Метод непрерывного литья алюминия

Способ непрерывного литья алюминиевых сплавов

В способе непрерывного литья алюминиевых сплавов для получения слитка с однородной мелкозернистой структурой предложено регулировать интенсивность движения расплава в жидкой лунке кристаллизующегося слитка. Это достигается за счет подачи расплава в кристаллизатор через распределительную коробку под меникс в горизонтальном направлении со скоростью, величину которой у фронта кристаллизации устанавливают в пределах 0,05 . 0,06 м/с. 1 табл.

Изобретение относится к непрерывному литью металлов, а именно алюминиевых сплавов.

Известен способ непрерывного литья металлов, включающий подвод металла через распределительную коробку под мениск в кристаллизаторе в горизонтальном направлении со скоростью истечения 0,14 м/с.

Известный способ не гарантирует в выплавленном слитке однородной мелкозернистой структуры. Более, чем в 90% случаев крупногабаритные слитки имеют веерную структуру, которая снижает технологическую пластичность литого металла и эксплуатационные характеристики изготовленных из него полуфабрикатов.

Заявляемый способ решает задачу получения алюминиевого слитка с однородной мелкозернистой структурой, которая устраняет перечисленные недостатки.

При литье алюминиевого слитка предлагаемым способом регламентируется интенсивность движения расплава в объеме лунки кристаллизующегося слитка.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе непрерывного литья алюминиевых сплавов, включающем струйную подачу расплава в кристаллизатор через распределительную коробку под мениск в горизонтальном направлении с заданной скоростью и вытягивание слитка, в соответствии с изобретением скорость течения струй расплава у фронта кристаллизации устанавливают в пределах 0,05-0,06 м/c.

Расплав, подходящий с такой скоростью к фронту кристаллизации, размывает растущие кристаллы с образованием большого количества центров кристаллизации. В результате в слитке формируется однородная мелкозернистая структура.

При скорости менее 0,05 м/с появляются веерные кристаллы, снижающие технологическую пластичность металла, а также увеличивается размер макрозерна. При скорости течения более 0,06 м/с в месте течения струй структура измельчается в большей степени, чем между струями, что приводит к образованию мелкозернистой неоднородной структуры типа «треф».

Скорость течения расплава в указанных пределах устанавливают подбором размеров распределительной коробки в зависимости от размера кристаллизатора и заданной начальной скорости струи.

П р и м е р. Алюминиевый расплав с определенной скоростью по желобу подают в установленную на кристаллизаторе распределительную коробку, имеющую отверстия в боковой поверхности, опущенные под мениск лунки жидкого металла. Размеры распределительной коробки и диаметр отверстий задают заранее.

Расплав вытекает через эти отверстия горизонтально направленными струями с заданной скоростью, перемешивая жидкий металл в лунке. По мере кристаллизации слитка его вытягивают вниз.

Проведено опытное литье слитков диаметрами 680 мм и 960 мм при различных скоростях течения расплава.

Результаты приведены в следующей таблице.

СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий струйную подачу расплава в кристаллизатор через распределительную коробку под мениск в горизонтальном направлении с заданной скоростью и вытягивание слитка, отличающийся тем, что скорость течения струй расплава у фронта кристаллизации устанавливают в пределах 0,05-0,06 м/с.

Источник

Вертикальное литье алюминиевых слитков

Литейные столы для вертикального литья слитков

Литейный стол вертикальной литейной машины – это конструкция, которая предназначена для размещения кристаллизаторов и системы распределения охлаждающей воды для равномерной ее подачи в каждый кристаллизатор.

Применяют два типа литейных столов:

  • отъезжающий литейный стол: отъезжает по рельсам в сторону от своего положения во время литья;
  • поворотный литейный стол: поворачивается вокруг оси на одном из своих краев на угол около 95º; поднимается и опускается гидравликой.

Для обоих типов столов важна точная и жесткая установка кристаллизаторов литейного стола относительно затравок (стартеров) на платформе. Эта точность должна быть в пределах 0,1 мм.

Системы вертикального литья слитков

Применяют две основные системы литья:

  • литье с открытым верхом – системы поплавкового типа и
  • литье с тепловыми надсадкам – системы Hot Top.

Кроме того, системы литья с тепловыми надсадками подразделяются по системам смазки расплава в кристаллизаторе:

  • ручная смазка перед началом разливки;
  • непрерывная смазка в ходе всего литья.

