Скачать книгу из которой взят данный материал

3.5. СМАЗЫВАНИЕ ПРЕСС-ФОРМЫ

В совершенствовании технологического процесса литья под давлением все большее значение приобретает операция смазывания пресс-формы, которая осуществляется в целях уменьшения усилий, необходимых для удаления отливок из пресс-формы и стержней из отливок, предотвращения образования задиров на отливках и приваривания их к поверхности пресс-формы, т. е. в целях обеспечения бесперебойной работы пресс-формы. Смазочный материал влияет на качество отливок. Обильное смазывание при-

Смазочный материал	Споеоб нанееення	КаранФернетнка
На основе нефтепродуктов нлн жнров с наполнителями, например масло Вапор с 3—10% графита	Вручную помавком	Высокая смазывающая способность, сильное выделение газов в атмосферу и отлнвку
Растворы остаточных масел в органическом растворителе с противозадирными добавками, например состав ЛД на основе масла МС-20, растворяемый в керосине	На простые отливки автоматически с помощью форсунок, на сложные вручную распылителем	Хорошая смазывающая способность, среднее выделение газов в атмосферу и отлнвку
Эмульсин остаточный масел в воде с графитом и без него: Графнтолы и Прессолы (Эли-толы)		Удовл етвор нтель ная смазывающая способность, выделение газов ниже среднего, дополнительно охлаждает пресс-форму
На солевой основе (например, 5% фтористого натрня и 95% воды)	Вручную распыли телем	Удовлетворительная смазывающая способность прн повышенных температурах, отсутствие газотворной способности, затрудняет очистку и снижает стойкость пресс-форм
Комбинированный: на жировой основе (первый слой) фтористый натрий в воде (второй слой)	Первый слой вручную помазком, второй — распылителем	Высокая смазывающая способность при пониженной газо-творностн, снижает производительность процесса лнтья

водит к образованию неспаев, узорчатости и пятен на поверхности отливок, а также повышает их пористость, снижает прочность и герметичность [40 3.

В большинстве отечественных цехов литья под давлением используются смазочные материалы собственного изготовления самых различных составов. В табл. 3.8 приведена характеристика некоторых смазочных материалов. При нанесении на нагретую поверхность пресс-формы смазочных материалов на основе минеральных масел, технических жиров, вазелина и различных фракций нефти выделяется много паров и продуктов окисления, что приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий труда литейщиков. Кроме того, смазочные материалы этой группы пожароопасны.

В 60-х годах за рубежом более 70% цехов литья под давлением стали использовать водные эмульсии масел, централизованно изготовляемые фирмами Acheson (Англия), КШЬег Lubrication (ФРГ) и др. Особенность водоэмульсионных смазочноохлаждающих жидкостей (СОЖ) заключается в том, что после испарения воды на горячей поверхности пресс-формы остается тонкий, но достаточный для смазывания слой смазочного материала. Вследствие этого резко уменьшаются расход СОЖ и выброс аэрозолей в атмосферу, осуществляется дополнительное охлаждение пресс-формы. Количество теплоты, отводимой СОЖ, повышается от 15 до 45% в зависимости от конфигурации отливки. Однако следует учитывать, что в новых пресс-формах водяное охлаждение должно быть таким, чтобы доля теплоты, отводимой СОЖ, всегда была бы ниже 45%.

В нашей стране налажено производство водоэмульсионных СОЖ, разработанных Государственным институтом прикладной химии (ГИПХ). Для литья алюминиевых, цинковых и медных сплавов рекомендуется использовать «Элитол Э13М1» и «Эл и тол Э1ЭМ1-С», для цинковых отливок любой сложности — «Элитол 377». Данные элитолы представляют собой высокодисперсные, концентрированные составы на основе термостойких трудно-эмульгируемых компонентов (цилиндровое масло 52, органо-си локсановая жидкость 133—165), в качестве эмульгирующей системы использована система «стеарин—6—керосин», обеспечивающая стабильность состава при хранении до 1 г. Эти Элитолы морозостойки, малотоксичны и пожаробезопасны. Из прежних разработок ГИПХ находят применение «Прессол Э74» и «Элитол ЭТ-21».

На отдельные места пресс-форм, приводящие к образованию задиров на отливке, через определенное число циклов дополнительно вручную помазком наносят густые безводные составы. При литье алюминиевых сплавов для этих целей применяют состав «Антивар», разработанный ВНИИПКнефтехим (г. Киев). При использовании «Антивара» на поверхности пресс-формы образуется слой из мальтенов, асфальтенов, карбенов и карбаи-дов. Мальтены — смесь углеводородов, находящихся в жидком состоянии, а асфальтены, карбены и карбаиды — высокомолекулярные соединения, представляющие собой твердые частицы. При смазывании пресс-формы после ее механической обработки эти частицы, заполняя углубления, выравнивают шероховатости поверхности.

