Стойкость в зависимости от температурных режимов литья. Температурный режим литья включает: температуру подогрева и охлаждения пресс-форм перед началом и в процессе работы, температуру жидкого металла, поступающего в рабочую полость, а также возникающие при каждом литейном цикле температуру контакта и температурный перепад.
Вопросу регулирования температурного режима уделяется очень много внимания как в отечественной , так и в зарубежной промышленности.
В настоящее время для регулирования температурного режима литья применяют автоматические, полуавтоматические и ручные устройства. При автоматическом регулировании поддерживаются в заданных пределах температура подогрева пресс-форм и температура жидкого металла. Как указывалось в гл. II, для автоматического регулирования наиболее приемлемыми являются устройства на жидких теплоносителях, в качестве которых могут быть использованы не только органические и неорганические жидкости, но и низкоплавкие металлические материалы.
При полуавтоматическом регулировании регулируется температура подогрева или охлаждения пресс-форм. Применение полуавтоматических устройств может приводить к перегреву или переохлаждению пресс-форм и к получению нестабильных значений температуры контакта и температурного перепада, а следовательно, нестабильного качества отливок.
Ручные устройства включают подогрев пресс-форм перед началом работы, а также охлаждение в процессе работы. Для подогрева пресс-форм в этом случае часто используется жидкий металл первых запрессовок, что может приводить к выходу пресс-форм из строя при первых запрессовках вследствие образования трещин.
Снижение температуры заливаемого металла до температуры кристаллизации металла всегда способствует повышению стойкости пресс-форм, так как при этом снижаются температура контакта и температурный перепад. Поэтому
давать перегрев жидкого металла следует только в тех случаях, когда требуется улучшить качество отливок.
Повышение теплопроводности металла за счет изготовления слитков вакуумным или электрошлаковым переплавом приводит к повышению теплопроводности стали и повышению стойкости пресс-форм. Например, при литье алюминиевых сплавов во вкладышах пресс-форм из стали 4Х5МФС, переплавленных в вакуумных печах, стойкость повышается с 165 000 до 410 000 ц. т.
Результаты влияния температуры подогрева на стойкость пресс-форм противоречивы. С одной стороны, повышение температуры подогрева вызывает повышение температуры контакта и снижение прочностных свойств, что способствует снижению стойкости, а с другой стороны, ее повышение приводит к снижению температурного перепада, температурных напряжений и деформаций, а следовательно, к повышению стойкости (термостойкости). Оптимальную температуру подогрева необходимо определять расчетным или опытным путем.
Пример расчета термостойкости при изготовлении отливок из бронзы типа Бр.АЖН 10-4-4 во вкладышах пресс-форм из стали ЗХ2В8Ф в зависимости от температуры подогрева Для расчета температуры контакта принято; Т0 = 1200° С, В0 = = 218 ккал/м2-ч4" -град, Вф= 169 ккал/м2-ч/*-град, Тф = 300° С. Физические свойства стали ЗХ2В8Ф приняты по табл. 123, 124, а механические — по рис. 26.
Оптимальная температура подогрева для этой бронзы будет около 400° С, но только для принятых условий работы.
Пример расчета термостойкости при изготовлении отливок из латуни ЛК 80-3 во вкладышах пресс-форм из стали ЗХ2В8Ф .
Для расчета температуры принято: Т0 = 900° С, Тф = 300° С, В0 = = 170 ккал/м2-ч'^' -град, Вф= 169 ккал/м2-ч'^-град. Физические свойства приняты по табл. 123, 124, механические — по рис. 26. Оптимальная температура подогрева пресс-форм 300° С, a HRC 40—45.
Пример расчета термостойкости при литье сплава АЛ2 во вкладышах пресс-форм из стали ЗХ2В8Ф приведен в табл. 226. При расчете принято: Т0 = 600° С, В0 = 307 ккал/м2-ч'/*-град, Вф — 169 ккал/м2•ч'/'2 -град. Твердость стали ЗХ2В8Ф HRC 40—45, так как на основании табл. 127 при этой твердости получается более высокая стойкость. Из приведенных данных видно, что с повышением температуры подогрева пресс-форм до 300° С стойкость повышается, а затем понижается.
