Внешние ссылки [ править ]
- Североамериканская ассоциация литья под давлением
- Допуски для литья под давлением (согласно DIN 1688 GTA 13, немецкие стандарты)
- Общие технические характеристики для литья под давлением
| vтеМеталлообработка | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||
|
| Авторитетный контроль |
|
|---|
Модели для литья
Существует множество методов обработки металла и получения из него различных видов деталей. Но среди множества способов не всегда можно получить изделие требуемой формы и размеров с использованием токарно-фрезерного или штамповочного оборудования.
В таком случае инженеры прибегают к помощи литья, в том числе и по выплавляемым моделям.
Литье в керамические формы
Так, называют метод получения отливок в том числе и с крупными размерами, обладающих высокой точностью в одноразовых формах выполненных из керамики. Их изготавливают из подвижных смесей, используя для этого постоянную модель.
Модель после получения формы не утилизируют и ее можно использовать для получения новых форм.
Литье в керамические формы
В состав этой смеси входят огнестойкие порошки разной фракции, и растворов этилсиликата и огеливателя. После тщательного перемешивания ее выливают в заранее подготовленную оснастку. Там она затвердевает, пройдя через эластичное состояние. После выполнения этой операции форму снимают и отправляют в печь для прокаливания.
Такой метод применяют для получения штампового инструмента, технологической прессовой оснастки, компонентов литейных форм и пр.Существует несколько наименование литья в керамические формы – шоу-процесс, уникаст-процесс и керамкаст-процесс. Разница между первыми двумя заключается только во времени получения патента.
Последний процесс, включает в себя элементы технологии первых двух.
Оболочковые формы для последнего процесса производят при помощи разъемных моделей с тонкими стенами, которые выполнены из искусственного каучука.
Керамическую оболочку выполняют точно так же, как и для литья по выплавляемым моделям. При сборке формы, эластичные детали просто вытягивают, а литники или выплавляют или выжигают.
Для изготовления стержней используют такой способ – в ящик для формовки стержней заливают суспензию и через некоторое время ее сливают. На поверхности ящика останется слой суспензии, засыпаемый огнеупором. Те частицы, которые не прилипли, удаляют из ящика.
После чего, снова заливают суспензию и посыпают ее порошком. Эту операцию повторяют несколько раз до тех пор, пока стержень не получить необходимые размеры.
Огнеупоры
Изготовление моделей и модельные составы
Для того, чтобы изготовить модели применяют так называемые модельные составы. Их основу составляют смеси выполняемые на основе воска. Кроме этого, в состав добавляют полимеры, они улучшают механические свойства смесей. На некоторых производствах применяют мягкие составы. Они могут быть насыщены воздухом, для их упрочнения применяют полиэтилен или битум.
Модельные составы должны в полной мере отвечать следующим требованиям:
- Они должны обладать малой усадкой и не должны сильно расширяться под воздействием высоких температур.
- Постоянством твердости и прочностных характеристик.
- Определенной эластичностью.
- Возможность предельно точно повторять полость пресс-формы.
- Модельная смесь не должна прилипать к рабочим поверхностям формы и не должна оказывать коррозионного воздействия на них.
- Стойкостью к определенным химическим и физическим воздействиям.
- Смесь должна обладать хорошей стойкостью к окислению при разных температурах.
Готовые отливки
Изделия, получаемые при литье металлов можно разделить на несколько типов:
- Чушки, которые в дальнейшем будут использоваться для дальнейшей переплавки.
- Слитки, предназначенные для обработки давлением.
- Фасонные изделия, которые могут быть отправлены на дополнительную механическую обработку, необходимую для удаления литников, облоя.
Готовые отливки
Современные технологии литья металлов позволяют получать детали, которые не требуют дополнительной обработки.
Тонкости технологии
Для того чтобы выполнить художественное литье из бронзы или изготовить из данного сплава изделие практического назначения, необходимо в первую очередь получить расплавленный металл. Для плавки металла применяются различные типы печей: индукционные, дуговые, пламенные и др. В самом простейшем варианте (при выполнении литья в домашних условиях) для плавки бронзы можно использовать и обычную газовую горелку, расположив ее под специальной емкостью для расплава.
Возможностей небольших печей, которые можно изготовить и самостоятельно, вполне хватает для того, чтобы выполнять в них плавку цветных металлов и их сплавов, к числу которых также относятся латунь и бронза.
