Технология литья под давлением

Усадочные раковины имеют острые углы и образуются в наиболее массивных частях отливки и местах резкого перехода от тонких к толстым. Так как усадочные раковины заполняются газами, то имеют гладкую матовую поверхность, трудно отличимую от поверхности газовых раковин, но в них нередко обнаруживаются дендриты.

Причиной возникновения усадочных раковин является раннее затвердевание питателя или тонкостенного участка на пути потока металла перед утолщением отливки. Предупреждение образования этого дефекта обеспечивает утолщение питателя или изменение конструкции литой детали. Повышать температуру заливки не рекомендуется. Целесообразнее увеличивать скорость потока расплава путем увеличения скорости прессования при некотором повышении температуры пресс-формы и усилия подпрессовки.

Усадочная пористость может возникать как в утолщенной части отливки, так и в тонкой, особенно если пресс-форма на этом участке перегрета. Этот вид пористости также весьма трудно отличить от газовой пористости по внешнему виду, поэтому изучают характер распределения пор по сечениям отливки. Скопление усадочных нор образует рыхлоту, которая воспроизводится на рентгеновских снимках белыми пятнами. Места их расположения совпадают с местными утолщениями. Их легче удалить подпрессовкой, чем газовую пористость, их появление в меньшей степени зависит от величины гидравлического удара. В целях предупреждения образования усадочной пористости обеспечивают направленное затвердевание и плавные переходы от толстых сечений отливки к тонким, выравнивают толщину стенок отливки и увеличивают усилие подиресеовки.

Неслитины могут быть наружными и внутренними. Наружные представляют собой углубления, возникшие между двумя или несколькими неснлавившимися потоками расплава. Их глубина 0,3 - 1,0 мм. Внутренние неслитины - это разрывы в теле отливки без нарушения поверхностного слоя. Неслитины обнаруживаются наружным осмотром, простукиванием (появление глухого звука), на микрошлифах, при механических испытаниях и испытаниях герметичности.

Причинами образования неслитин являются преждевременное охлаждение и затвердевание, металла передних участков, встречных потоков, а также противодавление воздуха и газообразных продуктов сгорания смазочного материала в полости пресс-формы.

Устранение неслитен достигается увеличением скорости впускного потока, изменением конструкции литниковой системы с целью ликвидации встречных потоков, увеличения темпа работы, усилия подпрессовки, а также применением смазочного материала.

Трещины бывают сквозными и несквозными, горячими и холодными. Обычно при литье под давлением несквозные трещины образуются в эффективном интервале кристаллизации. Они располагаются в местах резкого перехода от толстых сечений отливок к тонким, во внутренних углах и других местах концентраций напряжений при недостаточной подпрессовке. Одним из основных средств борьбы с горячими трещинами является сокращение времени выдержки между температурой солидуса и температурой удаления отливки из пресс-формы. Холодные трещины возникают в пластическом состоянии металла вследствие неподатливости металлических стержней и при затрудненной усадке отливки на выступах пресс-формы. Для предупреждения дефекта следует повышать температуру стержней и выступающих элементов пресс-формы, обеспечивать равномерность выталкивания и легкость съема отливки. Сквозные трещины могут возникать при чрезмерной пористости и несовершенстве конструкции отливки.

Дефекты поверхности. Хорошая поверхность отливки в общем случае не является показателем качества всей отливки. Если для борьбы с пористостью увеличивают продолжительность заполнения полости пресс-формы, что позволяет удалить воздух и газы, то для получения качественной поверхности, наоборот, приходится увеличивать скорость потока и сокращать продолжительность заполнения полости пресс-формы при одновременном повышении ее температуры, например, путем увеличения темпа работы. Это следует учитывать при выборе оптимальных значений параметров технологических режимов литья.

К дефектам поверхности относятся задиры, возникающие вследствие привара, иногда к ним причисляют и утолщенный облой по плоскости разъема пресс-формы [3].

1.3 Проектирование пресс-формы литье под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования поршнем

1.3.1 Конструирование деталей пресс-формы

Изготовление литейного пресс-поршня будем из латуни марки

Рисунок 6 - Поршень для литья под делением с холодной горизонтальной камерой прессования поршнем



Рисунок 7 - Кокиль для поршня литья под делением с холодной горизонтальной камерой прессования поршнем

Рисунок 8 - Кокиль с поршнем для литья под делением с холодной горизонтальной камерой прессования поршнем

1.3.2 Материал изготовления пресс-формы

В настоящее время для изготовления пресс-форм применяется очень много новых материалов. Анализ применяемых материалов показывает следующее.

1. В зарубежной и отечественной промышленности применяют преимущественно хромовольфрамованадиевые и хромомолибденованадиевые стали.

2. При изготовлении отливок из латуни и бронзы в зарубежной и отечественной промышленности для изготовления вкладышей пресс-форм применяется преимущественно сталь марки ЗХ2В8Ф или эта же сталь, но с дополнительным легированием кобальтом от 2 до 5%, а в некоторых случаях с добавкой никеля до 3%.

3. При изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов в зарубежной промышленности применяются хромомолибденованадиевые стали типа 4Х5МФС и 4Х5МФ1С, а в отечественной - хромовольфрамованадиевые [3].

В послевоенные годы в отечественной и зарубежной промышленности развернулись широкие поисковые работы по выбору более стойких материалов для деталей пресс-форм, используемых при литье алюминиевых сплавов и особенно при изготовлении отливок из высокотемпературных сплавов на основе меди и железа.

Проводятся в направлении повышения легироваиности сталей, опробования различных мартенсито-стареющих сталей, аустенитных, ферритных, новых жаропрочных сплавов на основе никеля и кобальта и особенное внимание уделяется сплавам на основе тугоплавких металлов.

Сплавы на основе меди. Как указывалось ранее, чистая медь является весьма термостойким материалом, что доказано применением ее для кристаллизаторов при непрерывной разливке стали также применением ее в качестве стволов для пушек в первый период их применения.

