Гидродинамические режимы литья под давлением

К гидродинамическим режимам литья под давлением условно принято относить:

Совокупность гидродинамических параметров определяет характер движения расплавленного металла в форме.

Давление действует на металл не только в процессе заполнения, но и после окончания движения, переходя из гидродинамического в статическое давление подпрессовки.

Скорость впуска непосредственно связана с площадью поперечного сечения впускного канала-питателя.

Скорость прессования влияет на величину скорости впуска и определяет время заполнения полости формы. Следовательно, скорость прессования характеризует не только гидродинамический режим заполнения, но и тепловые условия формирования отливки. Снижение скорости прессования с целью уменьшения скорости впускного потока и создания более спокойного сплошного заполнения может привести к преждевременному затвердеванию металла, к образованию «неслитин» и «неспаев» на поверхности отливки. В то же время повышение скорости прессования, улучшая чистоту поверхности отливки, вызывает пропорциональное увеличение скорости впуска струи, что способствует возникновению воздушной пористости.

Эта взаимосвязь гидродинамических и тепловых режимов должна учитываться при разработке технологического процесса литья под давлением.

Движение расплавленного металла

Движение расплавленного металла - во время заполнения литниковых каналов и полости формы расплавленный металл интенсивно охлаждается. По мере охлаждения вязкость металла повышается и этим изменением вязкости нельзя пренебрегать при определении закона распределения скоростей и давления в потоке. Соответственно процесс движения расплавленного металла в отличие от уравнений Навье-Стокса выражается системой дифференциальных уравнений, в которых вязкость является переменной функцией, зависящей от температуры и координат:

Контроль скорости прессования

Для контроля скорости прессования в процессе освоения новой отливки, а также для исследования влияния величины скорости прессования и скорости впуска на качество отливки необходимо записывать изменение скорости движения прессующего поршня на всем пути. Для последующего контроля стабильности технологического процесса при эксплуатации машины можно пользоваться тарированными графиками или приборами, замеряющими среднюю скорость установившегося движения поршня.

Контроль давления

Современные машины литья под давлением оборудованы манометрами для замера давления рабочей жидкости в аккумуляторе, в гидросистемах постоянного и переменного давления, в мультипликаторе.

Замер давления рабочей жидкости дает возможность рассчитать величину конечного статического давления на металл в камере прессования. Без учёта потерь на трение поршня о стенки цилиндра прессования и на трение прессующего поршня давление в камере прессования можно определять по формуле

(37)

где р_ж — давление рабочей жидкости в полости прессового цилиндра; F_ц — площадь цилиндра прессования; F_пр — площадь прессующего поршня.

В процессе разработки технологического процесса большое значение имеет изменение давления жидкости за весь цикл прессования, которое может быть записано при помощи стандартных датчиков давления мембранного типа.

Тензометрический датчик мембранного типа (рис. 56) имеет упругую мембрану 3% на которую наклеены четыре проволочных датчика 1, собранные по схеме мостика Уитстона. Мембрана датчика через уплотняющее кольцо 4 соединяется со штуцером 5, который ввертывается в отверстие для спуска воздуха в гидроцилиндре прессования. Датчик имеет защитный колпачок 2.

Рис. 56. Тензометрический датчик давления мембранного типа

Электрический сигнал тензометрического датчика давления через усилитель передается на осциллограф.

Исследование влияния гидродинамических режимов на качество отливки удобнее всего вести при одновременной записи скорости прессования и давления.

Осциллографическая запись скорости и давления (рис. 57) сделана на машине 515 с горизонтальной камерой прессования при заливке в форму алюминиевого сплава АЛ10В и скорости прессования около 0,6 м/сек.

Во время первой ступени прессования с малой скоростью движения поршня (участок а— b на рис. 57, а) в основной полости цилиндра устанавливается небольшое постоянное давление paбочей жидкости (3÷5)·10⁵ н/м2 (3—5 кГ/см2). В момент начала движения инерция поршня вызывает пик давления (точка а).

Рис. 57. Осциллограммы записи скорости и давления в цилиндре прессования (а) и противодавлений (б) в штоковой полости машины 515

После перекрытия заливочного окна начинается прессование с высокой скоростью и одновременным повышением давления в цилиндре до 12·10⁵ н/м2 (12 кГ/см2) (участок b — с), которое вызвано увеличением гидравлических сопротивлений движению поршня и ростом противодавления в штоковой полости цилиндра (участок b' — c' на рис. 57, б). После нескольких колебаний скорость прессования и давление приобретают установившиеся значения (участок с—d). В штоковой полости па участке c' — d' устанавливается постоянное противодавление.

По осциллограмме давления легко определить время заполнения на любом его этапе. В процессе заполнения полости сложной конфигурации через тонкий питатель скорость прессования быстро падает, а давление возрастает до максимальной конечной величины, которая для машины 515 составляет 65÷70·10⁵ н/м2 (65— 70 кГ/см2) (точка e). Колебания давления в точке e вызваны гидравлическим ударом в момент остановки прессового поршня.

Противодавление в штоковой полости к моменту окончания движения полностью снимается.

Замеры давления на металл в камере прессования показали, что действительные значения давления на 10—15% меньше pacсчитанных по формуле (37).

Осциллографическая запись давления в камере прессования производится с помощью тензометрических датчиков, расположенных на упругом элементе прессующего поршня. На рис. 58 приведена конструкция датчика давления для измерения и записи давления в вертикальной камере прессования. Давление металла через шток 4 и шарик 3 передается на упругую мембрану 2, на которую наклеиваются четыре проволочных датчика 1. Подобные конструкции можно использовать для машин с горизонтальной камерой прессования.

Давление металла на стенки формы замеряется датчиками, наклеенными на выталкиватели. Давление в форме зависит от степени затвердевания сплава в литниковой системе и форме; при сохранении жидкотекучести сплава оно на 20—25% меньше, чем в камере прессования для машин с вертикальной камерой, и на 15—18% меньше, чем для машин с горизонтальной камерой.

Рис. 58. Тензометрический датчик давления в камере прессования