Штампування рідкого металу - це різновид лиття під тиском. У металеву форму заливають порцію рідкого стопу та, опускаючи металевий пуансон (чи верхню частину форми), стискають рідкий стоп у порожнині між ним та матрицею (рис.1).

Рисунок 1 - Штампування рідкого металу з кристалізацією під тиском (а) і з витискуванням (б): 1-пуасон; 2-заготованка; 3-матриця; 4-виштовхувач.

Рідкий метал, як і всяка рідина, не стискається. Тому ущільнення його та остаточне формоутворення відбувається під час кристалізації чи пластичного деформування уже після їх закінчення, коли метал перебуває у напівпластичному стані. Стиснення металу значно прискорює швидкість його кристалізації.

На відміну від лиття під тиском, під час штампування металу заповнення форми відбувається спокійно, гази безперешкодно виходять на поверхню і тому відсутні газові раковини (поширений вид дефектів для виливків, виготовлених під тиском). Оскільки рідкий метал заливається безпосередньо у матрицю, то ливникова система не потрібна.

Виготовлення заготовок може відбуватися двома способами: з кристалізацією під тиском і штампуванням з витискуванням рідкого металу. У першому випадку основна маса металу не переміщається відносно стінок матриці, у другому - рідкий метал витискається пуансоном з одних частин матриці в інші. В обох випадках виливок кристалізується під високим тиском.

Цей спосіб лиття нагадує гаряче штампування металів тиском у закритих штампах. Переваги штампування рідкого металу аналогічні литтю заготовок під тиском.

Порівняно з литтям під тиском, у процесі штампування рідкого металу, яке виконується під вищим тиском, метал добре ущільнюється, краще усуваються ливарні дефекти (усідання та газові раковини), структура металу більш дрібнозерниста та рівномірна, він набуває ліпших механічних властивостей (пластичність), має вищу стійкість форми, що дає змогу виготовляти як тонкостінні, так і товстостінні заготовники з усіх ливарних стопів без ливників і прибутків.

Порівняно з гарячим штампуванням металів штампування рідкого металу дає змогу виготовляти заготованки як з деформовних, так і з недеформовних, малопластичних і крихких степів; відзначається значно меншими (у 6.8 разів) витратами енергії на формоутворення, забезпечує можливість отримання глибоких порожнин, тонких перетинів з великими лінійними розмірами, підвищує точність форми та розмірів, поліпшує якість поверхні, дає змогу зменшити витрати матеріалу, знизити трудомісткість виготовлення тощо.

Порівняно з іншими способами, виготовлення виливків, цей. спосіб забезпечує найвищі механічні властивості металу.

На якість виливків суттєво впливають питомий тиск на метал, його температура, швидкість пресування, час витримування металу у формі, точність розмірів і шорсткість поверхонь форми. Використовуються одно - та багатомісні форми, в яких передбачені елементи ливникової системи.

Цей спосіб застосовують для виготовлення заготованок різної складності масою до 10 кг для серійного та масового виробництва; він легко автоматизується та придатний для побудови гнучких автоматизованих систем.

Швидкість штампування залежить від температури стопу, товщини стінок виливка та його форми. Для простішої форми та; товстіших стінок потрібна менша швидкість штампування. Тонкостінні виливки складної форми великих розмірів вимагають більшої швидкості штампування. Для алюмінієвих стопів оптимальною швидкістю штампування є 0,2.0,5 м/с. -

Час витримування виливка під тиском залежить від розмірів та, особливо, від товщини його стінок. Для алюмінієвих стопів час витримування виливків під тиском визначають з розрахунку 10.15 с на кожні 10 мм товщини стінки.

Основними недоліками цього способу є обмеження номенклатури виливків за масою та складністю конфігурації, потреба у точному дозуванні розтопленого металу та висока вартість основного устаткування.