При освоении литья стали под давлением было изготовлено более 100 пресс-форм с вкладышами из чистой меди. Стойкость таких вкладышей была выше, чем из стали ЗХ2В8Ф, но на отливках возникал большой облой вследствие Смятия пресс-форм. Поэтому применение чистой меди для изготовления вкладышей пресс-форм нецелесообразно, но в некоторых случаях, где смятие не может возникнуть или облой удаляется во время механической обработки, может быть использована и чистая медь.

Сплав МХЦВ - хромо-цирконий-ванадиевая бронза разработана Гипроцветметом.

Отработка велась совместно с заводом «Красный Выборжец» и автором (авт. свид.№ 185068). Химический состав сплава (в %): 0,50 - 0,80 Сг; 0,20 - 0,50 Zr; 0,20 - 0,60 V; 0,35 примесей, остальное Сu.

Физико-механические свойства сплава МХЦВ в Зависимости от температуры. Вследствие высокой теплопроводности сплава температура. Сплав МХЦВ очень технологичный на всех операциях изготовления заготовок и при эксплуатации пресс-формы [1].

1.4 Причины разрушения пресс-формы

1.4.1 Термическая усталость пресс-форм

Термическая усталость материалов - это сложное явление, проявляющееся в виде сетки трещин на металлических изделиях, работающих при циклически изменяющихся температурах и напряжениях. В таких условиях работают орудийные стволы, изложницы, штампы и т. д., а также пресс-формы для литья под давлением. Описание появления и развития сетки разгара от термической усталости впервые произведено Д. К Черновым. Применительно к пресс-форма явление возникновения и развития сетки трещин происходит следующим образом. Вначале на полированной частично окисленной рабочей поверхности появляются мелкие пересекающиеся между собой трещинки, разбросанные по разным направлениям. По мере увеличения числа циклов теплосмен на поверхности образуются замкнутые петли, величина и рисунок которых весьма разнообразны. При дальнейшем увеличении циклов теплосмен глубина и ширина трещин увеличивается. При заливке жидкого металла под давлением на поверхности отливок образуются заливы, размеры и форма которых зависят от природы материал ' вкладышей.

Термическая усталость представляет сложное еще недостаточно изученное явление. О природе разрушения материалов от термической усталости существуют различные теории: истирания, наклепа, дислокаций и др. В последние годы большинство авторов предпочитают объяснять разрушение от термической усталости дислокациями, которые концентрируются у границ зерен и других барьеров, образуя зародыш трещины, затем около нее концентрируются напряжения, что способствует дальнейшему ее росту. Дислокации действительно играют большую роль в разрушении поверхности вкладышей пресс-форм.

Однако объяснение разрушения материалов от термической усталости только дислокациями не соответствует экспериментальным данным. Очевидно разрушение будет иметь место в том случае, если возникающие температурные напряжения (при отсутствии механических усилий) превзойдут истинное сопротивление материала в данном месте. Разрушение деталей обычно происходит через какое-то число циклов теплосмен. В начале работы истинное сопротивление разрыву, а затем в процессе циклирования пластичность и прочность материала снижаются и наступает момент, когда приведет к появлению микротрещин. Это произойдет из-за охрупчивания материала.

Таким образом, охрупчивание материала при циклическом воздействии температуры вызывается многими процессами: окислением поверхности, скоплением вакансий и выходом их на поверхность, старением, диффузией, поглощением водорода и других газов поверхностью пресс-формы и т. д.

Факторы, влияющие на термостойкость материалов, можно разделить на три группы.

К группе I относятся температурные параметры: число предшествующих теплосмен, интервал температурного цикла, область- температурного цикла, форма температурного цикла, скорость нагрева и охлаждения, продолжительность выдержки при нижней и верхней температурах цикла, среда нагрева и охлаждения и т. д. К группе II -- структурные, физико-химические и физико-механические характеристики материалов, фазовый и химический составы, величина зерна и т. п., а также их изменение при температурном воздействии. К группе III -- геометрические факторы и размеры образцов и изделий. Критерием оценки термостойкости материалов обычно является число циклов теплосмен или, что то же самое, количество запрессовок жидкого металла в пресс-форму до появления сетки разгара или до ее допустимой величины [1].

1.4.2 Термостойкость пресс-форм

На рабочей поверхности вкладышей пресс-форм наблюдается сетка разгара или трещины. Причиной появления трещин являются не только термическая усталость, но и некачественный материал заготовок, в котором могли быть волосовинные трещины, возникшие при механической обработке и т. д. Такие трещины выявляются при первых же запрессовках жидкого металла или на ранней стадии эксплуатации пресс-форм. Трещины, возникающие вследствие термической усталости, выявляются на более поздних стадиях эксплуатации пресс-форм.

Из-за сетки разгара и трещин при литье алюминиевых сплавов брак пресс-форм составлял 43%. При литье латуни он будет еще больше. Поэтому во всех экспериментальных работах по изучению стойкости пресс-форм .практически определяется не стойкость, а термостойкость.

Эксперименты по изучению термостойкости и стойкости пресс-формы при литье алюминиевых сплавов АЛ2 производимые В. Б. Шульман показывают, что азотирование и сульфоцианирование снижают термостойкость пресс-форм, а фосфатирование повышает. Причиной снижения термостойкости является образование хрупких фаз; повышение стойкости при фосфатировании, очевидно, происходит вследствие предохранения поверхности от окисления [1].

1.4.3 Необратимые формоизменения пресс-форм

Все тела при нагревании изменяют свои размеры вследствие нелинейности межатомной связи. При возвращении к исходной температуре параметры решетки принимают прежние значения. Однако в реальном теле могут произойти физические явления, не обладающие обратимостью, и может появиться остающееся формоизменение. По опытным данным различных авторов изменение размеров составляет примерно около 1% за цикл от теплового расширения.

Процесс необратимого формоизменения твердых тел, вызванный повторными теплосменами, называют ростом, а изменение за один цикл -- коэффициентом роста. Явление роста рассматривают как результат напряжений, созданных неодинаковым расширением прилегающих макро- и микрообластей материала; релаксация напряжений сопровождается пластической деформацией, которая и приводит к изменению размеров тела.

