CC BY
210
УДК 05.02.02
О.А. Шарова
магистрант,
кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Н.В. Сторожева
канд. техн. наук, доцент, кафедра «Технология машиностроения», Арзамасский политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ПОЯВЛЕНИЯ БРАКА ПРИ ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ И МЕТОДЫ ЕГО УСТРАНЕНИЯ
Аннотация. В данной статье были исследованы основные причины появления брака при литье под давлением. С помощью специализированной САЕ- программы «Magmasoft» представлены результаты исследований по определению вероятных мест появления брака в отливке из алюминиевого сплава после заполнения. На основании полученных данных предложен наиболее эффективный способ исправления наиболее часто выявляемых дефектов.
Ключевые слова: литье под давлением, усадочная микропористость, пропитка.
O.A. Sharova, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alexeev
N.V. Storozheva, Arzamas Polytechnic Institute (branch) Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alexeev
RESEARCH OF CAUSES THE REJECTION OCCURRENCE IN THE HIGH PRESSURE DIE CASTING AND
METHODS OF ITS REPAIR
Abstract. This article reveals the main causes of the rejection occurrence in the high pressure die casting. Specialized CAE program «Magmasoft» presents the results of the researches which help determine the probable locations of defects in the aluminum casting. The most effective way to fix the most frequently detected defects are given based on the obtained data.
Keywords: injection molding, shrinkage microporosity, impregnation.
Одной из причин появления брака после механической обработки, является брак при литье, который не выявляется на контрольных операциях.
Целью данной работы является определение причин появления дефектов в отливке после заполнения и затвердевания.
Расчет и анализ дефектов проводился по материалам предоставленным «ОАО Арзамасским приборостроительным заводом им. П.И. Пландина» в пакете трехмерного моделирования литейных процессов «Magmasoft» (немецкого разработчика MAGMA GmbH).
Объектом моделирования в данной статье является отливка «Основание» (рис. 1) изготовленная из АК12 по ГОСТ 1583-93 литьем под давлением.
Важнейшей задачей литейного производства является сокращение потерь от брака. Систематическая работа по предотвращению возникновения брака ведется в каждом литейном цехе. Задачей данной работы является выявление брака на стадии непосредственной заливке расплава в полость пресс-формы, анализ и систематизация обнаруженных и проведение мероприятий предупреждающих возникновение дефектов [1, с. 43].
Чтобы правильно определить причины и разработать мероприятия предотвращающие появление брака очень важно применять единую классификационную систему дефектов отливок.
В настоящее время признаются и наиболее часто используются две системы классификации дефектов [2, с. 124]:
1) система классификации дефектов по причинам их образования, по общности физико-химических явлений, в результате которых возникает дефект отливки;
2) система классификации дефектов по их внешнему виду, форме, расположению на отливке, размерам.
Рисунок 1 - Отливка «Основание» в среде «Мадтаэой»
Литье под давлением - это самый распространенный способ получения отливок из легких сплавов.
Литье под давлением включает заливку расплава под высоким давлением и на высокой скорости в формообразующую полость литейной формы, где происходит его кристаллизация под давлением. [3, с. 269].
Основным недостатком любого вида литья являются внутренние дефекты, возникающие чаще всего из-за нетехнологичности детали, ошибок в проектировании технологического процесса изготовления отливки или из-за нарушения технологического процесса.
Но следует отметить, что наиболее часто встречающаяся причина брака - это недоработка технологии, а как следствие этого происходит и нарушение технологического процесса. Брак, может возникнуть в отливке во время любой операции, например, в результате нарушения технологии приготовления расплава, несоблюдения температурных режимов в процессе литья, а также из-за неудовлетворительного состояния литейных машин и пресс-форм, но не стоит забывать и о такой составляющей, как человеческом факторе, который вносит значительный вклад в появление брака в отливках [4, с. 140].
Согласно данным предприятия при литье под давлением количество бракованных отливок распределяется следующим образом (табл. 1).
Таблица 1 - Статистические данные по браку при литье под давлением
Наименование Сплав Всего за год, шт. Брак за год, шт. Брак за год, %.
Внутренний Внешний Общий Внутренний Внешний Общий
Основание АК12 25150 13 35 48 0,06 0,17 0,23
Кронштейн АК12 10390 60 - 60 0,58 - 0,58
Обойма АК12 20832 717 - 717 2,85 - 2,85
Ротор фильтра АК12 23577 174 - 174 0,74 - 0,74
Крышка АК12 3466 3 - 3 0,09 - 0,09
Для изготовления детали «Основание» используется алюминиевый сплав АК12 ГОСТ 1583-93. Сплав АК12 обладает малой литейной усадкой в процентном соотношении 0,8%, высокой жидкотекучестью, малой плотностью и высокой трещиноустойчивостью. Детали из АК12 нельзя использовать при температуре выше 200°С. За пределом этой температуры сплав начнёт утрачивать стойкость к коррозии и прочность. Эти изменения несут необратимый характер.
На примере детали «Основание» проследим процесс образования дефектов в среде программы «Мадтаэой». Программа «Мадтаэой» предоставляет возможности для комплексной оптимизации литейных процессов еще до изготовления какой-либо формы или оснастки. Программное обеспечение позволяет анализировать заполнение формы, процесс затвердевания, охлаждения, расчет механических свойств, остаточного напряжения и источников деформации в отливках. Одна из возможностей данной программы: анализ заполнения формы приведена на (рис. 2).