При опробовании новых водоэмульсионных СОЖ вначале нередко получали не улучшение, а ухудшение качества поверхности отливок. Одной из причин этого являлось то, что СОЖ типа Графитолов и Элитолов удовлетворительно наносятся на поверхность пресс-формы только в определенных интервалах температур. При литье мелких отливок (масса дозы расплава до 0,25 кг), когда заливаемый металл вносит незначительное количество теп-

3.9. Результаты измерений температур пресс-форм при литье лодочного мотора иа машинах с вертикальной камерой прессования

Отливаемая деталь	Температура пресс-формы, °С
	Подвижная часть	Неподвижная часть
Корпус помпы	155—305	160—260
Патрубок левый	240—300	180—270
Корпус стартера	180—270	180—220
Кронштейн	190—330	180—300
Блок	170—320	170—230
Вирт гребной	220—450	205—290

лоты в нетермостатируемую пресс-форму, нанесение СОЖ приводит к переохлаждению последней. На отливках появляются неслитины и незаливы. При чрезмерно высокой температуре пресс-формы имеет место эффект Лейденфроста. Под действием тепловой радиации образуется паровая подушка и распыленные капли СОЖ не достигают поверхности горячей пресс-формы. Вследствие этого пресс-форма охлаждается медленно, что приводит к образованию задиров на отливках. За температуру смачивания пресс-формы принимается та минимальная температура ее поверхности, при которой распыленные капли СОЖ растекаются, а не скатываются. При этой температуре разбавитель СОЖ (вода) испаряется, вызывая интенсивное охлаждение пресс-формы, а на ее поверхности остается тонкий сплошной слой смазочного материала. Экспериментально установлено, что температура смачивания для «Прессола Э73», «Прессола Э74» и «Гра-фитола Э21» находится в пределах 165—220 °С [15]. На практике разброс температур пресс-форм значительно выше. Особенно неравномерным тепловым режимом отличается литье под давлением на машинах с вертикальной камерой прессования. Это связано, в частности, с возникающими перерывами в работе из-за случаев невыталкивания пресс-остатка из камеры прессования или отрыва литника, который приходится выбивать из литниковой втулки. Результаты замеров температуры пресс-форм при литье под давлением деталей лодочного мотора, приведенные в табл. 3.9, показывают, что имеют место отклонения от ±20 до ±75 °С, а в одном случае ±115 °С из-за сильного перегрева (до 450 °С) центрального стержня пресс-формы гребного винта. Такой разброс температур затрудняет успешное использование водоэмульсионных СОЖ и определяет необходимость предварительного внедрения термо-статирования пресс-форм для нанесения равномерного слоя СОЖ-На практике же толстый слой СОЖ образуется на холодных местах пресс-формы, где этого не требуется, а не на горячих меетах, где он необходим.

Качество поверхности отливки зависит не только от равномерности нанесения слоя СОЖ, но и от его физического состояния: сплошности и прочности. Если не принять специальных мер, то мельчайшие частички неполярного масла, находящиеся в полярной воде, ухудшат условия смачивания и получится несплошная пленка, как, например, при применении состава ЛД. Установлено, что получение сухих твердых пленок достигается добавлением в СОЖ в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ) 0,5% технического желатина сорта II (ГОСТ 4821—77). Можно подобрать ПАВ, которые повысят температуру смачивания СОЖ и изменят скорость охлаждения, что очень важно.

В последнее время наблюдается тенденция отказа от суспензий, содержащих графит, из-за образования значительного количества отложений на поверхности пресс-формы и самой машины литья под давлением, на полу цеха, а также необходимости проведения дорогостоящей зачистки всей пресс-формы через относительно короткие промежутки времени. Создающиеся новые водоэмульсионные СОЖ состоят почти из одних органических веществ, которые во время затвердевания отливки и еще при закрытой пресс-форме распадаются или расщепляются. В этом заключается их существенное отличие от графитовых разделительных материалов.

При внедрении СОЖ важно также подготовить средства их нанесения. При литье отливок сложной конфигурации целесообразно применение распылителя по типу английской фирмы АсЬезоп, в котором в выходной трубке перед соплом находится зона распиливания, куда одновременно подаются СОЖ и сжатый воздух.

Рекомендуется соотношение расхода СОЖ и сжатого воздуха 1 : 10. Подачу СОЖ целесообразно осуществлять не самотеком из бачка, а под давлением. Весьма удобным для этих целей оказался краскораспылительный бак вместимостью 20 л с рабочим давлением на жидкость 0,4 МПа. Его применение позволило не только изменять расход СОЖ в требуемых пределах от 5-10^-8 до 30-10^-8 л, но и повышать скорость ее подачи в зону распиливания.

