Литье под давлением алюминиевых сплавов

Литье под давлением является самым производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации в серийном и массовом производстве.

Процесс литья заключается в заливке расплавленного металла в камеру сжатия машины и последующем выталкивании его через литниковую систему в полость металлической формы, которая заполняется под давлением. Заполнение полости происходит при высокой скорости впуска металла, которая обеспечивает высокую кинетическую энергию, поступающего в форму металла:

где m — масса расплавленного металла, v — скорость металла,

p — давление, g_m — удельная масса металла.

Энергия движения струи при резком замедлении ее скорости в форме до нуля частично переходит в тепловую энергию, повышающую температуру металла в его жидкотекучестъ и создает гидродинамическое давление на стенку формы:

Скорость выпуска при литье под давлением в зависимости от типа отливки и сплава может быть в пределах от 0,5 до 120 м/с. Различают три способа литья под давлением.

1. Литье с низкими скоростями впуска (0,5-2,5 м/с), обеспечивающее заполнение формы сплошным ламинарным потоком. Применяют этот способ для изготовления толстостенных отливок из алюминиевых сплавов и латуней.

2. Литье со средними скоростями впуска (2-15 м/с), обеспечивающее турбулентное движение расплавленного металла, при котором в результате срыв струй захватываются в поток металла пузырьки воздуха, оттесняемые затвердевающим сплавом к середине отливки. Это создает воздушную пористость, которую удалить почти невозможно, но можно уменьшить под действием высокого давления. Изготовляют при этом отливки средней сложности.

3. Литье с высокими скоростями впуска (более 30 м/с), обеспечивает заполнение только в режиме турбулентного течения истока расплава, но и со значительным его распылением, результатом которого является еще больший объем захваченного в полость отливки воздуха, для уменьшения воздушной пористости и в этом случае создают высокое давление [до 500МПа(н/мм 2 )] Этот способ применяют для тонкостенных отливок сложной конфигурации.

Для литья под давлением применяют литейные машины с горячей и холодной камерой прессования.

Машины с горячей камерой прессования применяют для отливок, материал которых имеет температуру плавления не более 450°С. Схема процесса литья на машине с горячей камерой прессования представлена на рис.10.

Рис. 10. Схема литья под давлением на машине с горячей камерой прессования.

Камера сжатия такой машины погружена всегда в расплав металла, а при поднятии вверх прессующего поршня заполняется расплавом и при рабочем ходе (вниз) прессующего поршня расплав из камеры сжатия вытесняется в рабочую полость литейной формы. После охлаждения отливки форму раскрывают и отливку из нее при этом удаляют.

Машины для литья под давлением с холодное камерой прессования применяет для отливок, материал которых имеет температуру плавления 450°С. В производстве применяют машины с вертикальной и горизонтальной камерой прессованиям Использование машин с горизонтальной камерой прессования предпочтительнее, так как в них меньше потери тепла, давления и металла из-за более короткой литниковой системы. Схема процесса литья на машине с горизонтальной камерой прессования представлена на рис.11.

Рис. 11. Схема литья под давлением на машине с холодной горизонтальной камерой прессования;

С помощью мерного ковша расплав заливают в камеру сжатия, откуда прессующий поршень вытесняет его в рабочую полость формы. Здесь расплав остывает и затем при раскрытии формы отливка автоматически удаляется из формы. Для поддержания температуры формы на определенном уровне (предупреждения перегрева) в форме предусмотрено охлаждение водой с помощью специальных каналов.

Требования и литейным сплавам для литья под давлением:

1. Достаточная прочность при высоких температурах, чтобы отливка не ломалась при выталкивании.

2. Минимальная усадка.

3. Высокая жидкотекучесть при небольшом перегреве.

4. Небольшой интервал кристаллизации

5. Этим требованиям удовлетворяют сплавы на основе цинка, алюминия, магния и меди.

Основными факторами, определяющими выбор того или иного способа литья под давлением (в зависимости от скорости впуска) и сплава является конфигурация отливки и требования к качеству.

