Литье алюминия под низким давлением
Давление против гравитации
Важным фактором классификации процессов литья алюминия является то, протекает ли расплавленный металл в форму под действием силы тяжести или он вталкивается в полость литейной формы под действием давлением. Для литья под давлением требуются многоразовые формы, и его обычно называют литьем под высоким давлением. Процесс литья под низким давлением считается вариантом гравитационного литья в постоянные формы [3].
Машина для литья под низким давлением
Литье под низким давлением является хорошо известным литейным процессом. В частности, большинство алюминиевых колесных дисков изготавливают именно методом литья под низким давлением. Этот метод применяет:
- давление около 2 бар.
Fig. 1 – Схема технологии литья алюминия под низким давлением [1]
Наполнение литейной формы производят с помощью путем подачи в раздаточную печь сжатого воздуха. Расплав подают снизу вверх по прибыльной трубе, которая погружена в глубину расплава. Это обеспечивает плавное наполнение литейной формы и чистоту расплава. После того, как литейная форма заполнилась, с противоположной стороны от прибыльной части начинается затвердевание металла. Регулированием давления воздуха в раздаточной печи обеспечивают полное заполнение литейной формы. Цикл литья довольно длинный из-за того, что отливка течение всего времени затвердевания связана через прибыльную трубу с большим объемом расплава в печи [1].
Машина для литья под низким давлением ориентирована вертикально, что дает горизонтальную линию разъема (Fig. 2). Расплавленный металл находится в герметичном сосуде, который затем сжимается газом (обычно воздухом), так что металл вытесняется «вверх» в полость пресс-формы. Это выгодно, так как приводит к контролируемому заполнению формы. Этот процесс в основном используется для производства автомобильных колес. Интересно отметить, что каждое колесо подвергается рентгеновскому излучению, поскольку это критически важные детали [2].
Fig. 2 – [2]
Машина литья под низким давлением включает (Fig. 3):
- герметичную раздаточную печь,
- оборудование для подачи и контроля сжатого воздуха,
- гидравлический манипулятор для установки и снятия литейных форм.
Обычно машина для литья под низким давлением работает с одной литейной формой.
Fig. 3 – Машина для литья алюминиевых сплавов
под низким давлением. Внизу – раздаточная печь [1]
Технология литья под низким давлением
Цикл литья
В этом процессе постоянные формы устанавливаются над герметичной печью. Питающая труба выходит из полости формы в расплавленный металл внизу. За счет повышения давления в печи металл продавливается по трубе в полость кристаллизатора (Fig. 4). Когда металл затвердеет, давление сбрасывают, форму открывают и извлекают отливку, готовясь к повторению цикла.
Основные технологические параметры
Параметры процесса включают^
- скорость приложения давления, которая регулирует заполнение формы
- давление, которое относительно не важно после начала затвердевания
- температурные градиенты, которые необходимы для обеспечения направленного затвердевания.
Как и в обычной постоянной пресс-форме, эти градиенты устанавливаются выбором и контролируемой толщиной покрытий пресс-формы и селективным охлаждением секций пресс-формы.
Большинство отливок под низким давлением изготавливается с использованием только одной точки входа металла, а стояки, обычно необходимые для предотвращения внутренних усадочных пустот, обычно не используются. Поэтому, отношение веса брутто к весу нетто низкое, а операции по обрезке и чистовой обработке, связанные с литниками, сведены к минимуму.
Предотвращение включений
Цикл литья под низким давлением обусловлен затвердеванием металла на стыке заливной трубы и полости формы. В то время как противогравитационное течение металла в полость кристаллизатора находится в состоянии покоя, процесс представляет риск загрязнения включениями.
При открытии формы и извлечении отливки вакуумное уплотнение, существовавшее на границе раздела жидкость-твердое тело, нарушается, и расплавленный металл, оставшийся в трубе, падает до уровня металла печи. Циклический поток металла в вертикальном направлении в наполнительной трубке может привести к накоплению оксидов на внутренних поверхностях наполнительной трубки, независимо от того, является ли трубка керамической или металлической с покрытием. Чтобы свести это к минимуму, в системе поддерживают обратное давление, чтобы расплавленный металл все время удерживался на повышенном уровне в заливной трубе. В этом случае имеется возможность пополнять металл в печи при каждом цикле, а не периодически, когда металл в печи почти заканчивается.
Фильтрация металла
Фильтрация металла в точке входа в форму обычно используется для предотвращения загрязнения отливки включенниями. Фильтрация может состоять из стальных сеток или керамических фильтров.
Fig. 4 – Low-pressure permanent mold [3]
Литье автомобильных деталей
Ранее большая часть литья под низким давлением была ограничена радиально-симметричными отливками. Так, этим метолом отливают почти все автомобильные колеса (рис. 5, 6). В настоящее время литье под низким давлением применяют для изготовления многих несимметричных деталей (Fig. 7, 8, 9).
Рис. 5 – Алюминиевый колесный диск фирмы BBС,
изготовленный методом литья под низким давлением
Рис. 6 – Alloy A356.0 alloy automotive wheels produced by low-pressure casting [3]
Рис. 7 – Алюминиевая головка цилиндра,
отлитая методом литья под низким давлением [1]
Рис. 8 – Алюминиевый V-образный блок цилиндров,
отлитый методом литья под низким давлением [1]
Рис. 9 – Variety of parts, including automotive pistons, metallurgically bonded diesel engine pistons,
compressor pistons, cylindrical and journal bearings, anodes, and cookware,
produced by the low-pressure casting process [3]
Литье под низким давлением и гравитационное литье
Литейная форма обычно имеет каналы, через которые пропускают воду или сжатый воздух. Это дает возможность управлять температурными условиями охлаждения в ходе затвердевания металла.
Направленное затвердевание и повышенное давление обеспечивают малые объемы прибыльной части отливки, а, значит, меньше металла идет в переплав отходов. При обычном, гравитационном литье в кокиль выход годного может составлять лишь 50 %, а при литье под низким давлением он составляет около 90 %. Это показано на рисунках 10 и 11: при литье под давлением прибыльная часть намного меньше, чем при литье в кокиль.
Рис. 10 – Алюминиевый колесный диск,
изготовленный литьем под низким давлением.
В центре видна небольшая прибыльная часть [1].
Рис. 11 – Алюминиевый колесный диск,
изготовленный гравитационным литьем.
На ступице и ободе видны большие прибыльные части [1].
Источник:
- European Aluminium Association, 2002
- TALAT 3201
- Aluminum Alloy Castings Properties, Processes, and Applications /J. Gilbert Kaufman, Elwin L. Rooy – ASM International – 2004
См также
Литые алюминиевые колесные диски
