Каждый новый технологический процесс, в том числе и литье под низким давлением, следует рассматривать в состоянии постоянного совершенствования. Поэтому, давая описание процесса в том виде, как он выглядит сегодня, необходимо заглянуть в завтра и постараться найти для него еще более широкую область применения.
Получение оболочковых отливок
Одним из реальных направлений дальнейшего развития литья под низким давлением будет получение оболочковых отливок.
Оболочковая отливка представляет собой очень тонкие стенки, пространство между которыми в дальнейшем может быть заполнено другим материалом, например пенопластом.
На фиг. 138 схематически показана металлическая охлаждаемая форма — кристаллизатор с рабочей полостью в виде щели прямоугольного сечения.
По металлопроводу 1, через коллектор 2 в полость формы 3 поступает жидкий сплав. Сплав может перемещаться под действием избыточного газового давления на зеркало сплава, находящегося в герметически закрытом тигле, а также и за счет вакуума, создаваемого в камере 4. Заполнив форму, сплав начнет переливаться из нее через стержневую или керамическую насадку 5 в резервуар 6. Во время движения сплава на поверхности кристаллизатора будет формироваться тонкая металлическая корочка — оболочка. Толщина этой корочки зависит от управляемых факторов:
1) от интенсивности теплоотвода металлической формы кристаллиза—тора;
2) от теплосодержания в сплаве, в свою очередь зависимого от температуры перегрева и от количества сплава, протекающего через кристаллизатор;
3) от температурного интервала кристаллизации сплава. Следует отметить, что заполнение полости сплошным потоком большого сечения исключает такие литейные дефекты, как незаливы, неспаи, трещины, ужимины и пористость.
Следовательно, можно ожидать, что литая оболочка будет однородной, очень плотной и равномерной по толщине. Установив электрический контакт — датчик 7 на определенную высоту, ограничивающую уровень переливаемого сплава, включается исполнительный механизм, который сообщит канал 8 с ресивером избыточного давления, а полость тигля с атмосферой. При этом в металлопровод через пористый стержень 9 поступит под избыточным давлением инертный газ. При совместном действии вакуума и давления инертного газа жидкий сплав, заполнивший полость кристаллизатора, переместится в резервуар 6, оставив на поверхности кристаллизатора отформованную оболочку. Процесс получения оболочковых отливок допускает автоматическую последовательность технологических операций.
Оболочковые отливки с пенопластическим наполнителем найдут широкое применение в изделиях, где требуется малый объемный вес и высокая тепло- и звукоизоляция.
К таким изделиям можно отнести корпусы холодильников, спасательные средства, буйки, понтоны, лодки, детали строительных конструкций, изотермические контейнеры и т. д.
Получение конструкций с пенометаллическим наполнителем
Другим направлением, имеющим также большие возможности практического применения, будет получение пенометаллических конструкций, состоящих из тонкостенных оболочек (литых или изготовленных из листового проката), внутреннее пространство которых заполнено пенометаллом удельным весом меньше единицы.
Пенометаллический наполнитель должен молекулярно соединяться с оболочкой и составлять с ней одно целое. Известны способы получения, пенометалла, когда в жидкий сплав в определенном температурном интервале вводится специальное газообразующее вещество (гидрид). Будучи равномерно распределены в массе металла, частички гидрида при повышении температуры разлагаются с выделением большого количества газа. В то же время сведения о получении пенометалла не как материала, а как составной части монолитной пенометаллической конструкции, — отсутствуют.
На фиг. 139 показана одна из возможных схем установки для приготовления пенометалла и заполнения им тонкостенной оболочки с использованием принципов литья.под низким давлением.
Рабочий сплав из плавильной печи заливается в металлоприемник установки через канал, закрываемый штуцером. Металлоприемник 1 имеет прямоугольную форму, снабжен перегородкой 2, не доходящей до откидного дна, и помещен в обогревающее устройство 4 с нагревательными элементами 3.
Металлоприемник герметично соединен с смесительно-дозирующим устройством 5, несущем крыльчатки 6, вращающиеся навстречу друг другу. Смесительное устройство соединено с плитой 7, служащей крышкой нагревательного устройства. Гидрид засыпается в прямоугольный магазин В и при вращении эксцентриков 14, приводящих в действие дозирующее устройство б, поступает в канал металлоприемника через щель а. Равномерность подачи гидрида обеспечивается тем, что щель а выполнена по всей длине смесителя. Над плитой 7, являясь продолжением смесителя, установлен пенообразователь 8, снабженный расширяющимся вниз прямоугольным каналом и заключенный в индукционный нагреватель 9.
В основании смесителя установлен электроконтактный датчик 15. На пенообразователь устанавливается заранее изготовленная оболочка 12, сделанная из требуемого материала, причем внутренняя поверхность оболочки покрывается слоем специального припоя.
Оболочка нагревается индукционным нагревателем 11, совмещенным с охладительным душирующим приспособлением.
Для стока охлаждающей жидкости предназначен лоток 10.
Вся система укрепляется поворотной скобой 17, вращающейся на шарнире 21 и несущей прижимное устройство 13. На поворотной скобе также находится датчик 19, электрически изолированный от скобы и имеющий приспособление 20 для подрыва конической иглы датчика из пенометалла, заполнившего оболочку. Пружинный контакт датчика оканчивается клеммой 18 для включения датчика в электросхему. Замена крыльчаток смесителя и очистка его после работы осуществляются при удалении торцовых крышек 16, после чего крыльчатки свободно могут быть вынуты.
Последовательность технологических операций
Под действием давления газа сплав начнет вытесняться из металлоприемника в рабочую полость установки, где, замкнув собой электрический датчик 15, приведет в действие дозирующий и смесительный механизмы. Количество гидрида, скорость подъема сплава и интенсивность перемешивания регулируются в значительном диапазоне, обеспечивая заданное соотношение сплав — гидрид, а отсюда и необходимую величину пористости. Смесь сплава с гидридом вытесняется в полость пенообразователя, где под действием индукционных токов происходит ее нагревание до температуры распада гидрида, а выделившийся при этом газ осуществляет вспенивание сплава. При дальнейшем движении пенометалл поступает в полость оболочки к по мере его подъема включаются последовательно витки индуктора, осуществляя расплавление припоя и соединяя пограничные слои пенометалла с оболочкой.
Пенометалл, заполнив оболочку, замкнет собой верхний датчик 19, который осуществит следующие операции:
1) отключит индукционный нагреватель 11;
2) откроет подачу охлаждающей жидкости;
3) выключит механизмы смесителя и дозировки гидрида;
4) сбросит давление в металлоприемнике.
После снятия давления остатки сплава в смесителе и пенообразователе сливаются обратно в металлоприемник, а газ из металла, находящегося в пенообразователе, удаляется в атмосферу.
Освободив прижимную скобу, удаляют готовую конструкцию и вставляют следующую оболочку.
Автор предупреждает, что оба технологические процесса и конструкция установок являются только проектом, реализация которых возможна в ближайшие годы.