Экспериментально было установлено 114], что при малом расходе СОЖ и низкой температуре пресс-формы необходимая плотность орошения стержней диаметром б мм и менее не обеспечивается. Для повышения плотности орошения и полного смачивания стержней при данном расходе СОЖ нужно повысить скорость подачи жидкости в зону распыливания 2 с помощью насадки 1 на трубку, подводящую СОЖ в эту зону (рис. 3.45). При уменьшении диаметра сопла 3 увеличилась дисперсность и повысилась скорость распыливаемого потока, что позволило получать бездефектные литые детали лодочного мотора (брак по раковинам снизился в 1,5 раза), качество их поверхности повысилось в 1,5—2 раза.

Воздух

ст

Рнс. 3.45. Распылитель смазочного материала

В СССР разработан принципиально новый способ автоматического смазывания пресс-форм в закрытом состоянии, не имеющий аналогов в мировой практике. Способ применяется на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования. На камеру прессования между плитой машины и заливочным окном устанавливается форсунка для подачи смазочного материала. Заданная доза смазочного материала не наносится на рабочую полость пресс-формы, а подается в камеру прессования машины после заливки в нее металла и прохождения пресс-поршнем заливочного окна. Под действием теплоты расплава смазочный материал испаряется и по каналам литниковой системы в виде пара поступает в рабочую полость пресс-формы, которую смазывает, конденсируясь тонким равномерным слоем [31 ]. При дальнейшем движении поршня (после прохождения им форсунки) расплав доходит до литниковой системы и заполняет пресс-форму. Обычные стационарные или вводящиеся в разъем пресс-формы форсунки не обеспечивают смазывание труднодоступных зон полости формы и равномерное нанесение слоя смазочного материала на поверхности, находящиеся под углом по отношению к факелу смазочного материала. Затруднено также смазывание подвижных стержней формы.

МВТУ им. Н. Э. Баумана совместно е Молдавским ПО «Точ-литмаш» разработало устройство СПЗС-4, принципиальная схема которого приведена на рис. 3.46. Устройство работает следующим образом: по сигналу конечного выключателя 10, после перекрытия пресс-поршнем 1 заливочного окна камеры прессования 3, срабатывает гидрораспределитель 4, обеспечивающий подачу гидрожидкости из системы машины литья под давлением в нешто-ковую полость П насоса 5. С этого момента начинается вытеснение смазочного материала через форсунку 2 в свободный объем камеры прессования над зеркалом расплава. Масса дозы смазочного материала, вытесняемого насосом за цикл, устанавливается регулировочным винтом 7. Лампочка 9 загорается по сигналу

	-
		— .
		у/;/;;/}	///////УХ ХУ//

реле давления 5, фиксирующего повышение давления емазочного материала в трубопроводе, соединяющем насос с форсункой 2. По истечении времени, заданного реле, гидрораспределитель 4 возвращается в исходное положение, соединяя полость П со сливом, а штоковую полость — с давлением привода машины. Плунжер насоса, возвращаясь в исходное положение, засасывает смазочный материал из бака 6 в рабочую полость насоса 5 для следующего цикла. Работу устройства в цикле работы машины обеспечивает его электрическая часть. Устройство поставляется в комплекте с машинами литья под давлением.

Способ автоматического смазывания пресс-форм в закрытом состоянии успешно используется в производственных условиях при изготовлении простых отливок и отливок средней сложности со стенками толщиной 3—6 мм из алюминиевых сплавов (рис. 3.47). Гидродинамические и тепловые параметры технологического режима литья не претерпевают изменений. Впервые способ был испытан и применен на КамАЗе, а затем внедрен на Уфимском моторостроительном ПО при литье деталей двигателя автомобиля «Москвич-412» на автоматизированных робототехнических комплексах о усилием запирания 4000 кН [44]. Ежегодно с применением нового способа смазывания отливалось для двигателя «Москвич-412» 950 тыс. отливок крышек (рис. 3.47, а, б), патрубков (рис. 3.47, е) и корпусов генераторов (рис. 3.47, г), по которым ранее был самый высокий процент брака. Снижение брака при переходе на смазывание в закрытую пресс-форму послужило одним из оснований для внедрения способа. Было установлено, что для успешного его внедрения с обеспечением работы в автоматическом режиме конструкция пресс-формы должна обеспечивать легкий съем отливок за счет достаточных литейных уклонов,

рационального расположения отливок в пресе-форме и эффективной системы выталкивания. В ряде случаев требуется шлифовка вентиляционных каналов. Очень важен постоянный контроль установленной дозы смазочного материала. Оптимальный его расход определяется следующим образом: при наличии задиров увеличивают расход смазочного материала, а при появлении несли-тин — уменьшают. В среднем доза смазочного материала на цикл при литье на машинах с усилием запирания 4000 кН составляет 0,4—0,6 г. Установлено также, что коэффициент заполнения камеры прессования не должен превышать 60% в целях предупреждения забивания форсунки и обеспечения достаточного времени для перетекания паров смазочного материала в полость пресс-формы.