1. При литье под давлением получают высокое качество отливок. Достижимая точность: 9-11 квалитет по размерам, получаемым в одной части литейной формы и 11-12 квалитет по размерам, получаемым в двух частях формы. Точность зависит от точности изготовления формы, обычно форму изготовляют на 1-2 квалитета точнее детали. Выше указана экономически достижимая в производстве точность.

2. Шероховатость поверхности отливки зависит от шероховатости поверхности рабочей поверхности формы, продолжительности ее эксплуатации и материала отливки. Обычно рабочую поверхность формы полируют (при этом достигают параметр R_a=0,16 мкм). При литье до 500 отливок получают шероховатость поверхности R_a=1,25-0,63 мкм — для отливок из цинковых сплавов. R_a =2,5-1,25 мкм — для отливок из алюминиевых сплавов и R_a =2,5- R_z мкм — для медных сплавов, а при изготовлении 10000 отливок соответственно получают R_a =2,5-1,25 мкм, R_a =2.5 — R_z =20 мкм, Rz = 160-80 мкм.

3. При питье под давлением механические свойства неравномерны по толщине отливки и отличаются в лучшую сторону по сравнению с этими свойствами отливок полученных другим способом. При быстром охлаждении у отливок образуется литейная корочка с мелкозернистой структурой, толщина которой не более 1-1-1,5мм. Поэтому тонкостенные отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенную прочность (на 20-30%).

4. Важным показателем качества является пористость, вскрываемая при механической обработке и являющаяся причиной брака. Так как пористость всегда имеет место при литье сложных тонкостенных деталей, то необходимо применять конструктивные меры для предупреждения вскрытия пор. В этом случае для уменьшения влияния воздушной пористости на качество необходимо устранять механическую обработку отливок, предусматривать отливку отверстий. А при необходимости механообработки назначать припуск не более 0,5 мм.

Особенностью конструкции отливок при литье под давлением является наличие приливов для выталкивателей. Приливы для выталкивателей создают в тонкостенных отливках со стороны подвижной части формы для предупреждения деформации и прокола отливок выталкивателями.

Технологические требования к конструкции отливок

Одними из основных параметров, определяющих технологические требования к конструкции отливок, являются литейные свойства сплавов.

Эти свойства определяют следующее основные требования:

На заводе «РОСАЛ» используются несколько технологий, которые хорошо зарекомендовали себя в производстве алюминиевых сплавов по всей России. Они позволяют нам получать как единичные отливки, так и наладить серийный выпуск деталей из алюминия под заказ.

Литьё алюминия и алюминиевых сплавов в кокиль

Кокиль представляет собой форму многоразового использования (до 10 000 заливок) и идеально подходит для организации серийного и крупносерийного производства. Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, установка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление готовой отливки.

Общие требования к отливкам, получаемых в кокилях, — это обтекаемая конфигурация без острых углов, резких переходов от одной поверхности к другой, без высоких ребер и выступов, глубоких отверстий и карманов.

• Минимально допустимая толщина стенок алюминиевых отливок – 3 мм;
• Масса производимых алюминиевых отливок – от 20 г до 50 кг;
• Шероховатость поверхности отливок согласно ГОСТ 2789-73 Ra = 4 — 20 мкм;
• Класс точности получаемых алюминиевых отливок по ГОСТ Р 53464-2009 : 6-10.

Литье алюминия и сплавов алюминия под давлением

Литье под давлением позволяет получать тонкостенные отливки различной формы и конфигурации с качественным рельефом поверхности практически не требующим механической обработки. Высокая скорость теплоотдачи от отливки к пресс-форме обусловливает необходимость быстрого заполнения (менее 0,1 с.) последней. Такое заполнение обеспечивают специальные литейные машины А711А08, которыми оснащено производство «РОСАЛ». В данных машинах залитый в камеру прессования расплав алюминия под большим давлением (30…100 мн.) и с высокой скоростью (до 100 м/с.) запрессовывается в пресс-форму. Высокие скорости впускного потока способствуют качественному оформлению рельефа отливки.

