В обычных условиях вентиляция формы затрудняется из-за недостаточной площади сечения вентиляционных каналов. Смазка еще больше увеличивает количество газов в полости формы. Одним из действенных средств уменьшения газосодержания отливок является вакуумирование литниковой системы и формы.
Вакуумирование с одновременной подачей металла из тигля вакуумным всасыванием позволяет осуществить автоматизацию всего цикла литья под давлением.
Необходимо учитывать, что вакуумирование требует дополнительных затрат на специальное оборудование. Поэтому вакуумирование следует применять только в тех случаях, когда другие технологические факторы не обеспечивают снижения воздушно-газовой пористости в отливках.
Изменение гидродинамических и тепловых режимов при вакуумировании полости формы
Вакуумирование не только способствует удалению воздуха и газообразных продуктов смазки, но и обеспечивает лучшее заполнение полости формы вследствие снижения противодавления.
В результате появляется возможность устранить подкорковые раковины и усадочные дефекты на глубоких приливах и выступах, а также улучшить качество поверхности и четкость рельефа отливок.
В условиях вакуумирования можно получить отливки с толщиной стенок 0,7—0,8 мм из цинковых сплавов и 1,2—1,5 мм из алюминиевых или магниевых сплавов.
Уменьшение давления на металл позволяет увеличить габаритные размеры отливок без увеличения запирающего усилия машины.
Вакуум снижает продолжительность охлаждения отливок в форме и, следовательно, повышает производительность машин.
В настоящее время разработано большое число конструкций вакуумной оснастки для машин литья под давлением. Наилучшие результаты получают при помещении формы специальный вакуумный кожух (рис.127), так как в этом случае исключается подсос воздуха по плоскости разъёма.
|
|
|
Рис. 127. Вакуумное устройство к машине с горизонтальной камерой прессования: 1 — подвижной стол машины; 2 — подвижная плита камеры; 3, 4 — корпус камеры; 5 — вакуумный трубопровод; 6 — неподвижная плита камеры; 7 — неподвижный стол машины; 8 — камера сжатия; 9 — поворотная муфта; 10 — сменная втулка; 11 — неподвижный вкладыш формы; 12 — подвижный вкладыш формы; 13 — винт для перемещения корпуса камеры; 14 — плита толкателей; 15 — упорная плита толкателей; 16 — упор; 17 — резиновые прокладки |
Успешно осваиваются установки с ипользованием вакуумного всасывания для подачи жидкого металла в камеру прессования (рис. 128), позволяющие полностью автоматизировать весь цикл литья под давлением.
 |
Рис. 128. Схема установки для литья под давлением на машинах с вертикальной камерой прессования и заливкой жидкого металла методом вакуумного всасывания: 1 — подвижная половинка кожуха; 2 — форма: 3 — прокладка; 4 — неподвижная половинка кожуха; 5 — камера сжатия; 6 — крышка: 7 — прессующий плунжер; 8 — электрические контакты; 9 — шток; 10 — порция жидкого металла; 11 — станина машины; 12 — всасывающий штуцер; 13 — тигель раздаточной печи; 14, 16 — вакуумкраны; 15, 17 — соленоиды; 18 — втулка; 19 — штанга пятки: 20 — уплотнительные прокладки |
Вакуум должен применяться только в случае невозможности получения качественной отливки обычным способом литья под давлением. Выбор режимов вакуумирования зависит от конструкции отливки и сплава. Например, для цинковых и магниевых сплавов не рекомендуется создавать разрежение свыше 400 мм рт. ст., так как при высоком разрежении начинается активное испарение цинка и магния, которое приводит к образованию дополнительных газовых раковин.
Вакуумная система должна обеспечивать отсос газов из полости формы во время
заполнения. Объем откачиваемого воздуха более важен, чем степень достигаемого
вакуума.
Расчет каналов вакуумной системы предложен P. M. Калишем.
В первую очередь необходимо определить площадь поперечного сечения воздухоотводящих каналов. После закрытия формы газы в ее полости приобретают температуру формы и процесс удаления газов можно рассматривать как адиабатический без теплообмена с расплавленным металлом.
Площадь поперечного сечения щелевидных воздухоотводов определяется по формуле:
где V — объем газов, удаляемых из формы, который можно принять равным сумме объемов камеры прессования, литниковой системы и полости формы, в см3; lв — длина воздухоотводов в см; τ — время истечения газов, обычно принимаемое равным 1—2 сек; T — температура газов в форме в °К; Т0 — температура окружающей среды, Т0 = 273 + 20 = 293° К; p — давление в форме в кн/м2.
Давление p будет изменяться от максимального атмосферного до минимального. Поэтому в расчете рекомендуется использовать среднюю величину давления p = 50,5 кн/м2 (380 мм рт. ст.).
Например, для объема газов V = 100 смг при длине воздухоотводов lв = 5 мм = 0,5 см и времени истечения τ = 1,5 сек потребуется площадь воздухоотводов (tф= 180°С)
Диаметр трубопровода, соединяющего полость вакуумного кожуха и ресивера, определяется формулой
где lтр — длина трубопровода.
Для рассматриваемого примера при длине трубопровода lтр — 5 м = 500 см получим
Объем ресивера определяется по закону Бойля-Мариотта:
где p — заданное остаточное давление в форме в кн/м2.
Принимая остаточиое давление равным 1,33 кн/м2 (10 мм рт. ст.), находим минимальный объем ресивера с учетом объема воздуха в трубопроводе:
Округляем результат до 0,6 м3.
При вакуумированном литье под давлением большое значение имеет выбор места расположения воздухоотводящих каналов. В системах с удалением воздуха из кожуха воздухоотводы располагаются по плоскости разъема формы.
При использовании вакуумирования нецелесообразно уменьшать сечение питателя, что часто делается для облегчения отрезки литников, а наоборот, рекомендуется увеличивать площадь сечения впускного канала с целью уменьшения скорости потока и создания спокойного заполнения.
Исследования заливки образцов в обычных условиях и при вакуумировании полости формы, проведенные Л. И. Неверовым, позволили установить, что вакуум создает закритический режим истечения, характеризующийся наибольшим расходом газов через вентиляционные каналы.
Закономерности газового режима формы влияют на кинетику процесса заполнения формы расплавленным металлом.
На рис. 129 приведены осциллограммы, показывающие изменение скорости прессования, давления и температуры металла при заполнении формы сплавом АЛ2 в обычных условиях литья под давлением и с применением вакуума.
Сравнение осциллограмм показывает, что последовательность заполнения отдельных полостей остается примерно одинаковой. Вначале происходит одновременное заполнение свободной струей без значительного падения скорости прессования (участки mn на кривых 1 и участки с2с1 на кривых 2). В условиях вакуумирования наблюдается меньшее падение скорости на участке mn, чем при обычном литье под давлением.
 |
Рис. 129.Осциллограммы скорости прессования (1)—давлення (2) на металл в камере прессования и температуры металла (3): а — в обьмных условиях литья под давлением; б — с применением вакуума |
Заполнение формы заканчивается при максимальном давлении, определяемом точками с, а время заполнения соответствует промежутку между точками с2 и с1. Время заполнения при вакуумировании уменьшается, а величина конечного статического давления на металл возрастает.
Сочетание правильного выбора литниковой системы, расчетов гидродинамических и тепловых параметров и вакуумирования значительно повышает качество отливок, получаемых литьем под давлением.