Поплавковые системы литья

Поплавковые системы литья – системы с открытым верхом – это старая проверенная технология, которая широко применялась еще в 1980-90 годы. В настоящее время в Европе и Северной Америке они повсеместно заменены на системы литья с тепловыми надсадками.

На рисунке 1 представлена фотография литейного стола с поплавковой системой литья во время литья алюминиевых слитков-столбов.


Рисунок 1 – Литейный стол с поплавковой системой литья

Единственное преимущество поплавковой системы литья заключается в том, что оператор видит расплавленный алюминий на всех этапах его движения в кристаллизатор. В случае проблем с каким-либо кристаллизатором оператор перекрывает соответствующую питающую трубку, и литье продолжается уже без этого кристаллизатора.

При полунепрерывном литье алюминия кристаллизаторы требуют обязательной смазки. Смазывание кристаллизаторов поплавковой системы литья производят вручную перед началом литья. Смазка имеет густую консистенцию и специальный состав, способный выдерживать условия литья. В принципе, такой смазки может хватать для литья столбов длиной до 6 метров. Однако, остается проблема однородности смазки в начале и в конце литья, и поэтому при однократной смазке кристаллизаторов обычно льют столбы длиной 4-5 метров.

Для слитков-столбов диаметром 152 мм скорость литья составляет 110-130 мм в минуту.

На рисунке 2 показан общий вид системы поплавкового литья во время разливки алюминиевых слитков-столбов.


Рисунок 2 – Поплавковая система литья

Системы литья Hot Top

Литье слитков-столбов методом литья с тепловыми надсадками или, как его чаще называют, методом литья Hot Top, в настоящее время является стандартной технологией. Она имеет общий уровень металла во всех литейных каналах стола, вместо различных уровней металла в каждом кристаллизаторе, как это применяется в поплавковых системах.

Рисунок 3 – Литейный стол с системой литья Hot Top

Уровень металла на входе в кристаллизатор находится ниже общего уровня металла в системе каналов литейного стола. Вход в кристаллизатор максимально “утеплен” теплоизоляционным стаканом. Отсюда происходят термины “закрытый верх”, Hot Top и “тепловая надсадка”.


Рисунок 4 – Система литья Ноt Top

Для смазки кристаллизаторов обычно применяют систему непрерывной подачи смазки через пористое графитное кольцо, которое установлено в каждом кристаллизаторе.

Преимуществом системы литья Hot Top является то, что она обеспечивает:

  • более равномерное и мелкое зерно в структуре слитков;
  • снижение степени сегрегации легирующих элементов в поверхностном слое слитков;
  • более высокое качество поверхности слитков;
  • увеличение скорости литья.

Система Hot Top дает возможность более плотного размещения кристаллизаторов. Поэтому большие литейные машины могут одновременно отливать до 100 слитков-столбов.

Кристаллизаторы: первичное и вторичное охлаждение

Обе системы литья – поплавковая и Hot Top – имеют алюминиевые кристаллизаторы, которые задают расплавленному металлу заданную форму. Охлаждающая вода подается во внутренний канал кристаллизатора, чтобы поддерживать низкую температуру стенки, которая соприкасается с жидким алюминием. За счет этого первичного охлаждения вблизи стенки кристаллизатора формируется первоначальная затвердевшая, довольно тонкая, оболочка слитка.

Охлаждающая вода затем попадает через щель кристаллизатора непосредственно (прямо) на только что образовавшуюся поверхность слитка и обеспечивает дальнейшее затвердевание слитка. Поэтому этот способ литья называется литьем с прямым охлаждением. Эта интенсивная подача воды на выходящий из кристаллизатора слиток обеспечивает так называемое вторичное охлаждение и затем каскадом идет вниз вдоль слитка в литейный колодец.