• Минимальная допустимая толщина стенок алюминиевых отливок – 0,8-1,2 мм;
• Масса производимых алюминиевых отливок – от 5 г до 12 кг;
• Шероховатость поверхности отливок согласно ГОСТ 2789-73 Ra = 3,2-10 мкм;
• Класс точности получаемых алюминиевых отливок по ГОСТ Р 53464-2009 : 3-8.

На нашем производстве мы используем различные сплавы алюминия, каждый из которых обладает своими особенными характеристиками и требует соблюдения определённых правил литья. Сплавы на основе алюминия представляют собой сложные системы из двух и более металлов. В алюминиевых сплавах может присутствовать кремний, медь, магний, цинк. Ниже указаны примеры сплавов алюминия, которые могут использоваться для производства разных деталей:

Сплав – система алюминий-магний: АМг6л, АМг7 (АЛ29);
Сплав – система алюминий-кремний-магний: АК7, АК12, АК7ч (АЛ9), АК8л, АК9ч;
Сплав – система алюминий-медь-магний: Д16 (дюралюминий);
Сплав – система алюминий-кремний-медь: АК5М, АК6М2;
Сплав – система алюминий-медь: АМ5 (АЛ5);

Возможно изготовление изделий из сплавов алюминия, предложенных заказчиком. Для моделирования литейных процессов используются программы SolidWorks и Pro/ENGINEER. Отливки запускаются в производство только после получения результатов моделирования, подтверждающих, что разработанная литейная технология гарантирует отсутствие каких-либо литейных дефектов.

Для литья применяются алюминиевые сплавы в чушках с гарантированным химическим составом ГОСТ 11069-2001, ГОСТ 1583-93; Во время плавления сплавов алюминия производится очистка специальными флюсами, рафинирование спец присадками, и осуществляется продувка инертным газом. Основные процессы производственного цикла литья автоматизированы, что исключает ошибки ручного производства.

П роцесс литья алюминия в значительной степени отличается от методов литья стали и чугуна и характеризуется рядом особенностей, требующих повышенного внимания на всех этапах производственного процесса. Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую жидкотекучесть и низкую температуру плавления (в интервале 600 – 700˚С), но процесс литья является довольно трудоемким и часто сопровождается рядом трудностей.

В ходе плавки, при несоблюдении технологического процесса, возможно возникновение множества проблем, присущих алюминиевым сплавам. Металл может насыщаться газами при контакте с воздухом, загрязняться вредными примесями, например железом, при излишнем контакте со стальным неокрашенным инструментом или ковшами. Недопустимо использование чугунных и стальных тиглей. Все это приведет к появлению дефектов алюминиевого литья – пористости, скрытых или видимых раковин, а также к значительному снижению механических свойств изделий: временного сопротивления разрыву, твердости, относительного удлинения и др.

• — литье для нефтегазовой промышленности (корпуса, фланцы, патрубки, крышки);
• — литье для военной промышленности (корпуса турбин, крыльчатки, крышки, кронштейны, корпусное литье);
• — литье для электротехнической промышленности (кронштейны, распорки, корпуса);
• — отливки для автомобильной промышленности;
• — отливки для приборостроения;
• — литые изделия для народного потребления.

К райне важным является контроль химического состава используемых алюминиевых сплавов. Мы используем только марочные сплавы от проверенного производителя, каждая партия алюминиевой чушки проверяется на соответствие химического состава требованиям ГОСТ 1583-93 (алюминиевые литейные сплавы). В случае необходимости, например, по требованию заказчика, возможно приготовление определенного сплава на заказ.

Д ля получения качественного металла, улучшения физических свойств литья и микроструктуры при плавке применяются специальные флюсы и вводятся модификаторы, позволяющие получить мелкозернистую структуру.