Эксплуатационные достоинства процесса смазывания пресс-форм в закрытом состоянии характеризуются уменьшением числа отказов литейной машины в результате упрощения конструкции устройства для смазывания по сравнению с устройствами, вводящими форсунки в зону смазывания. Расход смазочного материала уменьшается в среднем в 9 раз, улучшаются условия труда в результате почти полного исключения выбросов аэрозолей в атмосферу цеха. Себестоимость примененного состава ЛД в б—10 раз ниже себестоимости водоэмульсионных смазочных материалов.

Состав разработан НПО «Маема» (г. Киев) для нанесения распылителем. В настоящее время ведутся исследования по подбору новых смазочных материалов применительно к рассматриваемому процессу. Вследствие резкого сокращения выброса аэрозолей в атмосферу появляется возможность более широкого использования химически активных присадок.

Перед тем как приступить к литью со смазыванием в закрытую пресс-форму, рекомендуется подготовить пресс-форму, используя ее в течение одной-двух смен с противозадирным смазочным материалом «Антивар». Также необходимо проверить и, если потребуется, усилить охлаждение пресс-формы, поскольку состав ЛД в отличие от СОЖ не обладает охлаждающим действием.

3.6. ОСОБЫЕ виды ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Вакуумирование полости пресс-формы. В настоящее время существует несколько десяткбв технологических и конструкторских решений использования вакуума для литья под давлением. Однако недостаточная надежность работы вакуумных устройств в условиях литейного цеха, а также сложность их наладки и обслуживания снижает производительность машин. Поэтому литье с применением вакуума нужно применять только в тех случаях, когда к отливке предъявляют повышенные требования, которые невозможно или очень трудно обеспечить при обычном литье под давлением. Прежде чем применить вакуумирование пресс-формы, следует использовать все возможные технологические приемы улучшения качества отливок, обращая особое внимание на конструкцию литниково-вентиляционной системы. _м При конструировании деталей следует учитывать дополнительные возможности, которые дает вакуумирование пресс-формы: толщина стенки может быть уменьшена на 30—40%, механические свойства отливок, главным образом относительное удлинение, повышаются на 20—50%, улучшается качество поверхности и товарный вид отливок, особенно после полирования, появляется возможность высокотемпературной термообработки отливок, повышается их коррозионная стойкость.

При разработке технологического процесса литья под давлением следует учитывать, что вакуумирование пресс-формы и камеры прессования дает следующие преимущества: брак отливок снижается до 1% вместо 5—10% при обычном литье под давлением; необходимое давление на металл в пресс-форме уменьшается почти в 2 раза (при той же продолжительности заполнения и выдержки отливки в пресс-форме, а также продолжительности литейного цикла); создается возможность для автоматизации подачи жидкого металла в камеру прессования путем вакуумного всасывания; параметры литниково-вентиляционной системы меньше влияют на качество отливки, поэтому ее доводка и корректирование занимают меньше времени, что особенно важно

Рис. 3.48. Схема вакуумирования пресс-формы и камеры прессования с предварительной вакуумной дегазацией расплава в раздаточной печн

при освоении новых отливок; вследствие отсутствия облоя и устранения дополнительной механической обработки значительно снижается себестоимость отливок.

В то же время применение вакуумирования требует соблюдения определенных требований: заливаемый сплав необходимо тщательно очищать от неметаллических и газовых включений; пресс-форму заполнять сплошным, а не дисперсным потоком; обеспечивать быстрое и полное удаление воздуха из полости пресс-формы; осуществлять отсос воздуха и газообразных продуктов, образующихся при нагреве смазочных материалов, смазочных материалов из полости пресс-формы в том месте, куда металл поступает в последнюю очередь.

Конструкции вакуумных систем можно классифицировать по наиболее характерному признаку — месту удаления воздуха. Существует также классификация систем по типу машин литья под давлением или степени автоматизации вакуумных устройств. Подробное описание конструкций различных вакуумных систем, их классификация приведены в работах Н. Н. Белоусова, Л. И. Неверова, Н. Ф. Мухамеджанова, В. Н. Зеленова, В. С. Лех-терова и Др.

Система для удаления воздуха из кожуха пресс-формы и камеры прессования с включением вакуума до начала движения поршня. Существует несколько конструкций таких систем. Система с предварительной вакуумной дегазацией сплава в раздаточной печи представлена на рис. 3.48. Пресс-форма 1 заключена в обшитый из алюминиевого еплава кожух 2, который состоит из двух половин, закрепленных на подвижной и неподвижной плитах. Линия разъема кожуха 2 совпадает с плоскостью разъема пресс-формы. Кожух герметизируют в местах крепления и по линии разъема прокладками из вакуумной резины толщиной 4 мм. Полости кожуха 2 и кожуха 10 камеры прессования соединены трубопроводами 3 и 8 через клапаны 6 и 9 и трубопровод 11 с ресивером 12. Воздух откачивает вакуумный насос 13, который по возможности нужно устанавливать в отдельном отапливаемом помещении с температурой окружающей среды 10—30 °С. Объем ресивера должен быть не менее 1м⁸, так как он предназначен для быстрого создания стабильного вакуума в полости пресс-формы и камере прессования.

