Влияние режимов литья на качество отливок

Метод гидростатического взвешивания дает возможность количественно оценивать плотность и пористость отливок. Для взвешивания отливок применяются аналитические весы с точностью до 0,001 г. Разность весов на воздухе G₁ и в воде G₁ при плотности воды ρ_в = l г/см3 равна объему отливки. Содержание пористости П в отливке определяется сравнением с эталоном, не имеющим никакой пористости, если известна плотность такого эталона ρ_эт.

Для получения общих зависимостей качества отливок от различных технологических режимов литья рекомендуется проводить предварительные исследования на образцах.

На рис. 114 представлена опытная форма для отливки образцов различной толщины (2, 4 и 6 мм) через переменные питатели при различных скоростях впуска и прессования. Рис. 114. Вкладыш в типовую прессформу для изготовления образцов толщиной: 1 — 2 мм; 2 — 4 мм; 3 — 6 мм; 4 — промывник

На рис. 115 показано изменение плотности и пористости образцов различной толщины, отлитых из сплава АЛ2 при скоростях впуска от 17 до 60 м/сек. При скоростях впуска от 17 до 30 м/сек наблюдается некоторое увеличение пористости, которое сопровождается включением крупных газовых раковин. С увеличением скорости впуска от 30 до 60 м/сек пористость начинает уменьшаться. Одновременно происходит уменьшение размеров газовых включений и рассредоточение их по всему сечению образца. Рис. 115. Зависимость плотности и пористости образцов от скорости впуска: 1 — для образцов толщиной 2 мм; 2 — для образцов толщиной 4 мм; 3 — для образцов толщиной 6 мм

Количество пористости растет с увеличением толщины образцов. Например, пористость образцов толщиной 6 мм на 1—1,5% выше, чем образцов толщиной 2 мм.

Результаты замеров плотности и пористости корпусной отливки на алюминиевого сплава АЛ7-4 массой 420 г (рис. 116, a) при различных значениях скорости прессования и впуска приведены в табл. 13.

Таблица 13. Значения плотности и пористости при различных скоростях прессования и впуска

Таблица 14. Результаты исследования неравностенной отливки «крышка» 

В табл. 14 приведены результаты аналогичных исследований для отливки «крышка» из сплава АЛ7-4 массой 280 г, имеющей разностенность от 2 до 4 мм (рис. 116, б). Разностенность приводит к увеличению пористости в отливке. Рис. 116. Примеры корпусных отливок, для которых проводились исследования влияния гидродинамических режимов на пористость

Исследования влияния скорости прессования и скорости впуска на качество отливок, проведенные на московском заводе «Изолит», определили диапазоны наиболее благоприятных значений скоростей для различных групп отливок. По классификации, сделанной Д. Р. Акивисом и В. Я. Невзоровым (НИИЛИТМАШ), заводские отливки можно разделить на четыре группы по толщине стенки: тонкие (до 3 мм), средние (3— 6 мм), толстые (свыше 6 мм) и с переменной толщиной. В каждой группе имеются отливки простой и сложной конфигурации.

Качество отливок оценивалось гидростатическим взвешиванием и относительной пористостью

где ρ_отл — плотность каждой отливки, а ρ_max — максимальная плотность отливки в данной серии, определяемая по весу и объему.

Например, в тонкостенных отливках сложной конфигурации с увеличением скорости впуска снижается пористость (кривая 1 на рис. 117), в то время как в толстостенных отливках простои конфигурации пористость возрастает (кривая 2). Рис. 117. Зависимость относительной пористости от скоростных режимов

Это объясняется увеличением скорости прессования и сокращением времени заполнения полости формы. Чем толще стенки отливок, тем большее количество воздуха остается вполостипри одном и том же времени заполнения.

На Минском мотовелозаводе были проведены исследования влияния скоростных режимов на качество отливки головки цилиндра мотоциклетного двигателя, которую можно отнести к группе тонкостенных отливок сложной конфигурации (рис. 118). Рис.118. Корпус головки цилиндра мотоциклетного двигателя

Качество отливок оценивалось по макрошлифам и рентгенограммам.

К отливке головки цилиндра предъявляются следующие требования: четкое и полное оформление контуров, высокая чистота поверхности и отсутствие воздушно-газовой пористости в массивных узлах.

Последнее требование исключало возможность дисперсного режима заполнения с высокой скоростью впуска.

Отливка изготовлялась на машине 515 в форме с нижним подводом металла через литниковую систему, обеспечивающую поступление металла растекающимся потоком, который после удара преобразовывался в сплошной турбулентный поток.

Отношение толщины питателя h к средней толщине отливки H равнялось ¼.

Скорость впуска можно выразить через скорость прессования с помощью коэффициента пропорциональности К:

v = Kυ_пр,

где ƒ—площадь сечения питателя.

Для данной отливки при диаметре камеры прессования D_пр = 40 мм коэффициент пропорциональности К = 25.

При незначительных скоростях прессования (меньше 0,4 м/сек) и впуска (меньше 10 м/сек) металл не успевал заполнять узкие полости формы и тонкостенные ребра, оставались следы неслившихся струй.

Дальнейшее увеличение скоростей позволило получить отливку с четко оформленным контуром и хорошим заполнением ребер.

При увеличении скоростей прессования до 0,75 м/сек и впуска до 19 м/сек массивная центральная часть отливки оказалась поражена крупными раковинами в результате совмещения турбулентного и дисперсного режимов заполнения. Раковины возникали также вследствие плохой вентиляции формы.

На этом же заводе изучалось влияние скоростей прессования и впуска на качество толстостенных отливок простой конфигурации — кольцевых деталей фрикционного привода агрегатных головок.

Два кольца различного диаметра отливались одновременно (рис. 119, а) в форме с нижним подводом металла. Заполнение малого кольца происходило через полость большого кольца. При применении камеры прессования диаметром 50 мм коэффициент, характеризующий литниковую систему, К — 33.

Оптимальная скорость прессования оказалась равной 0,12— 0,15 м/сек при скорости впуска около 5 м/сек.

Зависимость плотности отливок от скоростей впуска и прессования (рис. 119,б) определяет область получения наиболее качественных изделий. Рис. 119. Исследование плотности толстостенных корпусных отливок: а — чертеж отливьи; б — изменение плотности в зависимости от скорости прессования и скорости впуска

Осциллографическая запись (рис. 120, б) показывает плавное нарастание давления и плавное уменьшение оптимальной скорости прессования, причем в первой половине заполнения (по времени) скорость остается близкой к скорости установившегося движения. На рис. 120, а для сравнения приведена осциллографическая запись скорости холостого хода поршня без заливки металлом. Рис. 120. Осциллограммы изменения скорости прессования и давления рабочей жидкости в цилиндре при холостом ударе (a) и при заполнении толстостенной кольцевой отливки (б)

При скоростях впуска меньше 3 м/сек получается плохое качество поверхности, отливка не имеет четко оформленного контура, на поверхности видны следы несварившихся струй. В отливке имеются крупные раковины, появляющиеся в результате преждевременной кристаллизации металла и образования пробок, которые нарушают питание изолированных объемов.

Если скорость впуска превышает 6—7 м/сек, то в отливке вновь увеличивается воздушно-газовая пористость. Наибольшее скопление раковин наблюдается в тех частях отливки, в которые устремляются первые порции металла, захватившие максимальное количество воздуха.

При помощи различных методов контроля скорости прессования в процессе освоения отливки можно установить оптимальные значения скорости при условии правильного конструирования литниковой системы.