Для расплава небольшого количества бронзы нужен огнеупорный кирпич и газовая горелка
Важнейшим этапом литья из бронзы является заполнение расплавленным металлом литейной формы. Несмотря на что, что такая заливка длится всего 1–2 минуты, правильность ее выполнения напрямую влияет на качественные характеристики готового изделия. Итогом неправильно выполненной заливки могут стать такие дефекты, как:
На этих бронзовых отливках раковины образовались вследствие плохой очистки тиглей перед заливкой
Металлу, который уже залит в литейную форму, необходимо дать остыть до требуемой температуры, которая, в зависимости от марки используемого сплава, может варьироваться. Порядок извлечения готового изделия из формы зависит от того, какого она типа – одноразовая или многоразовая. В первом случае ее просто разбивают молотком, а отливку извлекают при помощи клещей. Многоразовые формы, соответственно, разбивать не надо: их просто размыкают по соединяемой поверхности и аккуратно извлекают из них отливку.
Только что извлеченную отливку необходимо доработать. Заключается такая доработка в том, что с поверхности изделия удаляются литники, выпоры, прибыли и заливы, образовавшиеся в процессе выполнения литья. Такая операция, которую можно выполнять при помощи различного механического инструмента, называется обрубкой.
Изготовление пресс-форм
Для производства уникальных изделий макет готовят, вырезая из куска модельного материала вручную или по шаблонам. Модели, имеющие форму тел вращения, изготавливают также на токарных станках. В последнее время получает все более широкое распространение метод 3D-печати моделей. Он подходит как для одиночных макетов, так и для небольших серий.
Стоимость современного промышленного 3D-принтера все еще высока, однако благодаря легкости перенастройки с одного изделия на другое он может стать эффективным инструментом изготовления моделей в случае большого количества разнородных заказов малых серий.
Для того чтобы изготовить большое количество одинаковых макетов, изготавливают матрицу из гипса, резины, силикона или металла. Рабочие макеты производят, в свою очередь, путем отливки в матрицу. По конструкции пресс-форма должна быть обязательно разборной, чтобы обеспечить возможность изготовления заданного количества моделей. Выбранный материал также должен обеспечивать такую возможность, поэтому к нему предъявляются такие требования, как прочность, плотность, низкая шероховатость, химическая инертность по отношению к макету. Вещество пресс-формы должно также обладать минимальной адгезией к макету для обеспечения легкости извлечения готовых макетов и соблюдения размеров
Важное свойство пресс-формы — ее прочность и износоустойчивость, особенно при крупных сериях
Формовочная смесь для литья своими руками – vending-doctor.ru
Человечеству известно множество металлов и сплавов на их основе. Одним из известнейших является латунь. Это соединение на основе меди, к которой добавляются сторонние цветные металлы.
Из этого материала изготавливаются различные детали, элементы для электрооборудования. Литье латуни позволяет делать из неё заготовки различной формы, размера.
Проводить его можно на предприятии или в домашних условиях.
Литье латуни
Характеристики и сферы применения латуни
Латунь — это сплав главными компонентами которой являются медь и цинк. Традиционное соединение представляет собой смесь 70% первого металла, 30% второго. Однако существуют материалы где содержание цинка достигает 50%.
Чтобы понимать, как правильно работать с этим соединением, нужно разобраться с его характеристиками:
- Температура плавления — до 950 градусов.
- Плотность — около 8,7 тонн на м3.
- Электросопротивление — 0,08 микрон на метр.
- Теплоёмкость — 0,377 кДж/(кг·К)
Изделия из латуни могут представлять собой смесь из меди и цинка, или этих двух компонентов и дополнительных легирующих добавок. Сплав применяется в разных отраслях:
- изготовление комплектующих для часов;
- создание статуэток, украшений, элементов интерьера;
- изготовление деталей, используемых в машиностроении;
- создание комплектующих для электрооборудования.
Латунь обладает хорошим показателем свариваемости. Кроме того, она имеет высокий показатель защиты от коррозии. Благодаря этих характеристикам, сплав используется, как защитное покрытие для других металлов при изготовлении металлоконструкций.
История технологии
Историки говорят о том, что латунь появилась одновременно с бронзой. Из сплавов изготавливали украшения, наконечники для орудий труда, оружия, посуду, столовые приборы.
Чтобы изготовить какой-либо предмет, нужно было знать технологию литья из латуни. Со временем метод развивался, совершенствовался. Сегодня материал можно изготавливать дома или на производстве. Для этого нужно точно проводить технологический процесс, следовать правилам, правильно выбирать инструменты, сырье.
Изделие из латуни
Одноразовые опоки
Узнав, что такое опока и как она используется, проще вникнуть в тонкости процесса. Он уже не кажется таким уж сложным, скорее, интересным и простым. Современные технологии позволяют попробовать самостоятельно изготовить ювелирное украшение практически в домашних условиях.