Формоизменение в пресс-формах -- явление еще более сложное и проявляется в виде смятия, роста, коробления и пластического перемещения металла (вымоины, вмятины). Формоизменения пресс-форм при циклических нагревах и охлаждениях-- чрезмерно сложное и совершенно не изученное явление.

Формоизменение особенно интенсивно проявляется при изготовлении отливок из сплавов на основе меди и железа.

Смятие вкладыша пресс-форм и схематическое изображение смятия в стыках вкладыш--вкладыш,, острого угла, омываемого жидким металлом, бобышки и толкателей. Процесс смятия условно разбит на три этапа: I -- состояние перед началом работы; II -- рост металла на поверхности пресс- формы до появления смятия; III -- смятие с появлением облоя на отливке или изменение формы. Зазор перед началом работы должен быть максимально допустимым (в него не должен затекать жидкий металл), так как это увеличивает количество циклов работы пресс-формы до появления облоя. При увеличении циклов работы происходит рост металла, а затем наступает момент, когда половинки вкладышей пресс-форм сомкнутся и при наличии пластической деформации появится смятие, которое постепенно увеличивается вплоть до того, что в зазор под давлением начинает затекать жидкий металл и на отливках появляется облой. Процесс смятия при этом происходит быстрее. При повышении температуры заливаемого металла скорость смятия увеличивается.

Острый угол деталей пресс-форм, омываемый жидким металлом, в процессе работы теряет свою форму. Причиной этого явления может быть пластическая деформация или гидродинамический унос металла. Выступы (бобышки), образующие внутреннюю полость, и выталкиватели также теряют свою форму, приближаясь к шарообразной и образуя залив на поверхности отливок.

В связи с тем, что поверхность пресс-форм нагревается с одной стороны, рост в них проявляется редко. Стержни же, нагревающиеся по всей окружности, иногда увеличиваются по длине, но уменьшаются при этом в диаметре. Иногда стержни принимают бочкообразную форму, увеличиваясь в диаметре.

Коробление наблюдается как отдельных выступающих частей, так и всего вкладыша и даже блока, особенно по разъему. Все дефекты, в том числе и коробление, проявляются тем интенсивнее, чем выше температура заливаемого металла. Вымоины и вмятины возникают из-за течения пластической деформации и гидродинамического уноса [9].

1.4.4 Износостойкость пресс-форм

Под износом пресс-формы в широком смысле следует понимать изменение чистоты рабочей полости и соответственно чистоты поверхности получаемых отливок. Существует много различных теорий износа: механическая, физическая и химико-физическая, химико-механическая, молекулярная и др.

Износ рабочей полости пресс-форм и металлопроводов по сравнению с обычным износом явление более сложное, так как трение здесь происходит при соприкосновении их с жидким металлом при больших скоростях, гидродинамических ударах и при высоком конечном удельном давлении. Кроме того, действуют и другие факторы.

При увеличении числа циклов теплосмен класс чистоты поверхности понижается и при каком-то цикле он достигнет уровня технических требований на отливку. Это число циклов теплосмен и является износостойкостью пресс-формы.

Теоретически определить коэффициент износа из-за влияния большого количества факторов пока не представляется возможным. Его можно определить только на основании опыта применительно к конкретным условиям работы пресс-форм.

Истирание (трение, смятие), химическое взаимодействие (коррозия, химические реакции), диффузия, дислокации, вакансии и т. д. имеют место на всей рабочей поверхности, а кавитация, эрозия, гидродинамический унос, пластическое течение металла и частичная диффузия наблюдаются только в отдельных местах.

Износу трением, приводящему к задирам на трущихся поверхностях, особенно сильно подвержены пары: наконечник - стакан и стержень - отливка. При износе от действия струи жидкого металла, содержащего твердые частицы металла, также возникают задиры на рабочей полости пресс-форм. Брак по задирам стаканов и наконечников составляет при литье алюминия 86%.

Износ смятием Ребиндер рассматривает как адсорбционное и адсорбционно-химическое действие смазки. При этом он указывает:

1. упругие и пластические деформации микронеровностей и пластическое течение в тонких поверхностных слоях приводят к пластическому износу - изменению размеров трущихся тел без заметного разрушения их поверхности;

2. повторные микропластические деформации при периодических встречах приводят к усталостному разрушению;

3. изменение механических и физических свойств поверхностных слоев металла может существенно сказаться на характере и интенсивности износа и при наличии смазки.

Повышение износостойкости стержней и вкладышей пресс-форм производится за счет применения следующих основных мероприятий:

1. использования в качестве материалов для изготовления стержней и вкладышей пресс-форм сплавов на основе тугоплавких материалов -- молибдена и вольфрама;

2. применения более высоколегированных сталей;

3. применения химико-термической и химической обработок;

4. охлаждения стержней и пресс-форм.

При изготовление отливок из алюминиевых сплавов для повышения износостойкости стержней прибегают к химико-термической или химической обработки [1].

1.4.5 Ремонт пресс-формы

Ремонт пресс-форм. Используемые в литейном цехе пресс-формы требуют постоянного ухода. Различают текущий, профилактический и капитальный виды ремонта пресс-форм. Текущий ремонт включает замену изношенных деталей, тщательную очисти и смазывание движущихся частей и механизмов. Профилактический ремонт проводят при смене пресс-формы. Он включает ее разборку, очистку от частиц расплава и нагара смазочного материала, замену изношенных деталей, шлифовку рабочих полостей пресс-формы и плоскости разъема с сохранением требуемой геометрии ее рабочей полости и сборку. Профилактические ремонты позволяют в 1,3 - 1,5 раза увеличить срок службы пресс-формы до капитального ремонта. Капитальный ремонт включает замену центрирующих деталей, формообразующих вкладышей и стержней, выталкивателей и других деталей.

Пресс-формы хранят в закрытом состоянии в сухом помещении в комплексе с запчастями и двумя-тремя отливками последней партии. Пресс-формы должны быть тщательно смазанными [4].