в) г)
Рисунок 2 - Значение скорости расплава во время заполнения отливки «Основание»: а) заполнено 37%; б) заполнено 50%; в) заполнено 60%; г) заполнено 98%
Задавая различные условия литья, а именно расположение литниковой системы, материал, температуру и скорость заливки можно, благодаря наглядности программы, уже на стадии проектирования спрогнозировать места, расположения и количество газовых дефектов, в данном случае в литье под давлением с точностью до 90%.
Таким образом, на основании данного исследования можно просчитать возможные области образования дефектов. А затем с помощью различных методов попытаться свести наличие таких областей к допустимому минимуму.
Дефекты можно классифицировать по происхождению [5, с. 64]:
1) Растворенные газы в расплаве, которые попадают из атмосферы цеха или сырой шихты при плавке. Для устранения данного дефекта применяют дегазацию расплава, продувка аргоном, в течение определенного периода времени.
2) Воздух, захваченный в процессе заполнения формы. Причины: большая скорость потока металла, неправильная или недостаточная вентиляция пресс-формы, неправильное расположение питателя. Основными приемами предотвращения являются изменение режимов заливки и изменение литниковой системы.
3) Газы от термодиструкции смазки. Исправляют применением разделительных составов, таких как Тгеппех W 8000.
4) Узорчатая поверхность отливки («мороз»). Причины появления: низкая температура заливки расплава, недостаточно прогретая пресс-форма, слишком тонкое сечение питателя.
5) Неслитины - нечеткое выполнение острых контуров отливки. Возникают из-за малого давления на металл, слишком большого сечения питателя и малой скорости заполнения, неправильного расположения питателя.
6) Усадочная пористость и раковины в утолщениях. Причины: плохая конструкция отливки, отсутствие питания утолщенного места отливки, отсутствие мультипликации.
7) Включения шлаков и окислов. Причины: наличие в сплаве большого количества окислов, замешивание окислов и шлака при неаккуратном черпании металла различной ложкой.
8) Пятнистость поверхности. Причины: избыток смазки, повышенное содержание графита в смазке.
9) Усадочная микропористость. Причины: недостаточное питание формы.
В соответствии с технологией изготовления на проверку отправляют каждую пятую отливку из партии. Несомненно, данные меры увеличивают время изготовления отливок, но в свою очередь помогают предупредить появление дефектов и предпринять меры по их исправлению.
Рисунок 3 - Газ, захваченный при заливке расплава в полость формы
Чтобы проверить наличие дефектов в детали применяют ренгеноустановку ВОБЕНО ЭРЕ НЕХ. Благодаря которой можно обнаружить даже такой дефект как усадочная микропористость.
Методом исправления усадочной микропористости детали «Основание» является пропитка. Простота, быстрота, низкая себестоимость - отличительные признаки данного метода. Пропитку производят для того, чтобы улучшить ее герметичность, внутреннюю антикоррозий-ность и повысить чистоту поверхности под обработку [4, с. 253]. Для пропитки используют состав «ПС-3», который применяется на пропиточной установке (рис. 4).
По ТУ 2257-002-43007840-2004 «ПС-3» - это низковязкий продукт. Благодаря хорошим смачивающим свойствам, он легко проникает в мельчайшие поры материала, где твердеет
(при нагревании до 95-120°С).
Герметик анаэробный ПС-3 многокомпонентный состав, устойчивый при хранении в присутствии кислорода воздуха. Наличие металлов, нагрев, солнечная радиация вызывает самопроизвольное отверждение композиции. Его химической основой является диметакриловый эфир.
Рисунок 4 - Пропиточная установка
Требования к техническому обслуживанию и содержанию оборудования для пропитки пропитывающими составами, затвердевающими в горячей воде или под горячим воздухом невысоки и снижают расходы на проведение данной операции.
После данной операции дефекты, а в частности усадочная микропористость, в 99% исчезают. При этом внутри микропор, которые заполняются данным составом, не возникает никакого остаточного напряжения и деталь становится годной для эксплуатации [3, с. 93].
Данную операцию следует применять только для отливок с наличием дефектов, потому что если проводить пропитку для всех отливок, не подвергая предварительному контролю, никакого положительного эффекта не будет, а появится лишь излишний расход герметика, что в свою очередь повысит себестоимость готовой продукции.
Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод о том, что литье под давлением является одним из наиболее перспективных методов изготовления отливок, но как в любом методе при литье под давлением присутствует отливки с наличием дефектов. На основании проведенных исследований можно заключить, что наличие дефектов в отливке, прежде всего, зависит от технологии ее производства правильно отрегулированной скорости заливки металла, температуры заливки данного металла, конструктивных особенностей отливки, прогрева пресс-формы, не стоит забывать также и о квалификации рабочего
Список литературы:
1. Беккер, М.Б. Литье под давлением: учебник для подготовки рабочих на производстве. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978. - 213 с.
2. Белопухов, А.К. Литье под давлением. - М.: Машиностроение, 1971. - 168 с.
3. Белопухов, А.К. Литье под давлением. - М.: Машиностроение, 1975. - 400 с.
4. Гини, Э.Ч. Технология литейного производства. Специальные виды литья / Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбкин. - М.: Академия, 2008. - 352 с.
5. Лакемондовский, А. В. Литейные дефекты и способы их устранения / А. В. Лакемон-довский, Ф.С. Кваша, Я.И. Медведев [и др.]. - М.: Машиностроение, 1972. - 152 с.
