Литье под низким давлением алюминия

Сущность способа литья под низким давлением заключается в заполнении полости формы расплавом и затвердевании материала отливки под воздействием избыточного давления сухого воздуха.

Формообразование можно осуществлять в кокиле, песчаной или комбинированной форме(кокиль и песчаные или оболочковые стержни), а так же в керамической или оболочковой форме.

Технологическая схема литья под низким давлением представлена на рис.1, из которой видно что, если внутрь герметичной камеры «а» подать сжатый воздух, под давлением Ризб>Ратм, то за счет возникшего перепада давления, жидкий металл поднимается по металлопроводу 1 и заполнит форму 2 до уровня соответствующего Н=(Ризб.-Ратм.)/р.

Термин «низкое давление» используют потому, что для подъема расплава и заполнения формы требуется избыточное давление менее 0,1 МПа.

Низкое давление: 2 бар

Литье под низким давлением является хорошо известным литейным процессом. В частности, большинство алюминиевых колесных дисков изготавливают именно методом литья под низким давлением. В отличие от литья под высоким давлением этот способ применяет давления всего лишь около 2 бар.

Рисунок 1 – Схема технологии литья алюминия под низким давлением

Наполнение литейной формы ускоряют 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.

Литье автомобильных деталей под низким давлением

Литьем под низким давлением отливают, например, большие V-образные блоки цилиндров автомобильных двигателей из заэвтектических алюминиевых сплавов, а также головки цилиндров двигателей мотоциклов.

Рисунок 2 – Алюминиевая головка цилиндра,
отлитая методом литья под низким давлением

Рисунок 3 – Алюминиевый колесный диск фирмы BBС,
изготовленный методом литья под низким давлением

Рисунок 4 – Алюминиевый V-образный блок цилиндров,
отлитый методом литья под низким давлением

Машина для литья под низким давлением

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 %. Этот эффект показан на рисунках 5 и 6: при литье под давлением прибыльная часть намного меньше, чем при литье в кокиль.

Рисунок 5 – Алюминиевый колесный диск,
изготовленный литьем под низким давлением.
В центре ступицы видна небольшая прибыль.

Рисунок 6 – Алюминиевый колесный диск,
изготовленный литьем в кокиль.
В центре ступицы и на ободе видны большие прибыльные части.

Машина литья под низким давлением включает:

• 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.

Рисунок 7 – Машина для литья алюминиевых сплавов
под низким давлением с раздаточной печью

Машины литья под низким давлением KURTZ

Масса заливки: до 300 кг
Материалы:
— алюминиевые сплавы;
— б ронза;
— латунь.

Литье в кокиль и песчано-полимерные формы

Литье под низким давлением

Передовой метод заливки расплава, который позволяет существенно улучшить плотность отливки.

При таком способе заполнения формы расплав подается в литейную форму через нижнее отверстие и заполняет ее снизу вверх.

В процессе заполнения формы управляют скоростью заполнения, так чтобы избежать захвата воздуха и добиться равномерного потока расплава.

За счет давления до 1 атмосферы обеспечивается лучшее питание отливки в процессе кристаллизации.
Таким методом можно заполнять как песчано-полимерные синтез формы, так и кокиль.

Кокиль — металлическая литейная форма для серийного изготовления литых заготовок.
Он может иметь систему толкателей для автоматизированного извлечения литой заготовки и систему термостатирования для поддержания температурного режима.

Машина послойного синтеза ExOne S-max
​
Технология: PolyJet
Рабочая зона: 1800х1000х700 мм
Шаг построения: 0.2 мм
Материалы: песок с фурановыми связующими

​Производительность: до 2 тонн форм и стержней в сутки

Литейные синтез-формы

Литейные формы и стержни «выращивают» без ограничений по сложности геометрии в кратчайшие сроки на машине послойного синтеза.

Исходные данные — трехмерная компьютерная модель изделия, на ее основе проектируют литниково-питающую систему (ЛПС) согласно знаний о движения расплава и проливаемости.

Для подтверждения проводят компьютерное моделирование заливки расплава в форму, при этом учитываются основные параметры литейного процесса: марка металла, температура заливки, материал формы, газопроницаемость и пр.

Результат моделирования – визуальное и численное представление о плотности будущей литой заготовки, местах возможных дефектов и внутренних напряжениях.
По результатам компьютерного моделирования корректируют ЛПС так, чтобы добиться лучшего качества.

Следующий этап: проектирование частей литейной формы.

На основе компьютерной модели литой заготовки и ЛПС проектируют стержни (они сформируют полости в отливке) и внешние части формы.

Чтобы изготовить части формы и стержни используют технологию аддитивного производства.
Формы и стержни послойно синтезируются ("выращиваются") из песка, с помощью отвердителя, который наносит высокопроизводительная печатающая головка.

Затем части форм и стержни очищают, собирают и заполняют форму металлом.

Машина вакуумного литья с перепадом давления MPA 1000
​
Объем тигля: 10 л
Размеры отливки: до 400х400х450 мм
Температура: до 1200 °С

​Точное литье цветных металлов: алюминия, бронзы, латуни и т.п.

Вакуумное литье с перепадом давления

Применяют, когда необходимо получить точное литье алюминия, бронзы или латуни в короткие сроки.
Метод применим как для единичных изделий, так и для мелкосерийного производства.

Точность и повторяемость литья обеспечивают, применяя элементы цифрового производства: выжигаемые литейные модели создают на машине послойного синтеза (промышленном 3D-принтере).

Описание техпроцесса
В качестве литейных моделей могут использоваться:
— восковые выплавляемые модели;
— выжигаемые модели из полистирола, созданные на SLS-машине послойного синтеза;
— выжигаемые модели «QuickCast» построенные на SLA-машине;
— другие типы выжигаемых или выплавляемых моделей.

Формование
Литейные модели размещают на литниково-питающей системе, с учетом проливаемости, необходимого питания металлом, локализации усадочных эффектов и других особенностей литейного процесса, так получают модельный блок.
В опоку помещают модельный блок и в вакууме заполняют ее формомассой на основе гипсодинасовой смеси, она обеспечивает повторяемость поверхности с высокой точностью.
Опоку термообрабатывают, так из нее удаляется влага и набирается высокая прочность.

Заливка металла
Плавка и заливка проводится в вакуумной машине литья с перепадом давления: опока размещается в нижней части машины, а в тигель (емкость для плавки металла) в верхней части закладывают металл, затем обе камеры вакуумируют.
Металл расплавляется с помощью индуктора, установленного вокруг тигля. Температуру расплава постоянно контролируют встроенной термопарой непосредственно в расплаве до достижения температуры заливки.
Существенное преимущество: плавку можно проводить не только в вакууме, но и в среде защитного газа, это позволяет получить более точное соответствие химическому составу сплава.
По достижении температуры заливки, расплав сливают в форму через отверстие в дне тигля.
Сразу после заливки расплавленный металл дополнительно «поддавливают» инертным газом для лучшей проливаемости и повышения плотности отливки.
После завершения кристаллизации металла в форме, ее размывают с помощью воды под высоким давленым.
Отливки отрезают от литниково-питающей системы и зачищают места литников и поводят пескоструйную обработку поверхности.

Применение аддитивных технологий в литье позволяет сократить трудозатраты и расходы на дальнейшую обработку, поскольку можно изготавливать литые заготовки с минимальными припусками не механическую обработку.