Применение деталей из магниевых сплавов, изготовленных методом литья под давлением

Отработка техпроцессов получения качественных магниевых отливок проводилась в основном на пресс-формах, спроектированных и изготовленных для литья из алюминиевых сплавов. Доработка пресс-форм проводилась в направлении изменения конструкции с целью улучшения заполняемости рабочей полости и повышения качества поверхности и плотности отливок.

Для улучшения заполняемости рабочей полости формы и повышения качества отливок 1) вводились дополнительно и увеличивались сечения существующих вентиляционных каналов; 2) выполнялись дополнительные промывники; 3) увеличивались сечения и изменялась геометрия подводящих литниковых каналов и питателей.

В случае появления на отливках горячих трещин в процессе кристаллизации увеличивались радиусы переходов между стенками отливки и литейные уклоны, выполнялись более плавные переходы между сечениями разной толщины.

В процессе работы выявлялось влияние основных технологических параметров (температура заливки металла, температура пресс-формы, скорость и усилие прессования, время выдержки отливки в пресс-форме и т. д.) на качество отливок и определялись оптимальные значения этих параметров. Подбор оптимальных технологических параметров заливки производился путем варьирования их до получения годных отливок (см. таблицу).

Перед началом отливки магниевых деталей производился разогрев пресс-формы путем 10—15-кратной заливки алюминиевых сплавов. Заливка магниевого сплава производилась мерными ложками, предварительно разогретыми и промытыми в расплавленном флюсе. Защита расплава в раздаточной печи осуществлялась путем периодической присыпки поверхности порошкообразным просушенным флюсом ВИ2.

Температура заливаемого металла контролировалась переносной термопарой погружения; скорость прессования зависела от числа оборотов вентиля на машине литья под давлением; давление прессования определялось по манометру на узле прессования машины.

Смазка пары пресс-стакан — поршень производилась через 1—3 запрессовки составом; масло индустриальное марки 45 и озоперит марки 75 — по 33%; графит — 34%.

Для смазки рабочей полости пресс-формы использовался технический воск. Смазка наносилась в небольшом количестве на отдельные места формы через 3—10 запрессовок в зависимости от конфигурации отливки.

Для получения качественных отливок необходимо максимально снизить тепловые потери на пути металла от раздаточной емкости к полости пресс-формы. Одним из путей достижения этого результата — применение дозирующих устройств и повышение скоростей прессования и выпуска металла в рабочую полость пресс-формы.

Для производства отливок из магниевых сплавов наиболее пригодны машины с холодной горизонтальной камерой прессования (типа фирмы «Идра»), позволяющие в широких диапазонах регулировать скорости прессования и задавать их необходимые значения (до 5—7,5 м/с). Машины также должны быть снабжены индивидуальным гидропроводом и обладать малым временем холостого хода для обеспечения стабильных температурных условий работы пресс-формы, что имеет решающее значение для производства качественных отливок из магниевых сплавов.

Внедрение технологического процесса литья в производство сопровождается организацией экспериментальных и промышленных участков литья под давлением магниевых сплавов. В зависимости от номенклатуры деталей и их серийности выбирается плавильное оборудование, типы и количество машин литья под давлением, оборудование для термической обработки и защитно-декоративных покрытий.

Общие характерные черты для организованных участков:

а) расположение участков литья под давлением магниевых сплавов на площадях цехов литья алюминиевых сплавов;

б) машины литья под давлением на магниевых участках периодически используются для производства отливок из алюминиевых сплавов;

в) плавильные отделения изолированы от плавильных печей для алюминиевых сплавов;

г) машины литья под давлением и плавильные агрегаты снабжены вентиляцией повышенной мощности.

В качестве плавильных агрегатов используются печи сопротивления со стальными тиглями или индукционные печи. Для рафинирования, выстаивания сплава и промывки литейного инструмента используются тигельные печи сопротивления.

Ввиду того что магниевые сплавы затвердевают быстрее алюминиевых, для получения качественных отливок необходима более высокая скорость прессования (до 5—7,5 м/с) и меньшая продолжительность цикла работы машины литья под давлением.

Экономические показатели действующих в настоящее время участков показывают целесообразность создания крупных специализированных комплексных участков, включая участки нанесения защитно-декоративных покрытий и механообработки для производства отливок крупносерийного и массового производства.