А люминиевые отливки на нашем предприятии изготавливаются четырьмя основными способами.

1) Литье в ХТС (холодно-твердеющие смеси) – самый распространенный способ, обладающий рядом преимуществ. Используется при производстве отливок различной сложности и, обычно, при небольшой их серийности. Максимальная масса одной отливки из алюминия – до 150 кг. Холодно-твердеющие смеси характеризуются хорошей газопроницаемостью, в то же время обладают необходимой прочностью и идеальным качеством поверхности, что позволяет минимизировать припуски на механическую обработку изделий, получать чистую поверхность отливки с наилучшей шероховатостью. В случае необходимости, форма конструируется с применением экзотермических прибылей, позволяющих контролировать скорость и направление затвердевания жидкого металла, исключая вероятность появления в отливке дефектов усадочного характера (раковин и пор). Модельная оснастка проектируется специалистами нашего предприятия на собственном оборудовании (станки с ЧПУ), что позволяет получать модели любого размера и уровня сложности с максимальной размерной точностью и идеальным качеством поверхности.

2) Литье алюминия под давлением (ЛПД) – данный метод применяется для мелкого алюминиевого литья, от нескольких грамм, до 2-3 кг, обычно, при очень большой серийности (тысячи отливок). Используемое оборудование – машины литья под давлением. Пресс-формы для отливок разрабатываются и изготавливаются на нашем предприятии на ЧПУ станках.

Полный технологический цикл, от чертежа до детали:

1. 1. Проектирование и производство модельной оснастки.
2. 2. Литье заготовок.
3. 3. Механическая обработка.

В результате вы получаете алюминиевое литье под заказ от производителя. Цена литых изделий — от 450 руб./кг (стоимость зависит от сложности изделий и серийности заказа).

3 ) Литье алюминиевых сплавов в кокиль – в этом случае для производства отливки проектируется и изготавливается металлическая многоразовая форма – кокиль. Способ обычно применяется или для сложных изделий, когда невозможно получить их качественными другим методом литья, или в случае большой серийности (например, сотни отливок) как для простых, так и для сложных заготовок.

4) Литье в ПГС (песчано-глинистые смеси) — это более дешевый метод литья, в сравнении с заливкой в ХТС, поскольку песчаная смесь, используемая для изготовления литейной формы, не является одноразовой и используется многократно. Данный способ обычно используют для простых изделий неответственного назначения, поскольку обратной стороной возможности удешевления производственного процесса является большая вероятность возникновения в отливке таких дефектов как пористость и раковины, пригар на поверхности, низкая размерная точность и пр.

П о требованию заказчика проводится термическая обработка отливок (в большинстве случаев закалка и старение). Современная технологичная термическая печь позволяет регулировать температуру с точностью до 1˚С, а также дает минимальный разброс температур по рабочему пространству (не более 5 ˚С), что является необходимым условием при термообработке алюминиевых сплавов.

Н а данный момент мы изготавливаем изделия различного назначения и конфигурации и предлагаем заказчику перечень работ, от разработки чертежа отливки и технологии литья, до производства модельной оснастки и готовых отливок.

П роизводство алюминиевого литья — сложный и трудоемкий процесс. Заказать отливки из алюминия вы можете на нашем предприятии — мы готовы предложить вам качественный товар по доступной цене !

О пыт, накопленный специалистами нашего предприятия, позволяет получать сложнейшие отливки, соответствующие не только нормативным техническим документам, но и дополнительным, повышенным требованиям заказчика.

Вы можете заказать любое алюминиевое литье по чертежу.

Масса отливок: от 50 грамм до 150 кг.

Минимальный заказ — от 300 кг/партия.

Производство расположено в г. Липецке и г. Воронеже.

Н екоторые изделия были получены на нашем предприятии впервые и являются уникальными (например, удалось достигнуть минимальной толщины стенки алюминиевых отливок при литье по ХТС — 2.5мм).

П римеры отливок вы можете видеть на этой странице.