Цикл литья столбов: от старта до выемки из колодца

Кратко и схематично процесс литья столбов состоит в следующем:

  • Для всех систем литья перед стартом каждой разливки в дно каждого кристаллизатора с точностью до 0,1 мм на заданную глубину заходит так называемая затравка или «стартер».
  • Подается охлаждающая вода с заданным стартовым расходом.
  • На старте разливки кристаллизатор представляет собой своего рода чашу, в которую заливаются первые порции жидкого металла.
  • Затем, после некоторой паузы из нескольких секунд, стартеры вместе с платформой начинают двигаться вниз.
  • Расход воды увеличивается.
  • Через некоторое время из кристаллизатора появляется только что сформировавшийся слиток (см. рисунки 1-4).
  • Далее этот процесс непрерывно продолжается до достижения заданной длины слитков.
  • При достижении заданной длины слитков прекращается подача металла, плавно снижается скорость литья, снижается и прекращается подача воды.
  • Платформа медленно опускается вниз и выводит головки слитков вниз из кристаллизаторов.
  • Литейный стол отъезжает или откидывается из литейного положения.
  • Столбы с помощью крана извлекаются из литейного колодца и складируются на специальной площадке.
  • Литейный стол проходит соответствующее техническое обслуживание и снова устанавливается в литейное положение.
  • Платформа медленно поднимается и вводит затравки в кристаллизаторы на заданную глубину.
  • Литейный стол готов к новой разливке.

Системы непрерывной смазки кристаллизаторов

В настоящее время для систем литья типа Hot Top, особенно на больших литейных машинах, чаще всего применяют системы непрерывной смазки кристаллизаторов, которые подают смесь масла с газом или смесью газов: воздуха, аргона, азота. Это дает возможность получать алюминиевые слитки-столбы с гладкой однородной поверхностью, что затем благоприятно сказывается на качестве прессованных алюминиевых профилей.

Источник: Материалы фирмы Ashford Engineering Service, 1997

Источник

Особенности литья алюминия под давлением

Литье алюминия под давлением является одним из востребованных процессов обработки металла, из которого с помощью воздействия высоких температур создают изделия любой нужной (даже самой сложной) конфигурации. Алюминиевое литье под давлением используется на производстве для создания качественных, прочных и надежных деталей, отличающихся неповторимыми свойствами.

Описываемый процесс относится к числу полностью механизированных манипуляций, в ходе которых расплавленный металл подается в специальную разъемную форму под искусственно созданным давлением с помощью поршня, движущегося с достаточно большой скоростью.

Такой способ отливки гарантирует отсутствие усадки и высокий уровень точности выполнения работ. В процесс такого создания деталей практически исключено существование бракованных изделий. Это является одним из важнейших преимуществ описываемого процесса. Созданные таким образом детали и другие изделия нашли применение в:

  • приборостроение;
  • машиностроение;
  • авиастроение.

Алюминий – мягкий, но весьма прочный металл, которые сложно поддается различным видам обработки, но отличается довольно низкой температурой плавления, позволяющей заниматься его литье даже в домашних условиях или в условиях небольшой мастерской. Конечно наиболее точный налаженный процесс возможен при использовании профессионального оборудования, установленного в производственных цехах.

Литьё под давлением алюминиевых сплавов — какие сплавы лучше?

1. Сплав АК12, называемый также силумин, — это смесь алюминия с кремнием, в которую добавляется небольшое количество магния (до 0,5%). Сплав является одним из самых твердых из всего многообразия смесей на основе алюминия. Также он характеризуется низкой литейной усадкой и герметичностью. Активно применяется для литья под давлением благодаря тому, что не дает трещин в процессе создания заготовок. Используется для производства деталей, работающих под небольшой нагрузкой.

2. Алюминиевый сплав АК12М2 производится добавлением в расплавленный алюминий небольшого числа кремния (от 11 до 13%), меди (1,8-2%) и железа (0,6-0,9%, в основном для того, чтобы заготовка лучше отделялась от формы). Применяется, в основном, для изготовления алюминиевых чушек и фасонного литья.

3. Сплав АК9 производится смешиванием алюминия с кремнием (85-90% + 8-11%) и добавлением небольшого количества примесей: никеля (до 0,3%), меди (до 1%) и цинка (до 0,5%). Сплав характеризуется высокой прочностью, однако не отличается пластичностью. Он используется для производства деталей самолетов, элементов сложных приборов и других заготовок, способных выдерживать высокие нагрузки, но не подвергающихся повышенным вибрациям.

4. Алюминиевый сплав АК9М2 благодаря удачному соотношению алюминия, кремния и меди отличается наиболее сбалансированным соотношением твердости к пластичности. Благодаря его физическим свойствам, сплав активно применяется для производства ненагруженных деталей, корпусов и деталей для различных приборов. Может подвергаться искусственному старению и закалке.