Оптимальная температура подогрева пресс-форм для этой стали и условий работы находится в пределах 300° С.
Полученные данные справедливы для плоской стенки, которая нагревается до более низких температур. В острых углах возникают продольная и поперечная деформации. В связи с этим, трещины в этих местах появляются значительно ранее, поэтому необходимо делать проверку и при максимальных е0 и атн.
При расчете принято: Т0 = 1560° С, удельное давление 985 кГ/мм2, смазка № 65 , продолжительность выдержки отливок в пресс-форме 3 сек, В0 = = 170 ккал/м2-ч'^1 -град. Сталь 3X13 имела HRC 25—30. Механические свойства определялись на образцах, вырезанных непосредственно из вкладышей со стороны, противоположной рабочей стороне.
Стойкость вкладышей пресс-форм, изготовленных из различных материалов, для детали прибора весом 420 г показана на рис. 65. В этом случае подогрев пресс-форм осуществлялся плитками только перед началом работы. В первом примере пресс-форма имела индукционный подогрев (конструкции пресс-формы и вкладышу Поэтому при испытании стойкости при подогреве до 400° С пришлось пресс-форму с внешней стороны изолировать листовым асбестом. Для работы пресс-формы при температуре 20°С ее приходилось обдувать сжатым воздухом со стороны плоскости разъема и с внешней стороны.
Таким образом, расчеты и опыты показывают, что температура подогрева пресс-форм является очень эффективным мероприятием, повышающим стойкость пресс-форм, поэтому указанный резерв должен быть использован на каждом предприятии.
Стойкость в зависимости от применения промежуточного отпуска для снятия напряжений. Важнейшим технологическим мероприятием, повышающим стойкость пресс-форм, является своевременное снятие остаточных напряжений.
Автор совместно с ЛОМО провел изучение влияния промежуточного отпуска на стойкость пресс-форм при изготовлении отливок массового производства (деталей фотоаппаратов), исследование проводилось по методике.
Результаты сравнительных испытаний при изготовлении четырех наименований деталей из алюминиевого сплава во вкладышах пресс-форм из стали ЗХ2В8Ф показаны на рис. 66. Из приведенных данных видно, что стойкость повысилась в два-три раза.
При выборе отпуска руководствовались следующими соображениями. Во-первых, температуру отпуска принимали на 30—50° С ниже основного отпуска, что гарантировало сохранение исходной твердости и даже ее некоторое повышение за счет допуска и старения. Это соображение затем подтвердилось при измерении твердости вкладышей при каждом отпуске (см. рис. 28). Во-вторых, интервал между отпусками выбирали таким, чтобы до него не появлялись трещины или сетка разгара, но этот промежуток должен быть наибольшим, что устанавливалось на основании опыта по учету стойкости пресс-форм.
Применяемый режим отпуска был следующий: загрузка ящиков в печь при температуре 560—580° С; нагрев вкладышей до температуры 560— 580° С; выдержка при этой температуре 6 ч, охлаждение с печью до температуры 200° С и последующее охлаждение на воздухе. Интервал между отпусками был принят 25 000— 30 000 ц. т.
В технологических инструкциях, разработанных для внедрения, ориентировочный интервал между отпусками принят в зависимости от материала отливок, материала вкладышей пресс-форм и веса отливок.
Для отливок из алюминиевых сплавов весом до 0,1 кг интервал равен 25 000 ц. т., весом 0,1—0,5 кг — 10 000 ц. т., весом свыше 0,5 кг — 5000 ц. т.
Для отливок из сплавов на основе меди весом до 0,1 кг интервал равен 3000 ц. т., весом 0,1—0,5 кг — 2000 ц. т., весом свыше 0,5 кг — 1000 ц. т.
Следует отметить, что указанные значения интервалов являются ориентировочными и пользоваться ими нужно очень осторожно с учетом опыта работы цеха, так как интервал между отпусками зависит от многих факторов.