Заливочное отверстие после подачи порции жидкого еплава закрывается крышкой 4. Движение крышки обеспечивает поршень с тягой пневмоцилиндра 5, воздух в которому подается по пневмопроводу 7 от цеховой воздушной магистрали. Дегазация жидкого сплава в тигле 16 раздаточной печи 17 осуществляется созданием вакуума над его поверхностью. Для этого полость тигля соединяется трубопроводом 14 с ресивером 12. Тигель герметизируется водоохлаждаемой крышкой 15. По разъему между бортом тигля и крышкой ставят прокладку из термостойкой резины, которую защищают от сгорания специальными каналами водяного охлаждения. Такая конструкция создает остаточное давление над зеркалом металла 19,4 -10² Па.

Применение вакуумирования при изготовлении нескольких корпусных отливок коробчатого типа из сплава АЛ2 снизило брак по воздушной пористости более чем в 5 раз. Результаты рентгеновского контроля партии отливок показали, что на снятых на рентгеновскую пленку отливок 90% не имеют раковин и пористости. Все отливки были испытаны на герметичность и признаны годными. Отливки подвергались нагреву до 535 °С. На поверхности 98% отливок дефектов не наблюдалось и только 2% отливок имели небольшие вздутия поверхности размером 0,5 мм. Временное сопротивление разрыву повысилось на 20%, а относительное удлинение увеличилось в 1,5 раза.

Система для удаления воздуха непосредственно из пресс-формы. Такую систему выполняют в двух вариантах: о остановкой прессующего поршня (разработана фирмой Biihler) и без остановки прессующего поршня (система, предложенная Р. М. Калишем, и система, разработанная фирмой Idra). При такой схеме вакуумирования рабочей полости отсутствует специальный кожух, закрывающий пресс-форму и камеру прессования, что упрощает конструкцию вакуумной установки. Воздух отсасывается из полости формы по просверленным в ней каналам.

В системе, предложенной фирмой Biihler, воздушный канал перекрывается запорным клапаном, который приводится в движение от гидросистемы машины. Для соединения полости формы с вакуумпроводом имеется магнитный клапан, который включается автоматически в момейт подхода металла к питателю. При этом прессующий поршень останавливается. После отсоса воздуха из оформляющей полости поршень продолжает перемещаться, осуществляя запрессовку. Когда поток металла приближается к запорному клапану, стержень этого клапана по сигналу реле времени перекрывает вентиляционный клапан, препятствуя выбросу металла в вакуум-провод. Недостатками этой схемы являются сложность настройки запорного клапана и необходимость тщательной подгонки пресс-формы по плотности разъема.

Схема фирмы Ыга отличается от рассмотренной выше тем, что вакуумирование полости пресс-формы происходит одновременно с движением прессующего поршня. Это упрощает наладку вакуумной системы. Но следует учитывать, что воздухоотводные каналы, выполненные в пресс-форме, должны обеспечивать полное удаление воздуха из рабочей полости.

Схема, предложенная Р. М. Калишем, промышленного применения не нашла.

Система для удаления воздуха из кожуха пресс-формы без специального кожуха на камере прессования. Наиболее приемлемы две системы: е вакуумированием после и до смыкания пресс-формы. В первой системе, предложенной Н. Ф. Мухамеджановым, конечный выключатель производит остановку поршня и специальный клапан соединяет полость формы с вакуумпроводом в момент подхода металла к питателю, когда доступ воздуха через заливочное отверстие преграждается не только прессующим поршнем, но и самим металлом. После выдержки, достаточной для полного удаления воздуха из полости пресс-формы, реле времени включает движение поршня и клапан перекрывает отверстие, соединяющее полость пресс-формы с вакуумпроводом.

Во второй системе, разработанной фирмой Ига, поршень при движении на прессование не останавливается, а воздух из оформляющей полости начинает отсасываться раньше, чем произойдет полное смыкание пресс-формы. Это обеспечивает лучшую вентиляцию пресс-формы. Такую систему широко применяют на машинах е горячей камерой прессования.

В СССР для вакуумного литья под давлением Молд. ПО «Точ-литмаш» изготовлена машина литья под давлением, где подача металла осуществляется вакуумным всасыванием из тигля электропечи, установленной под камерой прессования и заключенной в герметичный кожух.

Подача металла вакуумным всасыванием осуществлена также в ряде конструкций машин вертикальной компоновки с горизонтальным расположением пресс-формы. Такая машина мод. АЛ72В09 изготовлена Мол. ПО «Точлитмаш».

Литье в среде кислорода. При литье в среде кислорода воздух в полости пресс-формы замещается кислородом. Исследования по замещению воздуха газами были начата в США М. Эриксеном,

который установил, что при заполнении пресс-формы магниевым сплавом в среде негорючих газов (80_а, СО_а) резко уменьшается пористость отливок. Практикой литья было подтверждено, что в порах отливок из алюминиевых сплавов кислород полностью отсутствует, ибо переходит в А1_а0₃, остается азот и водород. При этом доля азота составляет до 90% общего объема газов в порах.