Однако для обеспечения многономенклатурных изделий малых серий (в основном для деталей специзделий и оптических приборов) рационально организовать небольшие плавильные отделения для сплавки магниевых сплавов при участках литья под давлением алюминиевых сплавов с использованием машин литья под давлением как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов.

Внедрение магниевых сплавов в производство требует анализа технико-экономических показателей техпроцесса, окупаемости затрат на их разработку и освоение. Стоимость производства деталей (отливок) методом литья под давлением из магниевых сплавов сравнивается со стоимостью производства отливок из алюминиевых сплавов, так как эти сплавы близки по своим характеристикам.

Анализ зарубежных данных по литью под давлением магниевых сплавов показывает экономическую целесообразность замены ими алюминиевых сплавов при изготовлении аналогичной номенклатуры деталей, так как достигается снижение стоимости единицы объема отливки на 20%, снижение трудоемкости заливки магниевых сплавов на 30—50% за счет уменьшения времени выдержки отливки в пресс-форме, увеличение времени эксплуатации тиглей, плавильного инструмента и пресс-форм на 30%, так как расплавленные магниевые сплавы не реагируют с железом; повышение производительности труда механообработки в среднем на 35%; увеличение стойкости режущего инструмента в 1,5—2 раза. Кроме того, в связи с уменьшением веса изделий сокращаются транспортные расходы.

В то же время следует отметить, что перевод на изготовление отливок из магниевых сплавов взамен алюминиевых имеет ряд отрицательных особенностей, ведущих к увеличению отдельных статей расхода:

1) техпроцесс плавки и разливки усложняется в связи с необходимостью защиты сплавов от окисления;

2) потери угара в процессе плавки возрастают до 7 % и увеличивается расход флюсов;

3) требуется более тщательное соблюдение технологических параметров литья (температура заливаемого металла, скорость прессования, время выдержки отливки в пресс-форме);

4) флюсовые включения в металлическую основу и появление горячих трещин приводит к повышенному проценту брака;

5) из-за низкой коррозионной стойкости отливок из магниевых сплавов они нуждаются в защитном покрытии;

6) склонность магниевых сплавов к возгоранию и взрывоопасность их требует специальных мер по противопожарной безопасности.

Проведены расчеты ожидаемой технико-экономической эффективности от замены алюминиевых сплавов на магниевые при изготовлении литьем под давлением деталей мотопроизводства.

Основная доля экономического эффекта приходится на технологическую себестоимость по изменяющимся статьям затрат.

Новые капитальные вложения при переходе на магниевые сплавы, идущие главным образом на приобретение специализированного оборудования, компенсируются в основном уменьшением числа металлорежущих станков и площадей под них в цехах механической обработки (в среднем в 1,6—1,8 раза).

Экономия на технологической себестоимости достигается за счет уменьшения затрат на материалы (основные) с транспортно-заготовительными расходами, зарплату с начислениями, электроэнергию и газ, инструмент, тигли и ковш, текущий ремонт, содержание оборудования и площадей.

Однако, как показал практический опыт изготовления малых серий деталей из магниевых сплавов на ряде предприятий, прямой экономии по себестоимости изготовления деталей из магниевых сплавов в сравнении с алюминиевыми не наблюдается. Все технологические расходы, отнесенные к 1 т магниевого литья, выше, чем соответствующие расходы для алюминиевого литья.

Более того, стоимость литья из магниевых сплавов, эквивалентного по количеству отлитых деталей 1 т алюминиевого литья, также получается выше примерно в 1,5 раза. Это объясняется отсутствием на предприятиях специализированного оборудования как литейного, зачистного, так и оборудования для механической обработки, что не позволяет получить экономические преимущества на операциях плавки, заливки, механической обработки; недостаточной освоенностью технологического процесса литья и защиты магниевых сплавов и отсутствием квалифицированных рабочих на этих операциях, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления деталей и повышению затрат на брак; относительно высокой стоимостью защитно-декоративных покрытий.

Тогда же, когда при переходе на магниевые сплавы снижение веса деталей позволяет значительно улучшить другие технико-эксплуатационные характеристики, эффект от замены алюминиевых сплавов магниевыми получается весьма заметным.

В настоящее время замена конструкционных материалов, в частности на основе алюминия, на магниевые сплавы целесообразна только в том случае, когда снижение веса изделия имеет преобладающее значение при оценке его технико-экономических характеристик, например для оптических изделий и электропилы.

В перспективе при создании комплексного специализированного производства применение магниевых сплавов, кроме функциональных преимуществ, будет экономически целесообразно.