В последние годы в отечественной и зарубежной промышленности этому вопросу уделяется большое внимание. Все считают целесообразным промежуточный отпуск использовать в качестве мероприятия для повышения стойкости пресс-форм. При этом считают, что стойкость можно повысить на 15—300%.
Стойкость в зависимости от технологических параметров литья. К основным технологическим параметрам процесса относятся: температурные режимы, покрытия и смазки, скорости прессования, впуска и течения жидкого металла в рабочей полости, удельные давления в камере прессования и на стенки пресс-форм, продолжительность"выдержки отливок в пресс-форме при температуре контакта и др. Влияние первых двух факторов рассмотрено ранее.
С увеличением скоростей прессования и впуска, а также удельного давления стойкость пресс-форм и стержней понижается и тем сильнее, чем они больше. Применение щелевых литников с большими скоростями впуска приводит к локальному износу в местах удара струи жидкого металла о преграду. Поэтому конструкции литниковых систем оказывают существенное влияние на эрозионный износ. Преграды на пути движения жидкого металла (например, стержни) изнашиваются быстрее, чем места рабочей полости, не подвергающиеся гидродинамическим ударам.
Плавное спокойное заполнение рабочей полости пресс-форм с минимальными скоростями и удельными давлениями предпочтительнее.
С увеличением удельного давления снижаются термостойкость, формостойкость, износостойкость и стойкость пресс-форм. Формостойкость понижается вследствие того, что с увеличением удельного давления скорость увеличения облоя возрастает. С увеличением давления повышается износ трением струи жидкого металла о рабочую поверхность.
С увеличением продолжительности выдержки стойкость пресс-формы понижается.
Доводка пресс-форм, ремонт, хранение и учет их стойкости. Эксплуатация пресс-форм начинается с их доводки. Для этой цели изготовляется опытная партия отливок и в зависимости от полученных размеров и их качества корректируются размеры рабочей полости пресс-форм и технологический процесс. Ответственным за доводку размеров пресс-форм является конструкторское бюро, а за доводку технологического процесса — технологическое бюро цеха или главного металлурга или технолога, что зависит от принятой организации на предприятии. Такое распределение обязанностей повышает ответственность за проектирование пресс-форм и разработку технологического процесса, а также способствует накоплению опыта.
Доводка размеров вкладышей пресс-форм и качества получаемых отливок в соответствии с техническими условиями на нее является важнейшей операцией — очень сложной и трудоемкой. Малейшие неточности могут привести к забракованию пресс-форм или повышенному браку отливок. Объем партии при доводке зависит от вида производства, веса и габаритных размеров отливок и других. Но объем партии должен быть таким, чтобы быть уверенным в качестве получаемых отливок при эксплуатации пресс-форм.
Доводка размеров вкладышей производится путем сопоставления получаемых размеров опытной партии отливок при измерении в измерительной лаборатории с чертежными размерами, а также путем обработки опытной партии отливок в изготовленных приспособлениях. На основании полученных данных составляется задание инструментальному цеху.
Доводка технологического процесса производится путем визуального осмотра качества отливок, рентгеновского просвечивания и разрезки их по узлам скопления металла.
Корректировка размеров в пресс-форме и технологического процесса может производиться до тех пор, пока получаемые размеры не будут соответствовать чертежу. В случае отступлений от требований чертежа вопрос о допуске пресс-формы в эксплуатацию решается руководством цеха или предприятия. Доводка технологического процесса производится по такому же принципу. Окончательные размеры отливок и пресс-форм записываются в паспорт, а отработанные параметры процесса — в технологическую карту и паспорт.
При эксплуатации новой пресс-формы мастер обязан ознакомить литейщика с ее механизмами и принципами работы, проинструктировать по вопросам техники, безопасности и ознакомить с технологическим процессом литья. При эксплуатации сложных новых пресс-форм ознакомление с ее работой и механизмами производится конструктором пресс-формы и технологом-литейщиком. В процессе эксплуатации пресс-формы все обнаруженные дефекты записываются в паспорт и учитываются при ее ремонте.