Китайский рынок предлагает широкий ассортимент одноразовых опок с уже готовыми формами. Все что нужно для работы с такой формой, — это необходимое количество драгоценного металла и возможность его расплавить.
Ими пользуются как ювелиры, не имеющие собственного литейного цеха, так и свободные мастера, изготавливающие украшения на заказ.
Анастасия Разулите
Что потребуется для литья?
Чтобы плавить латунь, нужно изначально подготовить оборудование, инструменты для проведения работ. К нему относятся:
- Формовочные композиции. Изготавливаются из огнеупорных материалов. Форма выбирается зависимо от требуемого готового изделия.
- Специальные щипцы, с помощью которых делали извлекаются из форм после застывания.
- Нагревательное оборудование. Можно использовать покупную модель или изготовить печь самостоятельно. Для сборки понадобится шамотный кирпич, огнеупорная мастика. Для нагревания можно использовать газовую горелку или проволоку из нихрома.
- Тигель — емкость, которая заполняется расходными материалами. Они плавятся во время нагревания. Затем мастер переливает расплавленные металлы в подготовленную заранее форму. Тигель изготавливают из глины или графита. Дополнительно используется жаропрочная обмазка, которая увеличивает долговечность емкости.
Для того чтобы достать тигель из печи, используются полукруглые щипцы.
Дополнительные методы
Индукционная печь
Индукционные печи без сердечника – это воздушные трансформаторы, принцип работы которых основан на поглощении выделяемой электромагнитной энергии загруженной в тигель шихтой (металлическим сырьём). Печи данного типа подразделяются на оборудование промышленной частоты (50 Гц) и высокочастотные (более 500 Гц).
Электричество позволяет быстро нагреть форму, поэтому в вышеперечисленных агрегатах выгодно изготавливать легированную сталь. Однако не меньшей популярностью пользуются такие способы как кислородно-конвертерный и мартеновский процессы.
Кислородно-конвертерный метод предусматривает литье стали из чугуна посредством окисления его примесей при помощи продувания кислородом. Система отличается простотой и высокой скоростью производства. Температура в камере поддерживается самим процессом окисления, обычно она составляет около 1600 °C.
Мартеновский процесс уходит корнями глубоко в историю – лишь в 1864 году удалось добиться температурных показателей, необходимых для срабатывания химических реакций. Тем не менее, ввиду относительной простоты реализации способ и по сей день широко используется.
Внутри себя процесс плавки также традиционно подразделяется на 3 основных этапа:
- Нагревание шихты и её расплавление.
- «Кипение» ванны – нагревание до максимальных температур для интенсивного окисления.
- Раскисление – на этом же этапе при необходимости проводится легирование.
Схема индукционной печи со стальным сердечником
Эффективность производства отливок и область их применения
Учитывая опыт производства отливок под давлением, можно отметить следующие его преимущества:
1. Возможность изготовления отливок значительной площади с малой толщиной стенок (менее 1 мм).
2. Возможность повышения качества отливок: отливка получается с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности; практически не требует обработки резанием; механические свойства отливок получаются достаточно высокими.
3. Возможность многократного использования металлической пресс-формы. При этом сборка формы и извлечение из нее готовой отливки выполняются машиной, а процесс получения отливки является малооперационным. Указанные обстоятельства и высокая скорость затвердевания отливки в пресс-форме делают процесс литья под давлением одним из самых высокопроизводительных литейных процессов и создают предпосылки для полной автоматизации данного производства.
4. Значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда вследствие устранения из литейного цеха формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды.
Наряду с указанными преимуществами литье под давлением имеет и ряд недостатков, в том числе следующие:
1. Габаритные размеры и масса отливок ограниченны мощностью машины (усилием, развиваемым механизмом запирания).
2. Высокая стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость ее изго-товления, ограниченная стойкость, особенно при литье сплавов черных металлов и медных сплавов, что снижает эффективность процесса и ограничивает область его использования. Повышение стойкости пресс-форм является одной из важных проблем, особенно при литье сплавов, имеющих высокую температуру плавления. Удлинение срока службы пресс-форм повышает эффективность производства, позволяет расширить номенклатуру сплавов, из которых могут быть получены отливки под давлением.
3. Трудности изготовления отливок со сложными полостями, поднутрениями, карманами.