Способ литья под давлением с замещением воздуха и газов в пресс-форме реактивным газом (кислородный процесс) был впервые практически реализован А. А. Рыжиковым и С. 3. Злотиным. Однако широкого применения в промышленности не получил.

Кислородный процесс вначале осуществляли на обычных машинах литья под давлением о холодной камерой прессования. Кислород под давлением 0,5 МПа вдувался в полость пресс-формы, вытесняя воздух. В некоторых случаях продувалась и камера прессования, и литниковые каналы.

Кислородный способ был внедрен при литье из сплава АЛ4 корпуса гидротрансформатора трансмиссии легкового автомобиля. Разработка новой технологии была проведена с учетом следующих требований: безопасности процесса, полного вытеснения кислородом воздуха из оформляющей полости и литниковых каналов; автоматической подачи кислорода в пресс-форму, применения негазотворных материалов. Гидропневматическая схема процесса приведена на рис. 3.49.

За 50—60 мм до смыкания полуформ срабатывает конечный выключатель 1 от копира 2, перемещающегося вместе с подвижной полуформой. При движении нижнего поршня пяткой 10 включаются электрозолотники 13 и 12, встроенные параллельно в систему управления 8, 11. Кислород подается из баллонов по трубопроводу 5 к распределительному кожуху 6, в котором по пе-

риметру расположено двадцать отверстий диаметром 3 мм. Кожух 6 надет на подвижную полуформу 4 (скользящая посадка), его движение связано с движением плиты выталкивателей 3 так, что при съеме отливки он перемещается к неподвижной полу-форме в крайнее правое положение. Во время продувки кислородом кожух перекрывает зазор между полуформами и от упора 14, закрепленного на неподвижной полуформе 7, возвращается в крайнее левое положение при продолжающемся перемещении полу-формы. Кислород вытесняет воздух через мундштук при опущенной пятке 10 в камеру 9. При закрытии пресс-формы от упора 16 срабатывает конечный выключатель 15 подачи кислорода, выключающий электрозолотники 13 и 12, а пятка 10 возвращается в исходное положение для заливки металла.

Продувка пресс-формы кислородом не удлиняет литейный цикл и не снижает производительности машины. Перед каждой заливкой на рабочие поверхности оформляющей полости и литниковых каналов наносится водный раствор фтористого натрия. Камера прессования смазывается смесью серебристого графита с глицерином. Практика показала полную безопасность работы установки. В процессе заполнения формы сплав контактирует с газообразным кислородом, превращая его в твердый окисел А1₂0₃.

В результате уменьшается пористость в отливках, так как объем твердого окисла во много раз меньше объема кислорода. Эти окислы находятся в мелкодисперсном состоянии и их удается обнаружить только при увеличении свыше 40 ООО раз с помощью электронного микроскопа. Хотя содержание окислов и увеличивается при кислородном литье теоретически в 4,5 раза по сравнению с обычным литьем под давлением, но они находятся внутри твердого раствора в виде мелких локальных включений, не снижающих механических свойств отливки.

Литье высокотемпературных сплавов. В СССР и за рубежом не ослабевает интерес к литью под давлением высокотемпературных сплавов. Широкое внедрение этого процесса сдерживается отсутствием материалов для оформляющих частей пресс-форм, способных длительное время надежно работать при высоких температурах и скоростях впуска металла.

Экономическая эффективность производства достигается при переводе на литье под давлением только тех деталей, которые имеют больший объем механической обработки. Это связано о высокими расходами на пресс-формы, рабочие части которых изготовляют из молибденовых или вольфрамовых сплавов. Стойкость рабочих частей пресс-форм составляет от 1000 до 5000 запрессовок в зависимости от конструкции детали. По данным фирмы General Elektric (США), при литье стали 304 в пресс-форму, изготовленную из металлокерамического молибденово-вольфрамового сплава, достигнута' стойкость 5000 запрессовок, а при изготовлении пресс-формы из литого молибденово-вольфрамового сплава — более 15 000 запрессовок.

Работы В. М. Белова показали, что при изготовлении оформляющих частей пресс-форм из деформируемого молибденового сплава стойкость составила 4000 тыс. запрессовок.

Исследовация, выполненные в СССР, и опыт промышленного производства показали, что этот способ может быть использован для изготовления широкой номенклатуры деталей из стали, чугуна, титана и других материалов. По данным В. М. Белова, В. И. МаЛярова, Э. Н. Кабакова и В. М. Кайнова, стальные отливки должны иметь толщину стенок 1,0—6,0 мм, литейные уклоны 3—5° и не должны иметь глубоких полостей. Отливки должны иметь скругленные углы радиусом более 1 мм.

Точность размеров отливок, получаемых литьем под давлением, до 10-го квалитета, а шероховатость их поверхности соответствует Ра = 20 мкм [64].