Виды ремонта пресс-форм можно разделить на профилактический, капитальный и аварийный. Профилактический и капитальный ремонты направлены на повышение стойкости пресс-форм. К профилактическому ремонту следует отнести: снятие остаточных напряжений, удаление окислов цинка и других металлов, замену стержней, замену изношенных деталей и т. п. Указанные виды ремонта предусматриваются плановыми сроками и записываются в паспорт, где указывается число циклов теплосмен, через которые они должны производиться.
При капитальном ремонте заменяются вкладыши пресс-форм после их перешлифовки или переточки, перешлифовываются плиты, заменяются механизмы и производятся другие виды переделок пресс-форм. Указанные виды ремонта предусматриваются планом. После замены вкладышей производится доводка пресс-форм.
При аварийном ремонте производятся все виды исправлений дефектов пресс-форм, возникающих в процессе работы. Простые виды ремонта — удаление настывшего металла и т. д. — опытные литейщики производят сами, ио сложные виды ремонта, требующие переборки пресс-форм со снятием их с машины, производятся в мастерской цеха, а иногда в инструментальном цехе.
Хранение пресс-форм является важным вопросом организации производства. Новые доведенные пресс-формы хранятся на складе цеха, Склад для хранения пресс-форм должен быть светлым и сухим. Стеллажи должны быть пронумерованы. Пресс-формы также должны иметь номера, хорошо видимые и защищенные от истирания. Отремонтированные пресс-формы вместе с паспортами также хранятся на складе. Целесообразно иметь два паспорта, один из них должен всегда сопровождать пресс-форму, а другой — хранится на складе. После выхода пресс-формы из строя один паспорт направляют в технологическое бюро цеха, а другой — в КБ. На складе должны храниться также запасы нормализованных деталей: камеры прессования, литниковые втулки, рассекатели, выталкиватели и т. д.
С целью накапливания опыта и использования его при дальнейшей работе необходимо вести учет стойкости пресс-форм. Документом, учитывающим стойкость пресс-форм, является паспорт, в котором должны быть отражены неполадки, встретившиеся в работе, производимые ремонты, продолжительность работы и т. д.
Составление паспорта начинается еще до проектирования пресс-форм, когда конструктор и технолог-литейщик определяют вид разъема, место подвода и сечение литников, способ подогрева и охлаждения, способ заливки и т. д. Формы паспортов для учета стойкости пресс-форм применяются самые разные. Наиболее целесообразно иметь паспорт с четырьмя страницами обычных стандартных листов. Первая страница паспорта — это оглавление и характеристики отливок и пресс-форм. В оглавлении указываются: номер паспорта, шифр или индекс изделия и номер отливки. В качестве характеристики отливок приводится марка сплава и химический состав, вес детали, отливки, литников и жидкого металла.
В качестве характеристики пресс-форм указывается марка сплава, применяемая для изготовления вкладышей и стержней, общий вес и вес подвижной и неподвижной половинок, габаритные размеры. Если проектируются только вкладыши, то указывается — к какому они формоблоку и его номер. На второй странице паспорта записываются характеристики технологических параметров процесса. Указывается тип машины, на которой может использоваться пресс-форма, температурные режимы литья, способ подогрева и охлаждения, температура заливки жидкого металла, способ заливки. Указывается скорость движения плунжера, расчетная скорость впуска, давление гидравлической жидкости в аккумуляторе или сети, диаметры камер прессования и наконечника плунжера. Кроме того, указывается номер смазки для вкладышей и камеры прессования, продолжительность выдержки отливок в пресс-форме и т. п.
Третья страница отводится для регистрации проводимых доводок и ремонтов пресс-форм. В разделе профилактического ремонта указываются плановые сроки для снятия напряжения, для удаления окислов цинка и других металлов, сроки замены стержней и других деталей. Приводится эскиз отливки с указанием контролируемых размеров отливки при доводке. Указываются размеры детали — чертежные и фактические. На этой же странице записываются все капитальные и аварийные ремонты пресс-форм.