Дозування рідких металів ускладнюється наявністю у них жужелів, шлаків, можливих вихлюпувань металу, залишків у розливальному ковші тощо. Використання канавок для процесу штампування не завжди допустиме. В процесі штампування рідкого металу облойні канавки на початковій: стадії можуть бути заповнені, а метал, що залишився у матриці, буде кристалізуватись без компенсації усідання та без ущільнення.

Надлишки металу, залитого у матрицю, спричинюють збільшені припуски для окремих поверхонь виливка. Якщо збільшення припусків на механічне оброблення неможливе, то зайвий метал витискають у спеціально передбачені закриті порожнини.

Це дає змогу отримувати точні виливки, однак вимагає виконання додаткової операції відокремлення від них компенсаторів.

Цим способом, здебільшого, виготовляють виливки з кольорових металів і стопів та сталей, зокрема легованих, в умовах серійного та масового виробництва. Виготовлення заготованок з чавуну та" сталей вимагає додаткового теплового захисту поверхонь форми та регулювання швидкості охолодження чавунних виливків, що запобігає їх відбілюванню. Для цього поверхні форм покривають спеціальними сумішами.

Для виготовлення складних за формою виливків застосовують рознімні матриці, висувні шишки, телескопічні пуансони тощо. У формі, зображеній на рис.6.13, телескопічний пуансон складається з двох частин, що дає змогу створювати додатковий тиск в окремих частинах виливка для ущільнення металу і є одночасно виштовхувачем виливків під час їх виймання з форми.

Основним устаткуванням для штампування рідкого металу є гідравлічні, фрикційні, гвинтові преси та спеціальні машини. Тиск на розтоплений метал - 150.500 МПа, час витримки - 5., 15. с. Перед першим штампуванням заготованки штамп підігрівають, Щоб полегшити виймання заготованок, робочі поверхні' штампа покривають олієграфітовим мастилом.

Процес штампування рідкого металу легко автоматизується; Для цього застосовують спеціальні, дозувальні механізми, (пневматичні, механічні, електромагнітні, самопливні,; з'єднані з піччю тощо). Місткість дозаторів від 0,2 до 15 кг, продуктивність машин для штампування - до 200 заливань за годину. Для дрібних заготованок виготовляють складані штампи з уніфікованими змінними частинами, що дає змогу виконувати групове штампування виливків різної конструкції та застосовувати цей спосіб в умовах дрібносерійного виробництва.

Штампуванням рідкого металу виготовляють виливки для втулок, циліндрів, вставок, кілець, сідел компресорів, підп'ятників, бурувальних шарошок; фасонні виливки для зубчастих коліс, шківів, зірок, ручок, лопаток, ковпачків, корпусів кранів, вкладів,, панелей, патрубків, деталей доїльних апаратів, сепараторів.

Ефективним для штампування заготованок з рідкого металу є армування їх різними вкладами. Це - ротори електромоторів, гребні, гвинти, лопатеві колеса, різальні інструменти, деталі прес форм та штампів тощо.

Виливки широко застосовують у машинобудуванні. Внаслідок лиття отримують як готові вироби, так і заготованки від дуже великих за розмірами та масою до малих та тонкостінних. Корпусні деталі, що вимагають високої жорсткості, міцності та часто є основою, на яку встановлюють і закріплюють цілі механізми, агрегати та окремі деталі, виготовляють із виливків зі сірого чи ковкого чавуну, сталі та алюмінієвих стопів.

У багатосерійному та масовому виробництві литтям виробляють станини металорізальних верстатів, корпуси машин, турбін, двигунів, генераторів, помп, редукторів, картери передніх і задніх мостів, маточини коліс транспортних машин, блоки циліндрів, головки двигунів, кронштейни вузлів та агрегатів, великі колінчасті вали двигунів внутрішнього згоряння, колеса турбін, шківи, шестерні, фланці, втулки, вклади, гільзи, диски, поршні, поршневі дільця компресорів, двигунів внутрішнього згоряння, пневмо - та гідроциліндрів, захисні кожухи тощо.