1.5 Пути повышения стойкости пресс-формы

Основные методы повышения стойкости.

Наиболее эффективными и более доступными для внедрения на каждом предприятии, являются следующие мероприятия.

1.5.1 Конструкционные методы повышения стойкости пресс-формы

1. Применение хромомолибденованадиевых сталей для изготовления вкладышей пресс-форм.

Хромомолибденованадиевые стали, типа ЗХ5МФС, 38Х5МФС, 4Х5МФС и др. не внесены в ГОСТ 5950 - 63 на инструментальные стали, что затрудняет их получение и внедрение в качестве материала для вкладышей пресс-форм и других деталей, соприкасающихся с жидким металлом. Например, при литье алюминиевых сплавов стойкость стали ЗХ5МФС выше стойкости стали ЗХ2В8Ф. В настоящее время назрела необходимость внесения хромомолибденованадиевых сталей в ГОСТ и широкого использования их в качестве материалов для вкладышей пресс-форм. Сталь ЗХ5МФС рекомендуется применять для вкладышей, от которых требуется повышенная термостойкость, а сталь 38Х5МФС для вкладышей, от которых требуется повышенная износостойкость.

2. Применение мартенсито-стареющих сталей для изготовления вкладышей пресс-форм.

В США и ФРГ внедряются в производство мартенсито-стареющие стали, которые по их данным обладают стойкостью в несколько раз более высокой, чем стойкость пресс-форм, изготовленных из сталей ЗХ2В8Ф и др.

Это мероприятие также подлежит тщательной проверке и при положительных результатах внедрению в производство [1].

Патент, поршень для машины для литья под давлением с холодной камерой прессования [10]

Поршень для машины литья под давлением с холодной камерой прессования содержит корпус и по меньшей мере один уплотняющий поясок, установленный вокруг корпуса. Уплотняющий поясок имеет разрез или разрыв, позволяющий устанавливать поясок на корпусе поршня. Корпус и поясок снабжены соединительными средствами для одновременного запирания пояска относительно корпуса в осевом и угловом направлениях. В каждом уплотняющем пояске выполнено по меньшей мере два отверстия, с которыми зацеплены соответствующие радиальные выступы, отходящие от корпуса поршня. Достигается повышение надежности крепления уплотнительного пояска.

Настоящее изобретение относится к машинам для литья под давлением и, в частности, к поршню пресса для литья под давлением с холодной камерой прессования.

В машинах для литья под давлением с холодной камерой прессования известно применение поршней впрыска со стальным или медным корпусом и по меньшей мере с одним внешним уплотняющим пояском, расположенным по обе стороны от обоймы на головке поршня.

Поршень для машин для литья под давлением с холодной камерой прессования, который содержит стальной корпус, имеющий головку с периферийной фаской или без нее, и по меньшей мере один уплотняющий поясок из медного сплава, расположенный вокруг корпуса в соответствующем гнезде, выполненном позади головки и в котором на внешней поверхности поршня между головкой и пояском выполнены по меньшей мере два канала, предназначенные для создания сообщения головки поршня с кольцевым гнездом для пояска для притока металла под сам поясок. Таким образом, при твердении металл, затекший в гнездо, создает непрерывное утолщение, которое радиально выталкивает поясок наружу, прогрессивно компенсируя его износ, адаптируя его к любым деформациям обоймы поршня и, следовательно, защищая последний. Однако было обнаружено, что во всех известных вариантах уплотняющий поясок стремится провернуться на поршне, что делает его работу менее эффективной. Фактически все уплотняющие пояски имеют разрез или разрыв в форме ступени вдоль окружности, что позволяет монтировать поясок на поршень и обеспечивает возможность его некоторого радиального расширения. Особенно на стадии сборки, когда поясок освобожден, его упругость может привести к посадке в неподходящем положении, что ухудшит уплотнение. Например, разрез пояска не должен быть обращен:

1.к верхней части обоймы пресс-формы, где расплавленный алюминий обладает большей текучестью (фактически алюминий лежит под действием силы тяжести на нижней части, дольше оставаясь в контакте с поверхностью обоймы и головки поршня, теряя несколько градусов температуры);

2.к начальным точкам литников, где жидкий металл имеет большую текучесть;

3.к точкам механического интерфейса, которые могут возникнуть у отверстий обоймы (впускное отверстие для жидкого металла и начальные точки литейного канала).

В попытке устранить этот недостаток был предложен поршень, имеющий радиальный палец и уплотняющий поясок, который на ступенчатом разрезе или разрыве обеспечивал посадку, подходящую для приема такого пальца.

Такое решение, однако, усложняет монтаж пояска на поршне и в любом случае требует отдельного средства для осевого и углового запирания пояска.

Целью настоящего изобретения является создание поршня для машины для литья под давлением с холодной камерой прессования, который должен устранить упомянутые недостатки безопасным и эффективным способом.

Другой целью настоящего изобретения является создание поршня, снабженного средством, способным запирать уплотняющий поясок в осевом и угловом направлениях одновременно.

Поршень скользит в обойме пресс-формы машины для литья под давлением. Рассматривая горизонтальное расположение поршня и обоймы, обойма имеет в верхней части и на ее конце впускное отверстие для загрузки металла в жидком состоянии, например алюминия. На противоположной стороне относительно впускного отверстия в обойме выполнены прорези, соответствующие начальным точкам литников.

В предпочтительном варианте корпус установлен на поддерживающей оправке. Оправка имеет переднюю часть меньшего диаметра так, чтобы между ним и корпусом была образована охлаждающая камера. Оправку в осевом направлении пересекает канал для охлаждающей текучей среды. Этот канал сообщается с камерой через радиальные каналы.

Преимущественно, между передним концом оправки и головкой корпуса поршня расположена медная прокладка, которая способствует лучшему охлаждению головки, являющейся той частью поршня, которая при использовании нагревается более других.

