Современное состояния литья под давлением

В истории развития литья под давлением отметим несколько основных моментов:
1) введение металлических разъемных форм, которые впервые применил И. Гутенберг в первой половине XV столетия для отливки литер в книгопечатном производстве;
2) применение давления на расплавленный металл при запрессовке его в пресс-форму, которое впервые применил американец Брус в 1838 г. на сконструированной им ручной машине для отливки литер;
3) применение Стурженсом в 1849 г. поршневых машин для изготовления отливок из легкоплавких сплавов на основе свинца, олова и др.;
4) получение в 60-х годах XIX в. на поршневых машинах отливок из цинковых сплавов с температурой плавления 400—450° С;
5) применение во второй половине XIX в. более производительных компрессорных машин, на которых впервые было опробовано литье под давлением алюминиевых сплавов с температурой плавления 580—650° С;
6) применение в России в 1916 г. на петроградском заводе «Айваз» литья под давлением, которое более широкое применение получило на заводах Москвы и Ленинграда только начиная с 1928 г.;
7) конструирование и изготовление первых машин с холодной камерой прессования в 1924 г. фирмой «Эккерт», а в 1928 г. фирмой «Полак», которые позволяли изготовлять отливки из медных сплавов.
Интенсивное освоение процесса производства отливок, получаемых литьем под давлением из сплавов на основе цинка, алюминия, магния и меди, относится к 30—40-м годам. В это же время начинается освоение литья под давлением черных металлов (А. Ф. Дурниенко, А. Г. Тукачев и др.). Широкое развитие производства отливок этим способом происходит в послевоенные годы: быстро увеличивается объем производства, улучшается качество отливок, увеличивается их вес, габариты и сложность.
Развитие производства отливок способом литья под давлением объясняется его преимуществами по сравнению с другими литейными процессами. Литьем под давлением можно получать тонкостенные отливки особо сложной конфигурации с толщиной тела до 0,6—0,8 мм, которые нельзя получить способами механической обработки, высокие качества поверхности отливок (с чистотой 5—8-го классов по ГОСТ 2789—59) и высокую точность размеров отливок (по 3—5-м классам машиностроительных ГОСТов), мелкозернистый металл в отливках и повышение прочностных свойств.
В 1966 г. в США литьем под давлением было изготовлено свыше 1 млн. m отливок, которые по сплавам распределялись следующим образом: цинковые —
640 000 т, алюминиеЁые и магниевые — 435 000 т и медные — 10 000 т. Производство отливок в США за 10 лет (с 1956 по 1966 г.) увеличилось по цинковым сплавам примерно вдва раза, а по алюминиевым _и ^магниевым— около 2,6 раза.
Производство сплавов на основе меди вследствие недостаточной стойкости пресс-форм еще не нашло широкого применения, а литье черных металлов находится в опытном производстве.
Низкая стойкость пресс-форм наблюдается не только при литье сплавов на основе меди, но также и при литье алюминиевых сплавов, что особенно заметно при увеличении веса, габаритных размеров и сложности отливок. Поэтому повышение стойкости пресс-форм является важнейшей предпосылкой для дальнейшего увеличения объема производства отливок способом литья под давлением, а также для снижения их стоимости. Изысканием путей повышения стойкости пресс-форм для изготовления отливок из цветных сплавов занимаются уже более 25 лет. Хотя проделана большая работа, но материалы для изготовления вкладышей пресс-форм, удовлетворяющие промышленность, еще не найдены. Наиболее стойкими материалами являются сплавы на основе молибдена и вольфрама. Всестороннее исследование стойкости этих сплавов, используемых в качестве материала для вкладышей пресс-форм при литье черных металлов и для стержней при литье цветных сплавов, проведено в СССР. В США сплавы на основе молибдена и вольфрама применяются для изготовления стержней при литье цветных сплавов. Возможность применения их для изготовления вкладышей пресс-форм при литье под давлением латуни, чугуна и стали изучается.
2. ЛИТЕЙНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Литейные процессы с применением высоких давлений подразделяются на три основных вида: литье под давлением, прессовое литье и комбинированное литье.
При литье под давлением заполнение рабочей полости происходит под давлением с большой скоростью. Кристаллизация отливок производится при неконтролируемом давлении. Процесс применяется для изготовления тонкостенных отливок с толщиной стенок от 1 до 6 мм. Камера прессования отделена от рабочей полости формирования отливки.
При прессовом литье заполнение рабочей полости пресс-формы (штампа) производится свободной заливкой. Кристаллизация отливок происходит при контролируемом давлении. Этот процесс литья применяется для изготовления отливок с толщиной стенок более 6—8 мм. Он имеет много разновидностей: штамповка жидкого металла, кристаллизация под поршневым давлением и др. Камера прессования располагается непосредственно в рабочей полости формирования отливки.
При комбинированном литье заполнение рабочей полости и кристаллизация отливок производятся под высоким давлением. Процесс еще только разрабатывается. К комбинированным способам литья следует отнести литье под давлением с применением вакуума, а также литье с противодавлением (Болгария) и др.
В дальнейшем в книге рассматриваются только пресс-формы для литья под давлением, хотя многие рекомендации будут справедливы и для штампов.
Литейные машины, применяемые для литья под давлением, очень разнообразны. По принципу работы камеры прессования их можно разделить на машины с горячей камерой прессования и машины с холодной камерой прессования.
Машины с горячей камерой прессования применяются при изготовлении отливок из легкоплавких сплавов на основе олова, свинца, цинка и других металлов с температурой плавления 100—500° С (изготовление отливок из цинковых сплавов в настоящее время производится преимущественно на машинах с холодной камерой прессования). Эти машины подразделяются на поршневые и компрессорные. Недостатки поршневых машин — недостаточная стойкость прессующего наконечника, камеры прессования и котла, компрессорных машин — низкая стойкость мундштука. Преимущество этих машин — это более широкая возможность автоматизации литейного цикла. В последнее время мундштуки компрессорных машин изготовляют из молибдено-вольфрамовых сплавов, позволяющих в несколько раз повысить их стойкость.
Машины с холодной камерой прессования по их конструкции подразделяются на машины с вертикальной и горизонтальной холодной камерой прессования.
Машины с вертикальной холодной камерой прессования различаются по конструкции узла прессования (рис. 1) и по разъему пресс-форм.