5. Сплав АК5М2 считается одним из самых популярных в системе алюминий-кремний-медь. Он отличается не только высокой прочностью и относительной пластичностью, но и дешевизной. Применяется сплав для «неответственного литья»: производства алюминиевой посуды, фасонных отливок, ненагруженных деталей и т.д.

Литье алюминия под давлением или в кокиль – это быстрый и относительно недорогой способ получить большие партии заготовок и деталей для машиностроительной, медицинской или пищевой промышленности. В зависимости от конкретных задач, можно выбрать тот или иной сплав, наиболее точно отвечающий конечным условиям эксплуатации изделия.

Что такое литье алюминия под давлением сегодня?

Сегодня литье алюминия под давлением – это полный цикл производства изделия, который может начинаться с проектирования линейной оснастки до получения готовой заготовки на выходе.

Суть процесса в заполнении расплавленным алюминием специальной пресс-формы, изготовленной по шаблону или индивидуальному заказу. Литье алюминия под давлением позволяет недорого получать достаточно сложные изделия благодаря его низкой температуре плавления. Готовые детали могут весить от нескольких грамм до десятков килограмм и имеют самые широкие сферы применения.

Для чего в алюминиевом литье используется давление?

Литье алюминия под давлением производится для увеличения скорости заполнения пресс-формы, а также расширения возможностей детализации изделий. В современном производстве для литья заготовок из алюминия и других цветных металлов применяется давление от 35 до 700 МПа.

Подобным образом сегодня с минимальными затратами возможно отливать детали из алюминия на заказ для автомобильной (алюминиевые блоки двигателей, мелкие запчасти), медицинской и пищевой промышленности, а также многочисленные детали для производства бытовых приборов, сантехнического оборудования и многого другого.

Среди преимуществ литья алюминия под давлением можно назвать высокую производительность, отличное качество поверхности готовых изделий (5-8 класс), а также высокую точность детализации готового изделия (3-7 класс).

Подготовка к процессу

В процессе литья алюминия под давлением расплавленный металл заливают в специально подготовленные формы, нагнетая его с помощью поршня.

Поршень, движущийся с большой скоростью, не дает возможности горячему металлу изменить запланированную форму и полностью устраняет их его массы пузырьки воздуха, обеспечивая отсутствие усадки.

Распределение горячей массы жидкого алюминия происходит стремительно, подготовленная форма заполняется очень быстро, после чего вся масса, заполнившая ее, постепенно застывает в точности повторяя установленную конфигурацию детали.

При изготовлении элементов с полостями используются машины, оснащенные специальными поршнями, обеспечивающими проникновение внутрь заполненной формы.

Процесс литья под давлением алюминиевых сплавов получил широкое распространение, а изготовленные таким образом детали, пользуются огромным спросом благодаря высоким показателям ковкости и пластичности исходного материала.

Во время работы используют так называемые пресс-формы, в которых и осуществляется процесс литья алюминия под давлением.

Особенности производственного процесса

Литье алюминия под давление на производстве используется для изготовления деталей различных размеров и форм, а также других отливок. Во время производственного процесса нагретый до температуры 600˚Цельсия расплавленный алюминий под большим давлением подается в изготовленную из стали пресс-форму.

Главные отличительные черты и особенности литья, осуществляемого в условиях производственных цехов:

  • быстрое нагревание металла до температуры плавления;
  • точная подача определенного количества сырья, предназначенного для отливки;
  • полная автоматизация производственного процесса;
  • создание достаточно высокого давления для качественного выполнения работ.

Все это позволяет получать качественные детали и составляющие машин и приборов, изготовленные с высокой точностью и в самые короткие сроки. Еще одна отличительная черта, которая может быть признана преимущество изготовления деталей из алюминия при помощи литья под давлением – высокая производительность при минимальной трудоемкости процесса.

Производители пользуются этими положительными качествами для создания большого количества качественных деталей различной конфигурации, предназначенных для использования в самых различных областях промышленности.

Неотъемлемое достоинство литья алюминия под давление заключается еще и в том, что изготовленные таким способом составляющие приборов и другие элементы практически не нуждаются в дополнительной обработке, проводимой механическим путем.

Для осуществления всех необходимых операций особой популярностью у производителей пользуется применение машин для литья алюминия под давлением, используемых в условиях производственных цехов.