На переднем участке корпуса поршня рядом с головкой установлен по меньшей мере один уплотняющий поясок, предпочтительно выполненный из медного сплава.

Согласно настоящему изобретению каждый уплотняющий поясок и поршень содержат соединительные средства, пригодные для одновременного осевого и углового запирания каждого пояска на корпусе поршня.

Согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения в пояске выполнены по меньшей мере два отверстия, в которых зацеплены соответствующие радиальные выступы, отходящие от корпуса поршня. Преимущественно эти отверстия имеют форму прорезей и каждый радиальный выступ имеет конфигурацию сектора окружности.

Предпочтительно, отверстия и, следовательно, выступы поршня расположены симметрично относительно главной оси Х пояска и поршня. Преимущественно, если N есть число отверстий (равное или превышающее 2) и соответствующих выступов, то отверстия и выступы разнесены друг от друга на одинаковые углы б=360°/N. Предпочтительно, отверстия являются сквозными отверстиями. Однако выступы имеют высоту не более, чем толщина пояска, чтобы не выступать из этих отверстий и не повреждать обойму, когда поршень скользит.

Согласно предпочтительному варианту каждое отверстие имеет большее проходное сечение, чем сечение выступов. С одной стороны, это облегчает сборку и расширение пояска после проникновения под нее металла, а с другой стороны, это позволяет избыточному жидкому металлу выходить через отверстия в пояске, предотвращая его отсоединение.

В частности, прорези имеют изогнутые концевые участки, не занятые соответствующими выступами, которые с другой стороны имеют по существу прямоугольные сечения.

Патент, прессующий узел машины литья под давлением [11]

Сущность изобретения: пресс - поршень машины содержит внутреннюю полость под переднюю часть штока, наружную боковую поверхность головку в виде усеченного конуса, который выполнен высотой, большей половины длины заливочного окна камеры прессования рисунок 6.

Изобретение относится к литейному производству и пригодно в машинах литья под давлением для получения деталей из цветных сплавов.

Известен прессующий узел машины литья под давлением, содержащий камеру прессования с заливочным окном и целиковый пресс-поршень, имеющий внутреннюю полость под переднюю часть штока, наружную боковую поверхность и плоский торец, обеспечивающий вытеснение металла из камеры прессования в пресс-форму.

Известен другой узел, отличающийся сборным пресс-поршнем корпусом с головкой в виде усеченного конуса, причем на корпусе размещена рабочая и нажимная втулки.

Его недостатки. Из-за малой высоты конуса пресс-поршень не воздействует на струю металла, заливаемого в камеру прессования через заливочное окно; вследствие локального воздействия этой струи на внутреннюю поверхность камеры, расположенную напротив заливочного окна, она перегревается и образуется сетка трещин, превращающаяся затем в углубление, параметры которого возрастают; в нем задерживается металл при вытеснении его из камеры, воздействующий и на нее, и на пресс-поршень и ускоряющий их износ.

Цель изобретения - устранение этого недостатка.

Рисунок 6 - Изображено продольное сечение камеры и пресс-поршня в зоне, заливочного окна

Прессующий узел машины литья под давлением, содержит камеру прессования с заливочным окном и пресс-поршень, имеющий внутреннюю полость под переднюю часть штока, наружную боковую поверхность, головку в виде усеченного конуса, усеченный конус выполнен высотой больше половины длины заливочного окна.

Сопоставительный анализ этого решения с прототипом показывает, что оно отличается тем, что усеченный конус выполнен высотой большей половины длины заливочного окна.

На чертеже изображено продольное сечение камеры и пресс-поршня в зоне, заливочного окна.

У пресс-поршня 1, размещенного в камере прессования 2, передний торец 3 выполнен в виде усеченного конуса, основание которого совмещено с его боковой поверхностью 4, в полости пресс-поршня размещена передняя часть штока 5, соединенная с ним штифтом 6. Зона пересечения переднего торца 3 пресс-поршня и наружной боковой поверхности размещена заподлицо или впереди задней боковой стенки заливочного окна 7 камеры прессования и вершина этого конуса находится у передней боковой стенки.

Металл в камеру прессования заливается так. При помощи конструкции и расположения желоба из дозатора струя металла подается по касательной на боковую поверхность усеченного конуса переднего торца 3 и стекает через зазор между этой поверхностью и внутренней боковой поверхностью камеры 2 в нижнюю часть ее полости.

Значительным увеличением площади контакта заливаемого металла с поверхностью камеры в зоне заливочного окна существенно уменьшается перегрев камеры в этой части и, следовательно, сводится к минимуму размыв металла камеры. Это влияет положительно на стойкость камеры и пресс-поршня.

Благодаря параметрам головки поршня (ее длиной, конусностью) заменяется падение струи металла на внутреннюю поверхность камеры, на стекание ее по зазору между боковыми поверхностями усеченного конуса и камеры. При этом поток металла тормозится возникающими силами трения.

Этим самым уменьшается и его ударное действие на внутреннюю поверхность камеры в зоне заливочного окна.

Кроме того, уменьшается объем воздуха в камере благодаря усеченному конусу указанной высоты, заменяющему часть объема полости камеры, когда основание этого конуса расположено впереди задней боковой стенки заливочного окна.

Таким образом, изменением схемы контакта металла в камере прессования с ее внутренней поверхностью исключается локальный перегрев этой поверхности, благодаря параметрам переднего торца пресс-поршня повышается стойкость прессующего узла машины литья под давлением.

Патент, способ изготовления биметаллических изделий [12]

Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению биметаллических изделий с антифрикционным слоем системы сталь-бронза. На открытой поверхности стальной заготовки в пределах припуска формируют технологическую ванну. В объеме технологической ванны размещают флюс и бронзу в количестве, достаточном для наплавки. Заготовку нагревают до расплавления бронзы. Нагрев заготовки осуществляют ступенчато с температурной остановкой для прогрева заготовки по сечению. После расплавления бронзы и кратковременной выдержки заготовку медленно охлаждают до температуры закалки стали. Затем осуществляют быстрое охлаждение в масле. Нагрев заготовки и охлаждение до температуры закалки стали осуществляют в защитно-восстановительной среде. Технологическую полость ванны выполняют с толщиной стенки, обеспечивающей ее сквозное обезуглероживание. Обеспечивается повышение качества и снижение трудоемкости изготовления биметаллических изделий. Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению биметаллических изделий с антифрикционным слоем системы легированная сталь-бронза.