Рис. 1. Схемы конструкций узлов прессования для машин с вер­тикальной холодной камерой прессования моделей 511, 512, 513, Полак 600, 900, 2255, 5065 и др. (а), моделей УЛМ, 1220 и др. (б), моделей ЛМ50/500, Полак 100/100 и др. (в), опытных машин (г)

На рис. 1 показаны три положения пресс-формы: перед началом прессования, с залитым металлом и после раскрытия пресс-формы с неудаленной отливкой.'

  Серия машин с горизон­тальной камерой прессования, так как они имеют ряд преимуществ:

1) более короткий путь металла из камеры в полость пресс-формы и отсут­ствие поворота его, вследствие чего металл заполняет полость при более высоком давлении;

2) простота регулировки скорости прессования; ' 3) автоматическая выдержка времени затвердевания отливки в пресс-форме;

4) сокращение времени рабочего цикла из-за отсутствия операции отделения пресс-остатка в машине.

Литейные машины этой подгруппы наиболее удобны в эксплуатации и обслу­живании. Запирание пресс-форм и прессование жидкого металла в них произ­водится гидравлическим приводом. Часто в этих машинах применяются гидро­механические, а иногда компрессорные и ручные приводы. Принципиальная схема горизонтальной холодной камеры прессования с различным расположением отливок в пресс-форме показана на рис. 2.

Машины с горизонтальной холодной камерой прессования работают по полу­автоматическому циклу. Для полной автоматизации литейного цикла в первую очередь необходимо автоматизировать подачу жидкого металла в камеру прессо­вания. Сейчас над этим работают как в отечественной, так и в зарубежной про­мышленности. Опробован ряд конструкций, но ни одна из них не доведена еще до широкого внедрения. Очень перспективны конструкции электромагнитных насосов, разрабатываемых в отечественной промышленности. Основной труд­ностью при их внедрении является недостаточная стойкость материалов металло-проводов. Разработаны конструкции автоматических дозирующих устройств, работающих по принципу вытеснения заданной порции жидкого металла поршнем или газом. При литье черных металлов применяются электрические индукцион­ные печи, расплавляющие мерную порцию, которая передается в камеру прес­сования гидравлическим, воздушным, электрическим или механическим при­водом.

Вторым важнейшим новым направлением в конструировании машин является вакуумирование жидкого металла в рабочей полости пресс-форм. Сконструиро­вано очень много различных вакуумных устройств. В большинстве случаев вакуу-мируется рабочая полость пресс-форм, камера прессования с жидким металлом, а иногда и плавильная печь.

Конструкции литейных машин по эстетическому внешнему оформлению, усилиям запирания и прессования, а также по другим механизмам очень разно­образны. В отечественной промышленности литейные машины изготовляют заводы станкоинструментальной промышленности: Сиблитмаш, «Красная Пресня», Тираспольский и Павлоградский заводы литейных машии. Сиблитмаш изготовляет машины моделей: 515, 515М, 516, 516М, 517, 517М, 518, 519 и др. Запирающие усилия указанных машин изменяются от 130 до 3000 Т, а вес получаемых отли­вок из алюминиевых сплавов от 1,6 до 50 кг. Тираспольский завод литейных машин изготовляет машины моделей: 5А11, 5А12, 5А13, 5А14 и др. соответственно для порций жидкого металла 0,2; 0,4; 0,8; 2 кг.