. Время выдержки под давлением зависит от максимальной толщины стенки отливки и составляет примерно 1 - 15 с. Перед заливкой пресс-форму нагревают до 120 - 320 ^о С. После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы обдувают воздухом и смазывают специальными материалами для предупреждения приварки отливки к пресс-форме. Воздух и газы удаляют через каналы глубиной 0,05 - 0,15 мм и шириной 15 мм, расположенные в плоскости разъема пресс-формы, или вакуумированием рабочей полости перед заливкой расплавленного металла.

Пресс-форма для литья под давлением в процессе работы находит­ся под действием больших внешних сил и высоких температур. Эти воздействия учитываются при конструировании пресс-форм. Детали, оформляющие поверхности отливок (матрицы, пуансоны, стержни, вкладыши), выполняют из термостойких легированных сталей ЗХ2В8 (для алюминиевого, магниевого и медного литья) и меднокобальтобериллиевого сплава для получения стальных отливок. Корпусные детали - плиты пуансонов и матриц - делают из сталей 40 и 50; направляющие втулки, рейки из сталей У7А, У8А. При конструировании пресс-форм размеры полости должны быть увеличены по сравне­нию с размером отливки на величину усадки сплава. Размеры оформляющих частей формы выполняют по 9-му квалитету, а размеры сопрягаемых частей формы по 10 - 11 квалитету точности. При расчете исполни­тельных размеров, кроме усадки, учитывают величину и направление допускаемых отклонений размеров отливки и формы. При выборе коэффициента усадки необходимо учитывать затруднительность усадки на металлических стержнях. Коэффициент усадки внутренних размеров меньше, чем внешних вследствие затруднения усадки.

Пресс-формы являются сложной дорогостоящей оснасткой, стоимость которой окупается только при крупносерийном и массовом производстве.

Основные преимущества процесса литья под давлением: высокая производительность (до сотни отливок в час), высокая точность размеров отливок, возможность изготовления тонкостенных отливок сложной формы, рациональное использование металла, высокая чистота поверхности (Rа 1,25 – 5 мкм), возможность получения нескольких деталей за один цикл. К наиболее существенным недостаткам литья под давлением относятся: пористость заготовки, вызываемая высокими скоростями движения жидкого металла при заполнении пресс-формы и быстрым остыванием металла в форме, высокая стоимость пресс-формы.

В настоящее время создаются автоматизированные комплексы для литья под давлением. В этих комплексах автоматизируется весь цикл выполнения операций: обдув пресс-формы; смазывание пресс-формы и пресс-поршня; поддержание заданного температурного режима пресс-формы; дозировка и заливка сплава из раздаточной печи в камеру прессования; извлечение отливки и транспортирование ее к общему прессу для удаления литников и облоя; контроль и подрегулирование основных технологических режимов; управление всеми механизмами, обеспечивающими выполнение всех операций.

1.4. Формообразование деталей методом литья по выплавляемым моделям

Литьем по выплавляемым моделям называется такой метод литья, при котором полость в огнеупорной оболочковой форме, необходимая для получения отливок, образуется за счет выплавления легкоплавких моделей. Основными операциями технологического процесса литья по выплавляемым моделям являются: изготовление выплавляемых моделей; изготовление блоков моделей; покрытие блоков керамической оболочкой и их формовка; термообработка блоков; заливка форм металлом; удаление блоков из опок и очистка их; отрезка литников; термическая обработка отливок. Схема получения отливок методом литья по выплавляемым моделям изображена на рис. 5.4.

Из легкоплавкого модельного состава (50 % парафин 50 % стеарина) в металлической пресс-форме, состоящей из двух частей, изготавливают модели отливок и литниковую систему. Для этого предварительно расплавленный модельный состав заливают или запрессовывают под давлением 20 - 30 МПа в собранную пресс-форму. После затвердения модели пресс-форму раскрывают и извлекают из нее модель. Размеры пресс-формы делаются с учетом соответствующих размеров отливки, с учетом двойной усадки материала модели и металла отливки. Затем модели собираются в блоки (елки), для чего их присоединяют к литниковой системе с помощью нагревателя. По расположению на модельном блоке модели делят на два типа (рис. 5.4 а).

I. Модели присоединяются непосредственно к центральному литнику-стояку. Такой способ применяется для получения мелких отливок несложной формы.

II. Модели присоединяются к питающему кольцевому коллектору. В этом случае питание формы металлом происходит из коллектора. Такой способ присоединения применяют для отливок большой массы и сложной формы, требующих существенной подпитки жидким сплавом в процессе литья.

I II

« 1 2 3 4 5 » К-во Просмотров: 238 Бесплатно скачать Учебное пособие: Изготовление литых деталей из металлических сплавов >>> Скачать <<< Меню Поиск