4. Наличие в отливках газовоздушной и усадочной пористости, которая снижает механические свойства материала отливок, их герметичность, ограничивает возможности изготовления отливок из сплавов, упрочняемых термической обработкой. Устранение газовоздушной и усадочной пористости отливок является одной из важных проблем, решение которой позволяет расширить область применения этого перспективного технологического процесса, повысить эффективность его использования.
5. Наличие напряжений в отливках при усадке из-за неподатливости пресс-формы также ограничивает номенклатуру сплавов, из которых могут быть изготовлены отливки данным способом.
С учетом преимуществ и недостатков способа литья под давлением определяется рациональная область его использования. Вследствие высокой стоимости пресс-форм, сложности оборудования, высокой производительности литье под давлением экономически целесообразно применять в массовом и крупносерийном производстве точных отливок с минимальными припусками на обработку резанием из алюминиевых, цинковых, магниевых и медных сплавов, а в некоторых случаях специальных сплавов и сталей.
Этот процесс с полным основанием может быть отнесен к малооперационным и практически безотходным технологиям, так как литники и облой подвергают переплавке, а отходы в стружку малы. Наивысшие экономические показатели достигаются при изготовлении отливок под давлением на машинах с горячей камерой прессования.
- ← Раздел 3.4
- Раздел 4.2 →
Литье в кокиль
Но ныне используют намного более совершенные и технологичные способы производства литой продукции. Например, литье металла в кокиль. В принципе, этот способ во многом напоминает описанный нами выше, так как и в этом случае используются литейные формы. Только при этом они металлические, что значительно упрощает процесс крупносерийного производства.
Итак, в две половинки вставляют конусы и стержни (для заливания металла и образования пустот), а затем накрепко скрепляют их друг с другом. Все, можно приступать к работе. Особенность данного способа в том, что здесь расплавленный металл чрезвычайно быстро застывает, есть возможность принудительного охлаждения форм, а потому и процесс выпуска идет значительно быстрее. При помощи одного только кокиля можно получить сотни, а то и тысячи, отливок, не тратя при этом много времени на индивидуальную подготовку форм и формовочных смесей.
Заливка металла
Для того чтобы расплавлять материал понадобится:
- Плавильная муфельная печь, желательно с регулятором нагрева. Для крупных отливок нужен горн. Иногда материал плавят автогеном, паяльной лампой, газовой или бензиновой горелкой.
- Тигель – стальная, чугунная или шамотная (из огнеупорной глины) емкость для плавки, желательно с носиком.
- Щипцы и крюк для извлечения горячего тигля из печи и других манипуляций.
- Литейная форма. Как ее подготовить к работе, описано ниже.
- Флюс. Нужен для предохранения сплава от окисления воздухом. Древесный уголь, бура.
- Топливо для горна, например, тот же древесный уголь.
- Керамическая или березовая палочка для перемешивания расплава.
Особенности формирования отливок и их качество
При литье под давлением основные показатели качества отливки – точность размеров, шероховатость поверхности, механические свойства, плотность и герметичность – определяются следующими особенностями ее формирования:
1. Кратковременность заполнения полости пресс-формы расплавом. Скорость поступления расплава в пресс-форму для разных отливок и сплавов колеблется от 0,3 до 140 м/с, продолжительность ее заполнения 0,02 – 0,3 с, а конечное давление на расплав может достигать 500 МПа. Это позволяет, несмотря на высокую скорость охлаждения расплава в форме, изготавливать весьма сложные корпусные отливки с толщиной стенки менее 1 мм из сплавов с низкой и даже близкой к нулю жидкотекучестью (таким свойством обладают, например, сплавы, находящиеся в твердожидком состоянии). Высокая кинетическая энергия движущегося расплава и давление, передаваемое на него в момент окончания заполнения формы, способствуют получению отливок с низкой шероховатостью поверхности.
2. Газонепроницаемость материала пресс-формы. Вентиляция рабочей по-лости происходит посредством специальных вентиляционных каналов. При высоких скоростях поступления расплава в полость пресс-формы воздух, а также газообразные продукты разложения смазочного материала, образующиеся при его взаимодействии с расплавом, не успевают полностью удалиться из пресс-формы за время заполнения ее расплавом. Они препятствуют заполнению пресс-формы и попадают в расплав, приводя к образованию неслитин, неспаев, раковин и газовоздушной пористости в отливках. Газовоздушная пористость приводит к уменьшению плотности отливок, снижению их герметичности и пластических свойств. Воздух, газы, продукты разложения смазочного материала, находящиеся в порах отливки под высоким давлением, затрудняют ее термическую обработку: при нагреве прочность отливки снижается, а давление газов в порах повышается, что вызывает коробление отливки, на ее поверхности появляются пузыри.