В США литьем под давлением изготовляют детали из чугуна с шаровидным графитом (4,4% С; 0,1% Мп; 0,63% Б1 и 0,29% Р). Отливки подвергают отжигу при 930 °С в течение 30 мин. В Японии звездочки для цепных передач, крышки пневматических вентилей и компрессоров получают из чугуна, содержащего 3,8% С; 0,37% Мп; 2,0% Б1, 0,07% Р и 0,05% Б. Отливки в зависимости от требований к их прочности отжигают в течение 15—30 мин при 900—1000 °С.

Для литья под давлением не окисляющихся при плавке на воздухе сталей в СССР применяют машины мод. С71108 и С71109 с горизонтальной камерой прессования. Металл в камеру прессования заливают из порционной поворотной индукционной плавильной печи вместимостью 2 кг жидкого металла. Печь подключена к машинному генератору ВПЧ-100/2400. В нее загружают мерные заготовки, нарубленные из прутка диаметром 30— 40 мм. Время расплавления одного килограмма 'металла определяет цикл работы машины. Практически продолжительность цикла в зависимости от массы заготовки колеблется от 1,5 до 2,5 мин. Порционная плавка обеспечивает высокую точность дозирования, уменьшает угар элементов сплава из-за быстроты процесса плавки.

Для сталей и сплавов, окисляющихся на воздухе при плавке, разработана специальная машина мод. ВМЛС-25/350. В пространстве вакуумной камеры этой машины создается разрежение до 4 Па. Рабочий цикл без охлаждения отливки в вакууме составляет 3—4 мин, а при ее охлаждении в вакууме увеличивается примерно в 2 раза.

В СССР организовано производство заготовок размером 300 х200 хЗО и 300 х200 х50 мм из молибденового сплава. По сравнению со сталью 4Х5МФС, применяемой для изготовления пресс-форм при литье цветных сплавов, молибден имеет в 1,6 раз больший модуль упругости, в 3 раза меньший коэффициент теплового расширения и в 2,5 раза большую теплопроводность. Для повышения стойкости молибденовых пресс-форм требуется их

предварительный подогрев до 370—430 °С. При подогреве до 480—540 °С обеспечивается более высокое качество поверхности отливок. Следует учитывать, что молибденовый сплав склонен к окислению на воздухе при нагреве выше 500 °С, поэтому оптимальная температура эксплуатации 400—450 °С.    ,

В целях увеличения стойкости молибденовых преср-форм применяют также диффузионное азотирование и карбоа?отирование, повышающие в 2 раза поверхностную твердость матриц.

При конструировании пресс-формы недопустимы острые углы в ее рабочих частях, так как они вызывают резкое снижение стойкости. Вкладыши пресс-форм нежелательно изготовлять из отдельных вставок, поскольку в стыки затекает жидкий металл, образуя заливы, поэтому зазоры между подвижными частями пресс-форм из молибденовых сплавов не должны быть больше 0,075 мм. По данным В. М. Кайнова, поверхности оформляющей полости, расположенные перпендикулярно к плоскости разъема пресс-формы, делают с уклоном 3—5°, а стержни — с уклоном не менее 5°. Металл подводят к утолщенным частям отливки.

При плавке металла в индукционных печах предусматривают перегрев на 100 °С выше температуры ликвидуса (1290—1330 °С — для чугунов, 1565 °С — для углеродистой стали и 1530—1540 °С — для хромоникелевой стали 12Х18Н9Т). Залитая в камеру прессования сталь теряет запас теплоты и поступает в пресс-форму е перегревом всего лишь на 20—30 °С. Чем ниже скорость прессования и меньше порция металла, тем выше должен быть перегрев.

В процессе заполнения пресс-формы скорость потока должна быть такой, чтобы не было разбрызгивания, которое приводит к образованию в отливке неспаев, а также раковин и пор с окисленной поверхностью.

Для получения плотных отливок с высоким качеством поверхности нужно предупреждать преждевременное охлаждение металла путем поддержания достаточно высокой температуры пресс-формы и изоляции поверхности пресс-формы и камеры прессования от непосредственного контакта с расплавленным металлом. Для этого пресс-форму смазывают, а в камеру прессования перед каждой заливкой вставляют полуцилиндрическую вставку из асбеста, которая остается в пресс-остатке. В качестве смазочного материала применяют коллоидную суспензию графита или ацетиленовую копоть. Можно применять и дисульфидмолибден. В последние годы в СССР выполнены исследования по литью под давлением титановых сплавов. Однако широкого промышленного применения этот процесс пока не получил.