На четвертой странице паспорта проводится учет стойкости пресс-форм, где указывается число циклов теплосмен до появления трещин, сетки разгара, смятия и других дефектов, возникающих в пресс-форме в процессе ее эксплуатации. Указывается продолжительность циклов теплосмен до выхода пресс-формы из строя и основная причина ее снятия с эксплуатации.
ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ПРЕСС-ФОРМ
В настоящей книге все вопросы, связанные с конструкциями пресс-форм, применяемыми для их изготовления материалами и технологией литейного процесса, рассматривались с точки зрения повышения стойкости деталей пресс-форм, соприкасающихся с жидким металлом. Рассмотрено очень много различных мероприятий, способствующих повышению стойкости пресс-форм. Наиболее эффективными и более доступными для внедрения на каждом предприятии, по мнению автора, являются следующие мероприятия.
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 всех предприятиях, занимающихся литьем под давлением. В приложении приведена типовая инструкция на промежуточный отпуск для снятия остаточных температурных напряжений во вкладышах пресс-форм литья под давлением.
Для внедрения этого мероприятия необходимо завести учет стойкости пресс-форм, который обязан иметь все предприятия высокой культуры производства.
2. Автоматическое регулирование температуры пресс-форм. Применение автоматического регулирования подогрева и охлаждения пресс-
орм может повысить стойкость в несколько раз, 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. Применение низкотемпературной механической обработки (НТМО) заготовок из хромомолибденованадиевых и хромовольфрамованадиевых сталей.
В п. 29 указывалось, что 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.
7. Применение мартенсито-стареющих сталей для изготовления вкладышей пресс-форм.
245
В США и ФРГ внедряются в производство мартен-сито-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.
8. Применение смазок для повышения стойкости пресс-форм.
Смазки могут служить эффективным средством дли" повышении 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.
Типовая инструкция на промежуточный отпуск для снятия остаточных температурных напряжений во вкладышах пресс-форм для литья под давлением.
I. Назначение.
1. Настоящая инструкция предназначается на проведение промежуточного отпуска для снятия остаточных температурных напряжений в деталях пресс-форм для литья под давлением, соприкасающихся с жидким металлом.
2. Основным назначением промежуточного отпуска является снятие остаточных температурных напряжений и за счет этого замедление скорости развития сетки разгара и трещин и повышение стойкости пресс-форм.
3. Применение промежуточных отпусков связано с обязательным учетом стойкости пресс-форм. Получаемые данные наблюдений за стойкостью пресс-форм записываются в паспорта или специальные учетные карточки.
Учетная карточка должна иметь заглавие, в котором указывается номер детали, номер дублера вкладыша или другой детали, номер формоблока или пресс-формы. Графы для регистрации стойкости должны содержать дату (год, месяц, число), стойкость — количество запрессовок за каждый рабочий день, а также количество запрессовок по нарастающей и графу для фиксации появления и развития дефекта в виде сетки разгара, трещин и др.
II. Режим промежуточного отпуска.
4. Нагрев вкладышей и других деталей производится |в обычных печах с укладкой их в коробки (ящики) с засыпкой чугунной стружкой, которая должна быть крупной, отработанной или предварительно прокаленной, не иметь посторонних включений и хорошо просеянной.
При применении печей с безокислительиым нагревом и загрузке деталей без коробок необходимо тщательно контролировать атмосферу печи, не допуская окисления рабочих поверхностей деталей.
5. Вкладыши и другие детали перед укладкой в коробки обертываются бумагой, а коробки по разъему с крышкой обмазываются огнеупорной глиной.
6. Коробки с деталями загружаются в печь с температурой не выше 250— 300° С, а затем температура печи повышается со скоростью не более 40—50° С в 1 ч до температуры отпуска.
7. Температура промежуточного отпуска должна быть на 30—50° С ниже основного отпуска.
8. Выдержка деталей в печи при температуре отпуска должна быть не менее 6 ч,
9 Охлаждение коробок с деталями производится в печи до температуры 200° С. Последующее охлаждение может быть проведено на воздухе в коробках или в печи с открытой дверью.
10. Твердость деталей при промежуточном отпуске не должна изменяться.
12-09-2022
03-03-2021
02-03-2021
17-02-2021
06-04-2020