Известен способ получения биметаллических отливок наплавкой бронзы на открытые поверхности заготовки из стали Х12Ф1, который состоит из следующих операций:

1. Наплавка бронзы на сталь, при которой в стальную форму закладывают диск из бронзы и деталь (наплавляемой поверхностью внизу): подготовленную сборку помещают в печь с защитной атмосферой и нагревают до температуры расплавления бронзы (1100°С).

2. Охлаждение биметалла с расплавленной бронзой, совмещенное с закалкой стальной части блока, при котором сборку погружают в проточную воду со стороны данной части формы, обеспечивая скорость охлаждения 25-30°С/с.

3. Отпуск - 2-, 3-кратный при 500-525°С для получения требуемой структуры стальной части заготовки.

Недостатки способа:

1. В данном случае в результате действия гравитационных сил в верхней части расплавленного металла (на границе с наплавляемой поверхностью) сосредотачиваются примеси, загрязнения. При охлаждении заготовки кристаллизация начинается с поверхности формы и ее фронт движется в направлении к наплавляемой поверхности, поэтому образовавшиеся в жидком металле дефекты остаются на металлизируемой поверхности, здесь же сосредотачиваются и усадочные дефекты. При последующей обработке более качественный слой наплавленного металла удаляется как припуск, а в рабочем слое остается менее качественный металл.

2. Охлаждение со стороны донной части не обеспечивает в стальной заготовке равномерной скорости охлаждения по ее высоте и, соответственно, получение однородной закалочной структуры, что требует проведение дополнительной термической обработки.

Рисунок 9 - Наплавка биметаллов

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ наплавки при одновременной биметаллизации открытых и внутренних поверхностей (пат №1454600, В 23 К 9/04; В 22 D 19/00) БИ №4, 1989 г., при котором на открытой поверхности более тугоплавкой заготовки в пределах припуска формируют технологическую ванну, выполняют каналы, соединяющие открытую и внутренние наплавляемые поверхности. Во внутренние полости устанавливают формирующие стержни из хорошо обрабатываемых материалов, герметизируют зазор между формирующим стержнем и более тугоплавкой заготовкой в донной ее части, размещают в объеме технологической ванны флюс и наплавляют металл в количестве, достаточном для наплавки открытых и внутренних поверхностей, нагревают заготовку, расплавляя наплавленный металл, охлаждают собранный узел и удаляют формирующие стержни совместно с механической обработкой.

Недостатками данного способа являются:

1. Невозможность получения качественного биметаллического изделия при последующей закалке вследствие образования трещин в стальной части заготовки из-за больших напряжений возникающих при закалке.

Задача - получение качественных биметаллических изделий системы легированная сталь-бронза при снижении трудоемкости изготовления изделий.

Задача решается путем наплавки, при которой на открытой поверхности заготовки в пределах припуска формируют технологическую ванну, размещают в объеме технологической ванны флюс и наплавляемый металл в количестве, достаточном для наплавки, заготовку нагревают до расплавления наплавляемого металла и охлаждают, причем нагрев заготовки осуществляют ступенчато с температурной остановкой для прогрева заготовки по сечению, после расплавления наплавляемого металла заготовку медленно охлаждают до температуры, соответствующей температуре закалки стали и затем выполняют закалку в масле, при этом нагрев заготовки до расплавления наплавляемого металла и охлаждение до температуры закалки стали осуществляют в защитно-восстановительной среде, а формируемая технологическая ванна имеет толщину стенки, обеспечивающую ее сквозное обезуглероживание.

Ожидаемый технический результат - получение биметаллического изделия легированная сталь-бронза с прочностью биметаллического соединения на срез на уровне наплавляемой бронзы.

Сопоставимый анализ заявленного решения с прототипом показывает, что оно отличается от известного способом нагрева заготовки для наплавки и скоростью ее охлаждения. Предлагаемый способ нагрева выполняется в электропечи в защитно-восстановительной атмосфере и обеспечивает надежную защиту от окисления наплавляемой поверхности заготовки из легированной стали, и применяемой для наплавки бронзы, а также их качественное сращивание, в отличие от прототипа, в котором нагрев выполняется в соляной ванне без защитной атмосферы и может быть использован только для углеродистых сталей.

Предлагаемый способ нагрева имеет следующие преимущества перед описанным в прототипе. Нагрев в электропечи в защитно-восстановительной атмосфере обеспечивает надежную защиту от окисления наплавляемой поверхности заготовки и бронзы применяемой для наплавки, что сделало возможным производить наплавку бронзы на легированную сталь, например на сталь 38Х2МЮА. Защита осуществляется во всем интервале температур нагрева до расплавления бронзы, в процессе выдержки при расплавлении и последующем охлаждении до температуры закалки стали 38Х2МЮА (940-950°С) защитно-восстановительная среда совместно с расплавленным флюсом обеспечивает также качественное сращивание бронзы и легированной стали. Флюс рафинирует расплавленную бронзу, очищает от вредных примесей наплавляемую поверхность, обеспечивая высокое качество их сцепления. Равномерность нагрева заготовки и сохранение мелкозернистой структуры стали обеспечивается ступенчатым характером нагрева с выдержкой при температуре на 30-40°С выше Ас3 стали 38Х2МЮА и последующим ускоренным нагревом до температуры наплавки - 1100°С и минимальным временем выдержки.

Предлагаемый способ охлаждения биметаллической заготовки совмещен с закалкой ее стальной части. При этом после расплавления бронзы и кратковременной выдержки заготовку охлаждают до температуры закалки стали 38Х2МЮА (940-950°С) и после выдержки для выравнивания температуры по сечению заготовки выполняют охлаждение в масле таким образом, чтобы скорость охлаждения бронзового слоя была одинаковой, со скоростью охлаждения стальной части заготовки.