3.7. ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК

Качественная отливка отличается однородностью, сплошностью всех сечений и отсутствием дефектов поверхности. Следует учитывать, что не всякий дефект является браковочным признаком. Дефекты приводят к браку отливок в тех случаях, когда они снй-акают служебные свойства литой детали. В основном дефекты в отливках возникают в интервале температур кристаллизации сплава, поэтому важно правильно и полно использовать воздействие внешнего давления при формировании отливки из твердожидкого сплава. Давление способствует однородности внутреннего строения отливки и снижению ее пористости. Необходимо учитывать, что если при одном и том же технологическом режиме возникают различные дефекты, то это прежде всего следствие нестабильности работы машины. Все пустоты в теле отливки заполняются газами. Поэтому при нагреве отливок образуются вздутия на поверхности, что не позволяет производить упрочняющую термообработку.

Газовая пористость является наиболее часто встречающимся дефектом при литье под давлением. Она может образовываться как внутри, так и снаружи отливки, а также располагаться под внешней коркой на небольшой глубине. Главной причиной возникновения пористости является воздух и пары смазочного материала, захваченные из полости пресс-формы, литниковых каналов и незаполненного объема камеры прессования. Если поры изолированы друг от друга и размер их не превышает 0,1 мм, то их допустимость оговаривается в чертеже на литую деталь или технических условиях. При скоплении пор отливку забраковывают. Для предупреждения образования дефекта отливку следует изготовлять на машине с более высоким усилием прессования или обеспечить эффективную подпрессовку, увеличить ее выдержку, усилить охлаждение пресс-формы, особенно в области литниковой втулки, снизить температуру заливаемого металла, улучшить вентиляционную систему.

Изолированные поры обычно образуются в сечениях отливки, более утолщенных, чем основная стенка, когда подпрессовка недостаточна. Для устранения дефекта следует увеличить толщину питателя и усилие подпрессовки. Кроме того, желательно уменьшить гидросопротивление в полости пресс-формы и за счет плавных скруглений, выравнивания толщины стенок и последовательного вытеснения воздуха к вентиляционным каналам.

Газовая пористость часто проявляется в виде микропористости, вскрываемой только после травления полированного макрошлифа. Многие исследователи считали, что микропористость является результатом пульверизации потока при выходе его из щелевого питателя. Киносъемки процесса заполнения не подтвердили этого даже при больших скоростях впуска. Появление дефекта объясняется прежде всего дисперсностью скоростного потока жидкого металла при заполнении пресс-формы.

Газовая пористость проявляется чаще в более толстых сечениях отливки. В некоторых случаях она наблюдается в местах локального падения давления в потоке металла, в результате которого газы, попавшие в металл вместе с оксидами, выделяются из раствора. В этих случаях необходимо обеспечить эффективное удаление воздуха и газов за счет? создания дополнительных вентиляционных каналов и промывников. Последние сйоообствуют выравниванию давления в потоке. Чем мельче и равномернее распределена пористость по сечению, тем меньше ее влияние на прочность отлнвки. Однако если мелкая пористость незначительно влияет на о_в, она сильно уменьшает значение б. Например, отливки из сплава АЛ9 при наличии дисперсной пористости имеют о_в до 180 МПа и б» 1,5%, в то время как при отсутствии пористости б = 4,5%.

Усадочные раковины имеют острые углы и образуются в наиболее массивных частях отливки и местах резкого перехода от тонких к толстым. Так как усадочные раковины заполняются газами, то имеют гладкую матовую поверхность, трудно отличимую от поверхности газовых раковин, но в них нередко обнаруживаются дендриты.

Причиной возникновения усадочных раковин является раннее затвердевание питателя или тонкостенного участка на пути потока металла перед утолщением отливки. Предупреждение образования этого дефекта обеспечивает утолщение питателя или изменение конструкции литой детали. Повышать температуру заливки не рекомендуется. Целесообразнее увеличивать скорость потока расплава путем увеличения скорости прессования при некотором повышении температуры пресс-формы и усилия под-прейсовки.

Усадочная пористость может возникать как в утолщенной части отливки, так и в тонкой, особенно если пресс-форма на этом участке перегрета. Этот вид пористости также весьма трудно отличить от газовой пористости по внешнему виду, поэтому изучают характер распределения пор по сечениям отливки. Скопление усадочных пор образует рыхлоту, которая воспроизводится на рентгеновских снимках белыми пятнами. Места их расположения совпадают с местными утолщениями. Их легче удалить подпрессовкой, чем газовую пористость, их появление в меньшей степени зависит от величины гидравлического удара. В целях предупреждения образования усадочной пористости обеспечивают направленное затвердевание и плавные переходы от толстых сечений отливки к тонким, выравнивают толщину стенок отливки и увеличивают усилие подпрессовки.

Неслитины могут быть наружными и внутренними. Наружные представляют собой углубления, возникшие между двумя или несколькими несплавившимися потоками расплава. Их глубина 0,3—1,0 мм. Внутренние неслитины — это разрывы в теле отливки без нарушения поверхностного слоя. Неслитины обнаруживаются наружным осмотром, простукиванием (появление глухого звука), на микрошлифах, при механических испытаниях и испытаниях герметичности.

Причинами образования неслитин являются преждевременное охлаждение и затвердевание металла передних участков, встреч-