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 оС. 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 |
| а | б |
Рис. 5.4. Схема процесса получения отливок методом литья по выплавляемым моделям: а – типы литниково-питающих систем; б – литниковая форма: 1 – опока; 2 – блоки с литейной оболочкой; 3 – формовочный наполнитель
На полученный блок наносят путем окунания суспензию - жидкое облицовочное покрытие, состоящее из 30 - 40 % гидролизированного этилсиликата (С2Н5О)4Si и 60 - 70 % пылевидного кварца. После этого блок обсыпают мелким сухим кварцевым песком и просушивают при комнатной температуре в течение 5 - 6 часов. Эти операции повторяют до получения огнеупорной корочки толщиной 2,5 - 3 мм. Затем производят выплавление моделей из оболочки, для чего блоки помещают в термошкафы (Т = 110 - 120 °С) или погружают в горячую воду (Т = 90 - 95 °С).
Пустотелую огнеупорную форму 2 помещают в металлический кожух, который заполняют формовочным материалом 3 (сухой или влажный кварцевый песок) (рис. 5.4 б). Подготовленную таким образом форму нагревают до Т = 850 – 900 °С в течение 3 - 4 часов. В процессе прокаливания происходят выгорание остатков парафина и стеарина и спекание огнеупорной оболочки. После прокаливания форма заливается расплавленным металлом и затем после остывания металла керамическая оболочка разрушается или механическим путем, или растворением в щелочном растворе при 120 °С с последующей промывкой горячей водой (для деталей сложных конфигураций). Последней операцией является контроль отливки и удаление литниковой системы.
Точность размеров соответствует 12 - 13 квалитету, а шероховатость Ra 2,5 – 5 мкм. К числу наиболее существенных преимуществ этого способа относятся: возможность изготовления отливок самой сложной формы, с лабиринтами и полостями, получить которые другими методами невозможно; получение отливок из любых сплавов с минимальными припусками на обработку (0,2 – 0,7 мм); сокращение расхода металла; снижение трудоемкости последующей механической обработки.
К недостаткам метода относятся высокая стоимость одноразовых литейных форм и весьма длительный производственный цикл получения отливок.
Изготовление отливок по выплавляемым моделям механизировано и автоматизировано, что позволяет применять этот метод при любом типе производства. В крупносерийном и массовом производстве используют автоматические установки для изготовления моделей, приготовления суспензий и нанесения ее на блоки моделей и обсыпки их песком, для прокаливания и заливки форм. Эти установки объединяют транспортные устройства в единую систему.
2.Изготовление деталей из пластмасс
2.1. Технологические особенности конструирования пластмассовых деталей
Равностенность. Одним из основных принципов конструирования пластмассовых деталей является равностенность, устраняющая образование трещин в сочленениях стенок, коробление и усадочную пористость. На рис. 6.1 приведены примеры нетехнологичных (а) и технологичных деталей (б). Для различных пластмасс в зависимости от габаритных размеров существуют оптимальные толщины стенок. Для термопластичных материалов, отливаемых под давлением, при размерах детали до 150 мм, рекомендуемая толщина стенок 1 - 2 мм; для более крупных 2 - 3 мм. Для деталей, изготавливаемых прессованием из термореактивных порошков, толщина стенок 2 - 5 мм, а для волокнистых - 2,5 - 6 мм.