Для снижения газовоздушной пористости в отливках используют ряд технологических приемов, а также специальные способы литья под давлением (см. подраздел 4.2).
3. Высокая интенсивность теплового взаимодействия между материалом отливки и пресс-формой, обусловленная ее высокими теплопроводностью и теплоемкостью, малым термическим сопротивлением слоя смазочного материала и продуктов его разложения, значительным давлением расплава и отливки на стенки пресс-формы, улучшающим контакт между ними. Это способствует получению мелкозернистой структуры, особенно в поверхностных слоях отливки, повышению ее прочности и высокой производительности процесса.
4. Передача в момент окончания заполнения металлом пресс-формы давления, развиваемого пресс-поршнем в камере прессования, на расплав в полости формы. Это улучшает питание отливки, способствует уменьшению усадочной пористости, сжатию газовоздушных включений. В результате воз-растают плотность, герметичность и механические свойства отливки. Однако эффективность действия подпрессовки ограничена, так как это давление на расплав в пресс-форме действует только до тех пор, пока питатель не затвердеет.
5. Использование металлической пресс-формы с точными размерами и низкой шероховатостью рабочих поверхностей. Это способствует получению высокоточных отливок по массе, геометрии и размерам. Высокая точность размеров отливок (классы 1 – 4 по ГОСТ 26645—85 (изм. № 1,1998)) позволяет уменьшить припуски на обработку до 0,3 – 0,8 мм, а в некоторых случаях полностью исключить обработку резанием. Остается только зачистка мест удаления питателей, соединительных каналов промывников и облоя. Коэффициент точности отливок по массе (КТМ) при литье под давлением достигает 0,95 – 0,98. Шероховатость поверхности отливок, полученных под давлением, зависит в основном от шероховатости поверхности пресс-формы и технологических режимов литья. Обычно эти отливки имеют шероховатость от Rz = 160 – 80 мкм (сплавы на основе меди) до Rz = 1,00 – 0,32 мкм (цинковые сплавы).
Разнообразие и использование сплавов, необходимые станки и формы
Повышенным спросом пользуются изделия из алюминиевых сплавов:
- Силумин – сплав алюминия с кремнием. После добавления в его состав магния, конечный продукт становится чрезвычайно прочным. Это один из самых низкоусадочных и высокогерметичных сплавов. При изготовлении не подвержен растрескиванию и используется для создания элементов, подвергающихся небольшим нагрузкам.
- С целью создания фасонного литья используется сплав, в состав которого помимо самого алюминия входят медь, кремний и железо. Такая заготовка прекрасно отделяется от формы и отличается высокой прочностью.
- При создании высокопрочных элементов используют сплав алюминия с добавлением кремния, никеля, меди и цинка.
Тот или иной сплав выбирается в зависимости от задач, которые предстоит выполнить изготовленным деталям и нагрузок, которые готовые элементы должны будут выдержать.
Все операции проводят на специально созданном оборудовании, которое может быть использовано как в условиях производственного цеха, так и в небольшой частной мастерской.
Для создания вышеперечисленных сплавов необходимо использование машин, оснащенных как холодной, так и горячей камерами, предназначенными для плавления металла. Машины с горячими камерами необходимы при производстве сплавов, в состав которых введен цинк. Расплавленный металл внедряется во внутреннее пространство пресс-формы постепенно. Он заполняет всю форму.
Во время работы со сплавами, в составе которых содержится магний и медь, отливки производятся благодаря тому, что расплавленный состав внедряется внутрь пресс-формы под довольно большим давлением. Его уровень в определенных ситуациях достигает 700 Мпа. Именно такой способ производства позволяет заметно повысить производительность труда, не повышая трудоемкости процесса, а изготовленным таким образом детали не требуют механической обработки.
Выбор оборудования при создании цеха или организации процесса литья основан на особенностях технологического процесса. При литье алюминия под давлением он заключается в следующем:
- В раскаленной печи металл нагревается до температуры плавления и переходит в жидкое состояние.
- В это время в цеху должна быть подготовлена специальная пресс-форма, внутренний контур которой полностью соответствует параметрам будущей детали.
- Расплавленный металл под большим давлением подается в подготовленную пресс-форму.
- После остывания из разъемной пресс-формы извлекают готовое изделие.
Алюминиевое изделие в пресс-форме Сегодня некоторые производители пользуются и другими способами литья. Это может быть литье в землю, песок или цемент, но литье алюминия под давлением дает возможность получить изделие, минимальная толщина стенки которого меньше миллиметра. А все может достигать от 4 до 12 кг.
