Общие положения
Один опытный специалист-литейщик однажды сказал, что он может решить, все литейные проблемы, если заливаемый им в форму металл будет горячее и чище, а заливка происходит быстрее. Конечно, что преувеличение, но некая истинность в этом высказывании есть, так как оно частично находит свое подтверждение в технологии V-процесса.
Вряд ли найдется такой человек, который усомниться в правильности высказывания о том, что литье чистого металла, все равно каким методом, повышает вероятность получения хорошей чистой отливки. Конечно, что относится также и к V-процессу.
Должно соблюдаться условие быстрой заливки. Если заливка производится медленно, пленка испаряется частями и не заменяется при это на жидкий металл. Это может привести к деформации формы, начиная от размывания, заканчивая разрушением формы, так как разницу показателей давления в форме и в ее полости не возможно будет поддерживать.
Высокая температура заливки обычно выгодна при литье чугуна, так как что помогает предотвратить образование пузырей па краях отливки, которые возникают из-за газов, которые затягиваются в металл до того, как он начинает затвердевать. Необходимо также помнить, что время охлаждения поверхности вакуумной формы дольше, чем в песчано-глинистой формовке.
Давление в форме
Чтобы понять, что происходи! в вакуумной форме во время заливки в нее металла, мы попытаемся воспроизвести, как ведут себя вакуум и объем всасываемого воздуха.
Рис. 4.1 показывает изменение объема всасываемого во время заливки воздуха. Он показывает необходимый объем для одной формы без и с покраской. По расчетам в мм2 Вы можете увидеть, что меньше чем за 4 секунды необходимый малый объем в 1 Hм3 перед началом заливки, который позволяет форме сохранять стабильность контуров, вырастает до 6 Hм3 , а потом опять медленно сокращается.
Окрашенной форме необходимо только 3/4 этого объема. Перед заливкой форма относительно стабильна, и низкий вакуум необходим для того, чтобы компенсировать возможную утечку воздуха. Если бы форма была абсолютно газонепроницаема, не было бы потребности в определенном объеме воздуха, чтобы поддержать её стабильность.
Потом горячий металл заполняет форму, пленка выгорает, что требует большего расхода воздуха, чтобы сохранить баланс давлений, необходимый для поддержания стабильности контуров формы.
Так как металл, заполняя форму, заменяет собой пленку, полость формы сразу же снова герметизируется и объем всасывания сокращается.
Рис.4.1 Изменение объема всасываемого воздуха во время заливки
Рис.4.2 Всасывание и выброс газовой смеси через соединительный канал в процессе залнвкн
Рисунок 4.2 показывает еще раз поведение воздушного потока в соединительном канале. Перед заливкой давление в канале нейтрально, т.е. не происходит ни всасывания, ни выброса воздуха. В момент начала залнвкн происходит резкий выброс воздуха через соединительный канал, продолжающийся долю секу нды при давлении 210 мм рт.ст. — если форма неокрашена — о при давлении 260 мм рт.ст. — если она окрашена.
Потом давление сразу же возвращается к исходному, в соединительный канал засасывается воздух. И опять же, это имеет логическое обоснование: Когда металл заливается в полость формы, он вытесняет отту да имеющийся возду х, а также расплавляет остатки пленки.
Когда процесс завершен, соединительный канал возвращается на короткое время к нейтральному давлению, чтобы потом затянуть воздух в форму.
Из за испарения пленки в форме происходит утечка воздуха, и форма пытается через все возможные отверстия восстановить баланс давления. Соединительный канал при этом — самый простой путь.
При этом очевидно, что герметичность окрашенной формы существенно лучше, чем неокрашенной.
ЧЕМ ТОЛЩЕ СЛОЙ КРАСКИ, ТЕМ ГЕРМЕТИЧНЕЕ ПОВЕРХНОСТЬ ФОРМЫ!!!
Примерно через 7 секунд, когда форма заполнена, из полости окрашенной формы выталкивается воздух и газ.
Во время процесса заливки необходимо давление вакуума в 400-450 мм рт.ст..
Разница давлений в форме после заливки
В Японии был проведен эксперимент, во время которого в различных точках формы были установлены датчики давления, как показано на рисунке 4.3. В форму был залит жидкий металл и зафиксировано давление в верхней полуформе. Согласно сделанным записям, давление в точке А, которая находится ближе всего к литниковой воронке, резко повышается и разница давлений между формой и ее полостью сокращается до минимума. Когда в точке А достигнуто максимальное давление, показатели давления в точке С — рядом с соединительным каналом — увеличиваются не намного, а давление в точке В начинает падать. И все таки, разница давлений все еще достаточная, чтобы поддерживать стабильность формы. Когда металл достигает точки В — в самом центре формы -, давление подскакивает, в то время как сохраняется достаточная разница давлений между точкой С и полостью формы. К этому времени давление в точке А падает, так как пленка заменяется металлом. В процессе дальнейшей заливки давление в точке С не задолго до окончания заливки падает.
Давление в точках А и В возвращается к своей обычной отметке. Из текста ясно, что давление в форме с металлом возрастает по причине того, что пленка продолжает выгорать по всей площади соприкосновения с жидким металлом.
Изменение давления в нижней полуформе показано на рис. 4.5. Оно на много меньше, чем в верхней, так как тепловое излучение в верхней полуформе интенсивнее чем в нижней.