Это машины, оснащенные камерой прессования:

На многих предприятиях широко используют горизонтально установленные холодные камеры прессования, в которые под давлением подается расплавленный алюминий.

Разнообразие и использование сплавов, необходимые станки и формы

Повышенным спросом пользуются изделия из алюминиевых сплавов:

  • Силумин – сплав алюминия с кремнием. После добавления в его состав магния, конечный продукт становится чрезвычайно прочным. Это один из самых низкоусадочных и высокогерметичных сплавов. При изготовлении не подвержен растрескиванию и используется для создания элементов, подвергающихся небольшим нагрузкам.
  • С целью создания фасонного литья используется сплав, в состав которого помимо самого алюминия входят медь, кремний и железо. Такая заготовка прекрасно отделяется от формы и отличается высокой прочностью.
  • При создании высокопрочных элементов используют сплав алюминия с добавлением кремния, никеля, меди и цинка.

Тот или иной сплав выбирается в зависимости от задач, которые предстоит выполнить изготовленным деталям и нагрузок, которые готовые элементы должны будут выдержать.

Все операции проводят на специально созданном оборудовании, которое может быть использовано как в условиях производственного цеха, так и в небольшой частной мастерской.

Пользуясь специальным оборудованием для литья алюминия можно создавать предметы, необходимые в быту и детали, весьма значимые при сборке различных машин и агрегатов.

Для создания вышеперечисленных сплавов необходимо использование машин, оснащенных как холодной, так и горячей камерами, предназначенными для плавления металла. Машины с горячими камерами необходимы при производстве сплавов, в состав которых введен цинк. Расплавленный металл внедряется во внутреннее пространство пресс-формы постепенно. Он заполняет всю форму.

Во время работы со сплавами, в составе которых содержится магний и медь, отливки производятся благодаря тому, что расплавленный состав внедряется внутрь пресс-формы под довольно большим давлением. Его уровень в определенных ситуациях достигает 700 Мпа. Именно такой способ производства позволяет заметно повысить производительность труда, не повышая трудоемкости процесса, а изготовленным таким образом детали не требуют механической обработки.

Выбор оборудования при создании цеха или организации процесса литья основан на особенностях технологического процесса. При литье алюминия под давлением он заключается в следующем:

  • В раскаленной печи металл нагревается до температуры плавления и переходит в жидкое состояние.
  • В это время в цеху должна быть подготовлена специальная пресс-форма, внутренний контур которой полностью соответствует параметрам будущей детали.
  • Расплавленный металл под большим давлением подается в подготовленную пресс-форму.
  • После остывания из разъемной пресс-формы извлекают готовое изделие.

Сегодня некоторые производители пользуются и другими способами литья. Это может быть литье в землю, песок или цемент, но литье алюминия под давлением дает возможность получить изделие, минимальная толщина стенки которого меньше миллиметра. А все может достигать от 4 до 12 кг.

Устройства

Машины для литья алюминия под давлением отличаются рядом особенных технических характеристик. Зная некоторые параметры и выбирают наиболее подходящее оборудование, на котором предстоит работать:

  • Производительность. Стоимость машины для литья алюминия под давлением напрямую зависит от того, сколько деталей она способна изготовить за один час и при использовании в производственном режиме за 8–10 рабочего времени. Чем выше производительность, те выше стоимость машины.
  • Масса отливок. Этой характеристики зависит и то какими насосами, двигателями поршнями с наконечниками должно быть укомплектовано устройство.
  • Габариты и вес оборудования. Выбор полностью зависит от размера производственного помещения и общих производственных площадей.

Машины, предназначенные для литья алюминия под давлением, имеют непосредственное отношение к крупногабаритной производственной технике, хотя современные производители предлагают и оборудование, созданное для использования на мини-заводах. Большую роль в выборе играет стоимость машины. Она основана на совокупности всех выше перечисленных качеств, которыми должно обладать оборудование, используемое как в производстве, так и в условиях небольшой мастерской.

Большинство современных моделей машин для литья алюминия под давлением оснащены компьютерным блоком, многочисленными датчиками, способными считывать и анализировать данные о выполнении операций, высококлассной гидравлической системой. Сделать правильный выбор можно только сопоставив возможности приобретаемого оборудования и потребности пользователя.

Источник