Преимущество предлагаемого способа охлаждения перед описанным в прототипе - 1) сохранение качественного биметаллического соединения, характеризующегося отсутствием трещин как в бронзовом слое, так и в стальной заготовке за счет ускоренного охлаждения изделия и использования технологической полости с толщиной стенки, обеспечивающей отсутствие в ней напряжений при выполнении закалки.

2. Снижение трудоемкости изготовления биметаллического изделия за счет совмещения процессов наплавки и закалки.

Способ реализован при изготовлении ротора гидронасоса из стали 38Х2МЮА с размерами: диаметр 76 мм, высота 65 мм. На наплавляемой поверхности заготовки 1 изготовлена технологическая ванна 2, со стенкой определенной толщины для размещения в ней высокотемпературного флюса и бронзы БрО10.

При использовании предлагаемого способа наплавляемый металл может быть в виде порошка, гранул, стружки, обрезков, т.е. иметь любую форму, и таким образом отпадает необходимость изготавливать элементы из наплавляемого материала в соответствии с размерами наплавляемой поверхности.

Нагрев заготовки производили в электропечи с защитно-восстановительной атмосферой ступенчато - с выдержкой при температуре 900°С для прогрева заготовки и последующий нагрев до температуры соответствующей температуре плавления бронзы 1100-1080°С. Выдержку проводили до полного расплавления бронзы. При этом в процессе нагрева заготовки происходит сквозное обезуглероживание стенки технологической ванны.

В процессе охлаждения биметаллического изделия до температуры закалки стали 38Х2МЮА (940-950°С) происходит кристаллизация бронзы и затвердевание флюса с образованием шлака 6, причем кристаллизация бронзы происходит в условиях, близких к равновесным, что исключает образование напряжений в слое (чертеж, б), а последующее охлаждение в масло обеспечивает получение качественного биметаллического соединения без трещин в наплавляемом слое 5 и стальной заготовке 1. Качество соединения оценивалось прочностью на срез, величина которой составила 270-280 МПа.

1. Способ изготовления биметаллических изделий системы сталь - бронза путем наплавки, включающий формирование на открытой поверхности стальной заготовки в пределах припуска технологической ванны, размещение в объеме технологической ванны флюса и наплавляемого металла в количестве, достаточном для наплавки, нагрев заготовки до расплавления наплавляемого металла и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев заготовки осуществляют ступенчато с температурной остановкой для прогрева заготовки по сечению, после расплавления наплавляемого металла заготовку охлаждают медленно до температуры, соответствующей температуре закалки стали, а затем осуществляют быстрое охлаждение в масле, при этом нагрев заготовки и охлаждение до температуры закалки осуществляют в защитно-восстановительной среде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что технологическую полость ванны выполняют с толщиной стенки, обеспечивающей ее сквозное обезуглероживание.

1.5.2 Термические методы повышения стойкости

1. Отпуск для снятия остаточных температурных напряжений во вкладышах пресс-форм и в других деталях, соприкасающихся с жидким металлом. Это доступное и эффективное мероприятие необходимо внедрить на все предприятиях, занимающихся литьем под давлением.

2. Применение низкотемпературной механической обработки (НТМО) заготовок из хромомолибденованадиевых и хромовольфрамованадиевых сталей.

Применение НТМО приводит к повышению прочности и пластичности сталей типа 4Х5МФС при нормальных и повышенных температурах, а это приводит к повышению стойкости пресс-форм. Это мероприятие требует тщательной проверки и при положительных результатах внесения в план заводов-поставщиков заготовок [1].

1.5.3 Технологические методы повышения стойкости

1. Автоматическое регулирование температуры пресс-форм. Применение автоматического регулирования подогрева и охлаждения пресс-форм может повысить стойкость в несколько раз. Применение охлаждения, которое снимает перегрев пресс-формы, также иногда приводит к некоторому повышению стойкости. Если же охлаждение при каждой запрессовке снижает температуру вкладышей до температуры 20° С, то это наоборот, приводит к резкому снижению стойкости пресс-форм. Чтобы этого не получалось необходимо производить автоматическое регулирование температуры. Это эффективное мероприятие также доступно для каждого предприятия. Очевидно, что наиболее доступным является подогрев электрическими нагревателями в сочетании с водой. Выбор нагревателей индукционного или электрического сопротивления решается в зависимости от конструкции пресс-форм.

2. Применение оптимальных технологических параметров процесса.

Наряду с применением основных мероприятий, указанных выше, необходимо, чтобы температура заливки, скорость впуска, удельное давление и др. были минимально допустимыми [1].

1.5.4 Поверхностная обработка повышения стойкости пресс-формы

1. Предохранение рабочей полости пресс-форм от преждевременного разрушения различными покрытиями.

Эффективным и доступным мероприятием предохранения рабочей полости пресс-форм от преждевременного разрушения, т. е. от окисления, налипания алюминия и окиси цинка, а также от появления трещин вследствие острых концентратов напряжений и других дефектов, является фосфатирование. Оно может применяться при изготовлении отливок из всех сплавов в пресс-формах из любых сталей. Более целесообразно применять обычное фосфатирование с толщиной слоя 5 - 14 мкм. По мере износа старое покрытие должно быть удалено, а новое фосфатное нанесено.

Электролитическое хромирование является также эффективным и доступным для каждого предприятия. Целесообразно применять износостойкое покрытие молочного или малонапряженного хрома. Толщина однослойного покрытия должна составлять 15 - 40 мкм. После нанесения электролитического хрома целесообразно производить отпуск для снятия остаточных температурных напряжений. Электролитическое хромирование уменьшает склонность алюминия к привариванию и повышает стойкость пресс-форм при изготовлении отливок из всех сплавов. К отрицательным свойствам хромирования следует отнести плохую смачиваемость маслами и смазками, а в некоторых случаях и низкую его пластичность.

