Литье под давлением является одним из наиболее совершенных методов массового производства отливок.

При литье под давлением достигаются хорошая наполняемость литейной формы, высокая чистота поверхности отливок и большая точность размеров. Кроме того, значительно сокращается производственный цикл изготовления отливки, снижаются трудоемкость и себестоимость литья особо сложных и армированных деталей.

Наряду с такими преимуществами литье под давлением имеет ряд недостатков.

• Высокая стоимость основного оборудования и литейных форм;
• Образование пористости и раковин в массивных сечениях отливок, в связи, с чем понижаются прочность и герметичность, исключается термическая  обработка  отливок;
• Возможна заливка только алюминиевых, магниевых, цинковых и медных сплавов однако не все легкоплавкие сплавы, даже и алюминиевые, можно применять для. литья под давлением;

Экономическая целесообразность изготовления отливки тем или иным способом, кроме технологичности конструкции детали, определяется еще трудоемкостью изготовления и технологической возможностью изготовления отливок. Высокая стоимость оборудования оснастки ведет тому, что изготовление отливок способом литья под давлением экономически целесообразно при заказе более 20 000 шт. При меньших заказах целесообразны другие способы: до 20 000 шт. — литье в кокиль; до 3 000 шт. — машинная формовка по металлическим моделям; до 1300 шт. — машинная формовка по деревянным моделям; до 100 шт. — ручная формовка.

Машины для литья под давлением

Машины для литья под давлением делятся на две основные группы — поршневые и компрессорные.

Машины могут быть также подразделены по типу камеры сжатия с горячей и холодной камерами сжатия.

К машинам с горячей камерой сжатия относятся:

• Ручные машины; камера расположена в котле с расплавленным металлом; давление на металл создается поршнем вручную с помощью рычажного приспособления;
• Компрессорные машины; давление на металл передается сжатым воздухом непосредственно на зеркало жидкого металла или с помощью поршня;
• Гидравлические машины; давление на металл создается поршнем гидравлического цилиндра.

Наибольшее распространение имеют гидравлические машины с холодной камерой сжатия, в которую жидкий металл подается от отдельно расположенного плавильного прибора. По конструкции камер сжатия эти машины делятся на четыре основные группы:

• Машины с вертикальной камерой; металл подается в форму перпендикулярно   плоскости  ее  разъема;
• Машины с вертикальной камерой, расположенной непосредственно в форме; металл подается сверху в плоскость разъема формы;
• Машины с вертикальной камерой, расположенной в нижней части формы  ниже  плоскости  разъема;
• Машины  с  горизонтальной  камерой сжатия.

Машины литья под давлением с холодными камерами сжатия состоят из двух сложных гидравлических прессов, объединенных в один механизированный и автоматизированный агрегат.

В системе каждого из прессов имеются вспомогательные гидравлические и механические устройства.

При литье под давлением большое значение имеет плотное прилегание одной половины формы к другой. Для этого запорное усилие машины должно быть всегда больше разжимающего усилия жидкого металла в форме. Готовая отливка всегда снимается с подвижной половины формы системой выталкивателей. Обычно литейщик подхватывает отливку клещами. В некоторых машинах используются специальные приспособления для удаления отливок.

В плоскости разъема и в рабочей полости формы часто остается грат в виде тонких лепестков металла.

Смазка формы обязательна почти во всех случаях литья. Она предотвращает «приваривание» металла к форме, обеспечивает качественную поверхность отливки, улучшает наполняемость формы металлом и облегчает извлечение отливки из формы.

Серьезным недостатком литья под давлением является наличие воздушной пористости в отливках. Пористость отливок можно уменьшить, создавая вакуум в пресс-форме перед заливкой.

Требования к конструкции и материалу отливок

Материалом, для отливки должен быть сплав, имеющий необходимые свойства для литья под давлением.
Наружные контуры отливки должны допускать свободное удаление ее из формы; стержни для внутренних контуров отливки; а также вставки, оформляющие участки внешнего контура отливки, не должны иметь поднутрений.

Отливки должны иметь необходимые литейные уклоны. Для наружных поверхностей уклон принимается не менее 0°15′, для внутренних 0°30′ — 1°. Чем большие уклоны допускает конструкция детали, тем надежнее работает форма.

Отливки не должны иметь значительной разницы в толщинах стенок. Утолщения мест на детали можно избежать применением ребер, выполнением отверстий или заливкой вставок (армированием).

Отливки не должны иметь острых углов, кроме углов в плоскости разъема.В литье должно быть, возможно, выполнение отверстий диаметром не менее 2,5 мм; глубина должна быть не более пяти диаметров для сквозного отверстия и трех диаметров для глухого. Литейный уклон на стержне, оформляющем отверстие, должен быть не менее 0°30′. Наружную резьбу в литье можно получить с шагом не менее 1 мм при диаметре не менее 12 мм; внутреннюю резьбу — с шагом не менее 1,5 мм., при диаметре не менее 20 мм.

Различные надписи, цифры и рифления на отливках следует выполнять выступающими над поверхностью отливки частями, а не вдавленными в нее.

Отливки, как правило, не должны подвергаться механической обработке. Обработка может быть введена только для снятия литейного уклона в местах, где он не допускается. Чистота поверхности детали, зависит от чистоты обработки полости формы, типа применяемого сплава и длительности эксплуатации формы.