Рисунок 4.6 показывает взаимозависимость давления и удаленности от полости формы.
Рнс.4.3. Размещение датчиков давлении
Рис.4.4. Давление в верхней полуформе в зависимости от времени заливки
Рис.4.5. Давление в нижней полуформе в зависимости от времени заливки
Повеление давление во время заливки в различных точках измерения
Рис.4.6. Давление в верхней и нижней полуформах, измеренное в нескольких точках полости формы
Скорость заливки
Для начала рекомендуется производить заливку с обычной скоростью или немного быстрее.
Приблизительные показатели можно посмотреть на рисунке 4.7.
Пример: Отливка весом в 100 кг. может быть отлита со скоростью 7-10 кг/сек.
Скорость заливки, кг/сек.
Рис.4.7. Вес заливаемого металла в зависимости от скорости заливки (чугун)
Рис. 4.8 показывает примерные показатели заливки стали Отливка весом в 100 кг. может быть отлита со скоростью 5-15 кг/сек.
Рис.4.8 Вес вливаемого металла и скорость заливки при литье стали
Рисунок 4,9 иллюстрирует рекомендании при изменении скорости заливки отливки в зависимости от толщины стенок. Отливка весом в 100 кг. с толщиной стенок от 10 мм. может быть отлита за 17 секунд; при толщине стенок от 20 мм, необходимо 19 секунд. Это время все же короче, чем в процессе песчано-глинистой формовки.
Если Вы сомневаетесь, то можно оставить обычное время заливки, но желательно попробовать сократить его на 20-30%.
Рис.4.9. Вес жидкого металла и время заливки
На рисунках 4.10 и 4.11 показаны некоторые возможные варианты скорости заливки для чугуна и стали. Очень важно, чтобы литниковая воронка всегда была наполнена, а заливка проходила непрерывно. В обычной практике литья пауза при заливке приводит только к образованию конденсата. В V-процессе конденсат также является одним из последствий при прерывании заливки, но это может привести к еще более серьезным дефектам.
Почему при заливке отдается предпочтение высоким температурам, мы уже объясняли. По температура заливки на каждом предприятии разная. Что на одном предприятии называют высокой температурой, на другом та же температура может считаться низкой. | качестве рекомендации мы приводим следующие минимальные показатели температурных режимов:
Сталь: 1540-1580 °С
Чугун: 1350- 1400 °С
Перед Заливкой
Вакуум перед заливкой должен стабилизироваться до менее чем 300 мм рт.ст,, чтобы предотвратить деформацию и поломку формы. Давление вакуума менее 300 мм рт.ст. необходимо соблюдать только в процессе заливки.
В процессе заливки
Трудно, если не невозможно, пролить жидкий металл на поверхность верхней полуформы во время заливки. Если количество пролитого металла небольшое, причин для беспокойства нет. Вакуум устранит небольшую утечку воздуха. Однако необходимо следить, чтобы не были затронуты большие по площади участки пленки, так как это может привести к дефекту формы. Если повреждена обширная площадь пленки, ее необходимо присыпать песком или накрыть другим куском пленки. Таким образом, форма сразу же снова герметизируется. В экстренных случаях, т��ких как, например, резкое падение давления или обрушение формы во время заливки, необходимо сразу перекрыть вакуумные клапана.
Методы заливки:
Горизонтальная:
Хотя большинство форм закрываются в горизонтально, в V-процессе применимы и другие положения формы.
С уклоном:
Если отливка имеет большое поперечное сечение плоскости, особенно в верхней полуформе, возможно, что пленка будет разрушаться под воздействием высокой температуры металла, из-за чего давление будет меняться. Существует опасность попадания воздуха внутрь жидкого металла, что приведет к образованию газовых раковин в отливке. Поэтому иногда необходимо производить заливку в наклонном положении. Если необходимо, можно установить форму под углом 15°. Все-таки нужно обращать внимание на то, чтобы заливочная воронка была расположена в самой нижней точке формы, чтобы металл мог свободно прибывать в форме.
Вертикальная:
Большое количество отливок успешно производятся в V-процессе методом вертикальной заливки; особенно, когда металл попадает в форму таким образом, чтобы он прибывал в форме снизу вверх. Воздух сможет свободно выходить, а площадь поверхности испарившейся пленки оставаться незначительной.
С большим успехом в V-процессе применяется также заливка сверху, когда форма ставится вертикально. Решающим преимуществом такого метода литья является стабильность формы.
Литниковые системы для заливки сверху
Это очень эффективный метод заполнения полости формы металлом таким образом, чтобы сохранить все преимущества литья с пребыванием металла в форме как при вертикальной заливке. Но при этом может пострадать производительность. Поэтому прибегайте к этому способу только по необходимости.
Литник
См. Главу III «Литниковые системы»
Заливка через прибыль
В принципе, это возможно, только соединительный канал должен быть в два раза больше, чем литник.
На некоторых литейных предприятиях применяется методика «горизонтальная форма — вертикальная заливка». При этом литниковые воронки, прибыль и питатель формуются вместе с моделью, после чего форму для заливки располагают вертикально. Благодаря этому отпадает необходимость в последующей обработке на участке формовки. Этот метод, однако, требует тщательного предварительного изучения, а именно, прежде рекомендуется рассмотреть возможность вертикальной заливки формы