Некоторые заводы в качестве защитного покрытия применяют диффузионное хромирование. Его преимущество перед электролитическим хромированием еще не выяснено.

Азотирование или сульфоцианирование целесообразно применять при литье алюминиевых сплавов, где на рабочую полость пресс-форм происходит интенсивное налипание и вкладыши выходят из строя по износу. Толщина наносимого слоя должна быть менее 0,1 мм, а лучшие результаты получаются при толщине слоя от 0,04 до 0,08 мм.

1 Применение смазок для повышения стойкости пресс-форм.

Смазки могут служить эффективным средством для повышения стойкости пресс-форм, но смазок, удовлетворяющих всем требованиям предъявляемых к ним, мало разработано.

Выбор смазок является чрезмерно сложной задачей, требующей для ее решения разных решений химиков совместно с литейщиками. Однако эта задача решается только частично и поэтому имеется много неэффективных смазок [1].

Патент, способ изготовления пресс-формы[13]

Изобретение относится к области машиностроения. Способ изготовления пресс-форм включает изготовление мастер-модели, получение металлической копии ее рабочей поверхности, нанесение конструкционного слоя, отделение формообразующей части от мастер-модели, при этом металлическую копию мастер-модели толщиной 1-2 мм изготавливают из меди или никеля, или хрома методом гальванопластики, наносят на нее карбидное покрытие толщиной 25-100 мкм, а конструкционный слой наносят на карбидное покрытие. Технический результат - увеличение срока службы пресс-форм и повышение качества прессуемых изделий, упрощение изготовления пресс-форм, увеличение твердости рабочей поверхности, расширение используемых для прессования материалов, улучшение условий труда.

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, где используются методы термической обработки изделий из металлов, нанесение на их поверхность защитных металлических покрытий из газовой фазы при термораспаде металлоорганических соединений (МОС).

Известен способ изготовления пресс-форм, который состоит в шлифовке, полировке и гальваническом хромировании рабочей поверхности. Способ обладает рядом недостатков: большой трудоемкостью, длительностью процесса изготовления, которая увеличивается со сложностью пресс-формы, образованием большого объема отходов, так как в процессе доработки пресс-формы много дефицитного металла уходит в стружку. Гальваническое покрытие, наносимое на рабочую поверхность, является пористым, что сокращает срок службы пресс-формы.

Для увеличения срока службы пресс-формы ее рабочую поверхность покрывают карбидом хрома. Известен способ нанесения карбидо-хромовых покрытий и установка для их нанесения на тела вращения (сверла, метчики, фрезы и др.). На этой же установке, этим же способом можно наносить защитное карбидо-хромовое покрытие на рабочую поверхность пресс-форм. Этот способ увеличивает в 1,2-1,5 раза срок службы пресс-формы, но в этом случае необходимо постоянно изготавливать саму пресс-форму и каждый раз шлифовать, полировать и хромировать ее.

В качестве прототипа выбран способ изготовления пресс-форм. Согласно этому способу мастер-модель помещают в вакуумную камеру и наращивают слой никеля толщиной 2-3 мм путем термораспада карбонила никеля в вакууме, затем мастер-модель вместе с нанесенным покрытием эвакуируют из камеры металлизации и наносят конструкционный слой плазменным распылением металла или путем заливки эпоксидной смолой с наполнителем. Затем формообразующую часть отделяют от мастер-модели. Способ обладает рядом преимуществ, а именно снижает трудоемкость, снижает разряд работ, высвобождает высококвалифицированный персонал, экономит дефицитные материалы, высвобождает дефицитные металлорежущие станки, экономит электроэнергию.

Недостатком этого способа является низкая твердость никелевого покрытия, что значительно ограничивает возможность использования пресс-форм с никелевым покрытием для прессования изделий. Известно, что никелевое покрытие, полученное путем термораспада карбонила никеля при температуре 300°С, когда наблюдается самая высокая скорость роста и получается самое чистое покрытие с низкой шероховатостью, обладает невысокой твердостью - 250-300 кг/мм². При температуре выше 300°С разложение карбонила никеля в объеме ведет к выделению высокодисперсного никелевого порошка, загрязняющего покрытие, увеличивающего шероховатость и снижающего его твердость до 250 кг/мм² и ниже. При температуре ниже 300°С происходит загрязнение покрытия выделяющимся углеродом и карбидом никеля, увеличение шероховатости и уменьшение класса чистоты, что может приводить к сокращению срока службы пресс-формы. Использование ядовитого соединения (карбонила никеля) удорожает сам процесс нанесения покрытия. Экспериментально установлено, что срок службы пресс-форм с никелевым покрытием значительно сокращается при прессовании изделий из серосодержащей резины и других наполнителей, т.к. при нагревании во время прессования серосодержащая резина образует на поверхности покрытия сульфид, который легко разрушается и приводит к залипанию резины и выходу из строя пресс-формы.

Основной технической задачей является увеличение срока службы пресс-форм и повышение качества прессуемых изделий, упрощение изготовления пресс-форм, увеличение твердости рабочей поверхности, расширение используемых для прессования материалов, улучшение условий труда.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления пресс-форм, состоящем из изготовления мастер-модели, получения металлической копии ее рабочей поверхности, нанесения конструкционного слоя и отделения формообразующей части от мастер-модели, металлическую копию мастер-модели толщиной 1-2 мм изготавливают из меди или никеля, или хрома методом гальванопластики, наносят на нее карбидное покрытие толщиной 25-100 мкм, а конструкционный слой наносят на карбидное покрытие. В качестве конструкционного слоя могут быть использованы любые материалы, температура плавления которых меньше температуры плавления копии мастер-модели.

Экспериментально установлено, что карбидо-хромовое покрытие, полученное при термораспаде хромоорганического соединения "Бархос" (ТУ 6-01-01146-79) в присутствии кислородсодержащих органических соединений, обеспечивает снижение шероховатости в 1,25-1,55 раз, повышает на 1-2 класса чистоту поверхности покрываемых изделий, увеличивает микротвердость поверхности до 1500 кг/мм².