Размеры отливок, зависящие от положения подвижных частей формы, а также размеры, получающиеся перпендикулярно плоскости разъема формы, выдерживаются с меньшей точностью, чем размеры отливки, получаемые в одной половине формы без применения подвижных частей.

Для придания отдельным местам отливки свойств, которыми не обладает основной металл отливки (повышенная прочность, сопротивление истиранию, электрические и изоляционные свойства и др.), в эти места надо вставлять вкладыши (армировать) из материала, имеющего требуемые свойства.

Конструкция пресс-форм

Формы для крупных и сложных деталей изготовляются, как правило, одногнездными. Формы для простых мелких деталей можно изготовлять многогнездными.

Формы следует монтировать так, чтобы каждая часть легко поддавалась сборке и разборке. Все подвижные части формы (стержни, ползунки, толкатели и др.) располагаются так, чтобы при неравномерном нагревании они не заклинивались.

В более сложных формах стержни и вставки могут быть подвижными и неподвижными. В таких формах необходимо предусматривать механизм для извлечения подвижных стержней и вставок, систему охлаждения и пр. При конструировании форм следует стремиться к максимальной нормализации их нерабочих частей с тем, чтобы при изготовлении новой формы можно было ограничиться изготовлением только рабочих частей; формы и толкающей системы и тем самым снизить расходы на изготовление формы.

Для снижения расхода легированных сталей и нормализации элементов формы необходимо применять матрицы и пуансоны в виде вставок, укрепленных в достаточно массивные плиты из обычной углеродистой стали.

Если полость для отливки имеет сложные выемки И выступы большой длины и сложной конфигурации, то для выполнения их, с заданными точностью и чистотой поверхности также нужно применять вставные части. Крепление вставок и неподвижных стержней аналогично креплению вставных матриц и пуансонов. С помощью вставок следует выполнять ступенчатый разъем формы или разъем по кривой поверхности. В этом случае часть вставки, входящая в другую половину формы, должна снабжаться входным уклоном со стороны нерабочей части формы. Подвижные стержни, состоящие из собственно стержня, направляющей стержня и ползунка или колодки, в которой фиксируется хвостовик стержня, подгоняются очень тщательно. Как правило, к одному концу ползунка крепится хвостовик стержня, другой конец соединяется с механизмом для движения стержня. Механизм движения стержня с ручным управлением может быть зубчатым, винтовым и эксцентриковым. Примеры установки толкателей.Для точного совмещения матрицы с пуансоном на матрице держателе устанавливаются две — четыре направляющие колонки.

Форму следует конструировать так чтобы при раскрытии ее отливка оставалась на подвижной половине пуансона. Извлечение отливки из полости пуансона производится системой толкателей или съемной плитой.
Толкатели делаются в виде стальных штифтов. Нерабочие концы штифтов снабжены головками которыми толкатели закрепляются в плитах толкающей системы для возвращения толкающей системы в первоначальное положение устанавливаются контртолкатели (2—4 шт) которые одним концом (со шляпкой) укрепляются в плитах толкателей, а вторым концом упираются в плоскость разъема формы.

Наибольший нагрев формы происходит в месте расположения ходового литника Чтобы предохранить эту часть формы от быстрого износа, ходовой литник выполняется в сменной литниковой втулке.

Металл поступает в форму под большим давлением перпендикулярно плоскости разъема. Для предохранения пуансона от быстрого износа в месте поступления расплавленного металла, а также для изменения направления струи металла и создания плавного перехода ее от круглого сечения ходового литника. к плоским сечениям питателей в пуансоне устанавливается сменная деталь — рассекатель.

Для предохранения рабочих частей формы от чрезмерного нагрева формы необходимо охлаждать. С этой целью в форме высверливаются каналы, по которым при заливке циркулирует вода. Острые кромки и выступы формы необходимо охлаждать воздушной струей.

Литниковая система

Литниковая система при литье под давлением состоит из ходового литника, каналов-питателей; и рассекателя. При проектировании и изготовлении форм необходимо учитывать следующие требования.

• Подвод металла в форму должен быть плавным; струя металла не должна резко менять свое направление и не должна иметь лобовых ударов о стенки полости формы или стержни.
• Направления струи металла при заливке следует выбирать так, чтобы обеспечить полное удаление воздуха из полости отливки.
• Питатели должны быть установлены в таких местах, чтобы при удалении их не портился вид отливки.
• Недопустим местный перегрев частей формы.
• Должно быть организовано легкое удаление литника.
• Количество питателей, их положение и величина сечения впуска должны обеспечивать получение плотной отливки при четком оформлении ее контуров.

В практике встречаются следующие виды литников-питателей: боковые, центральные, с кольцевым коллектором, с коллектором-питателем; более редко применяются прямые литники-питатели и щелевидные литники.

С заливкой связано удаление воздуха из полости формы в момент заливки металла. Вентиляция форм осуществляется каналами, имеющими вид щелей, глубиной 0,05—0,15 мм и шириной 5—20 мм. Канал располагают как в плоскости разъема, так и по направляющим частям неподвижных и подвижных вставок.

Скорость прессования рекомендуется в пределе 20—80 см/сек.

Если в одной форме расположено несколько отливок, то при подсчете скорости прессования берется суммарное сечение всех питателей, а диаметр стакана и соответственно площадь поршня увеличиваются.

Так как с увеличением площади поршня удельное давление падает необходимо сделать проверочный расчет, учитывая новую величину удельного давления.