Корпусні деталі, як правило, мають складну конфігурацію, отвори, розташовані у різних площинах, фасонні внутрішні порожнини, канали, ребра, Перегородки тощо. До корпусних деталей часто висувають високі вимоги щодо точності їх розмірів, форми та взаємного розміщення поверхонь, їх шорсткості, герметичності стінок тощо.

Для виготовлення виливків корпусних деталей здебільшого застосовують лиття в земляні форми з використанням металевих, моделей та значної кількості шишок; для утворення сталевих ви - ливків відповідальних деталей - лиття в оболонкові форми та лиття за витопними моделями, а для формування вилйвків корпусних деталей із алюмінієвих стопів - лиття в кокіль, під тиском (високий І'низьким) і рідше - в земляні форми. Якісні виливки, в порівняно чистих в екологічному відношенні умовах праці, в серійному виробництві отримують литтям у. кокілі та під тиском.

Точність розмірів оцінюють по відхиленню дійсного розміру виливка від номінального. Найбільше часто розмірну точність виливків оцінюють класами точності, прийнятими в машинобудуванні, тому що система допусків повинна забезпечувати сполучення й взаємозамінність деталей машин і приладів. Для характеристики системи допусків необхідні посадки, передбачені в ній.

Тому питання про точність розмірів виливків повинен зводитися до визначення повних полів розсіювання розмірів і встановленню класів точності застосовуваних систем і допусків, у поля яких вкладаються поля розсіювання дійсних розмірів деталей.

Повне поле розсіювання залежить від допусків на розміри порожнини прес-форми, мінливості (коливання) усадки сплаву, модельної сполуки, властивостей оболонки при різних температурах

Допуски на розміри робочої порожнини прес-форми звичайно не перевищують 3-го класу точності або квалітету 10. Погрішність, викликана неточністю виготовлення прес-форми, спостерігається в кожної отриманій поній моделі й тому є систематичною. Погрішності, пов`язані з коливанням усадки модельної сполуки й металу, а також з об`ємними змінами оболонки при сушінні, нагріванні й охолодженні, є випадковими.

Знаючи величину й характер погрішностей, викликуваних кожним фактором, можна встановити методику підсумовування приватних погрішностей і обчислити повні поля розсіювання.

Для оцінки шорсткості поверхні машинобудівних деталей використовують ДЕРЖСТАНДАРТ 2789-73. Цим стандартом установлені вимоги до шорсткості поверхні виробів, у тому числі з будь-яких металів і сплавів незалежно від способу їх одержання або обробки

Вимоги до шорсткості поверхні встановлюють вказівкою числових значень параметра (або параметрів) і базової довжини, на якій визначають параметр. Чим більше вимірів проведене на тому самому ділянці, тим точніше можна визначити Ra.

Позначення шорсткості поверхонь наведені в ДЕРЖСТАНДАРТ 2.309-73. Для виливків по виплавлюваних моделях найбільш характерна шорсткість поверхні від Rz = 20 мкм до Ra - = 1,25 мкм. Шорсткість поверхні виливків, виготовлених по виплавлюваних моделях, в основному тим більше, чим вище шорсткість поверхні робочої порожнини прес-форм і одержуваних у ній моделей.

Шорсткість поверхні виливків завжди нижче шорсткості поверхні робочих частин прес-форми й моделей і залежить в основному від розмірів зерен пилоподібного - матеріалу. Після очищення виливків шорсткість поверхні їх звичайно тим більше, чим крупніше зерна застосовуваних при очищенні матеріалів і нижче твердість поверхні виливка

Поверхневі дефекти, що виявляються після очищення, погіршують якість поверхні виливків

Шорсткість поверхні визначають, використовуючи прилади, що безпосередньо стикаються з контрольованою поверхнею.

2. Практична частина

штампування рідкий метал