Опыт производства литья из магниевых сплавов на Мелитопольском заводе «Автоцветлит»

Производство магниевого литья на заводе «Автоцветлит» было освоено в 1961 г. В настоящее время завод изготавливает из магниевого сплава 46 наименований отливок для различных модификаций силового агрегата автомобиля «Запорожец», 4 наименования отливок для Брянского объединения АвтоВАЗ, 5 наименований отливок для Коломенского завода текстильного машиностроения. Ведется подготовка производства 5 наименований корпусных магниевых отливок (вес отливки с литниками ~70 кг) для автобусов.

Развес магниевых отливок колеблется в пределах от 0,07 до 16 кг. Наиболее эффективным и экономичным для крупносерийного производства является метод литья под давлением. В настоящее время на заводе осуществлен перевод с кокильного литья на литье под давлением 5 наименований отливок, в том числе таких корпусных и крупногабаритных, как картер коленчатого вала, картер коробки передач. Объем выпуска отливок, полученных под давлением, составляет более 40% от общего выпуска литья.

Приготовление магниевого сплава. Плавка магниевого сплава осуществляется в индукционных тигельных печах промышленной частоты ИГТ-1,6 емкостью 1600 кг жидкого магниевого сплава. Плавильная печь состоит из рамы, кожуха, узла «установка индуктора», двух гидроцилиндров и крышки.

Узел «Установка индуктора» состоит из собственно индуктора, 11 магнитопроводов и подовой подготовки, выполняемой из огнеупорного бетона. Индуктор печи однофазный, однослойный, состоит из 2 катушек (рабочей и холостой), выполнен из медной профилированной водоохлаждаемой трубки. Узел при демонтаже печи может быть полностью извлечен из кожуха и заменен запасным, заранее подготовленным.

Плавка магниевого сплава производится в сварном тигле из углеродистой стали Ст. 3. Тигель крепится к узлу «Установка индуктора» с помощью болтов. Сплав разливают, наклонняя печь на угол до 95° с помощью гидравлического механизма наклона.

Токоподвод к печи осуществляется гибкими водоохлаждаемыми кабелями, регулирование мощности печи производится путем изменения напряжения на трансформаторе. Установка водоохлаждаемой магистрали струйного реле PC-ЦНИИ обеспечивает отключение питания печи в случае прекращения подачи воды или при уменьшении расхода воды в магистрали ниже необходимого.

В качестве шихтовых материалов применяются сплав МА8Ц, алюминий, возврат собственного производства и переплав мелкого возврата и стружки. Свежие материалы и крупные литники вводятся без предварительного переплава.

Переплав стружки и мелкого возврата осуществляется в индукционных печах промышленной частоты ИМП-500. Возврат собственного производства перед загрузкой в печь предварительно очищается от загрязнений. Перед загрузкой шихты производится осмотр тигля, загружается 10—20 кг флюса ВИ-2, затем загружается шихта. После расплавления всей навески шихты при температуре 750—760° С в течение 10—15 мин производится электромагнитное перемешивание сплава и рафинирование его флюсом ВИ2. Готовый сплав переливается в нагретый до темно-красного свечения тигель раздаточной печи емкостью 350 кг.

Доводка сплава. Доводка заключается в модифицировании и рафинировании. Модифицирование производится введением в расплав колокольчиком магнезита, предварительно измельченного до кусочков размером 10—20 мм и просушенного при температуре 120—150° С в течение 2—3 ч.

Модифицирование продолжается 8—12 мин до прекращения выделения пузырьков на поверхности расплава. Недостатком данного метода модифицирования следует считать возможность загрязнения сплава примесями магнезита и окисление сплава. После модифицирования сразу же приступают к рафинированию. Рафинирование производится путем интенсивного перемешивания сплава шумовкой с равномерным присыпанием зеркала флюсом ВИ2.

Процесс рафинирования сплава сводится к смачиванию флюсом неметаллических включений, их адсорбции и отделению от сплава. Присутствующие во флюсе фтористые соли способствуют лучшему отделению флюса от металла и частично растворяют окислы, улучшая тем самым рафинирование сплава. Рафинирование производится 7—10 мин до получения блестящей поверхности зеркала сплава. По окончании доводки сплав подвергается отстою в течение 15—20 мин.

Эффект модифицирования и рафинирования оценивается визуально по излому технологического образца. Излом должен иметь мелкозернистую матовую поверхность. В случае получения неудовлетворительной структуры сплава производится повторное модифицирование с последующим рафинированием.

Заливка сплава. Кокильное литье. Заливка сплава в кокили осуществляется вручную чайниковыми ковшами различной емкости в зависимости от заливаемой детали. Все кокили установлены на механизированные кокильные станки с гидравлическим приводом и на кокильные машины Л-500 и Л-507.

Конструкцией машин предусмотрено устройство для кантовки и перемешивания отдельных элементов кокиля. Элементы кокиля монтируются на плитах, которые перемещаются с помощью гидроцилиндров. Конструкция машин позволяет получать с высокой производительностью отливки хорошего качества.

На заводе разработаны и изготовлены кокильные станки, конструкция которых определена габаритами и конструктивными особенностями изготовляемых на них отливок.

Для получения плотных, бездефектных отливок необходима такая литниковая система, которая обеспечивала бы плавное, без ударов и завихрений заполнение сплавом и создала бы положительный температурный градиент, обеспечивающий направленную кристаллизацию. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяет вертикально-щелевидная система с так называемым колодцем. В данном случае сплав поступает по змеевидному стояку в колодец (теряя при этом скорость), из которого через питатели спокойно, без завихрений заполняет форму, где возникает положительный температурный градиент.

Рабочие полости кокилей покрывает термостойкой краской на основе пирофиллита.

Создание направленного затвердевания и качественного питания отливки, что благоприятно сказывается на структуре отливки, достигается путем варьирования толщины слоя окраски.

Кокили перед началом работы подогреваются с помощью электронагревателей до температуры 300—350° С. Для предотвращения окисления магниевого сплава при заливке разъем кокилей и литниковые чаши посыпают молотой серой, а сплав в раздаточных печах находится под слоем флюса, который в процессе разбора постоянно обновляется.

Литье под давлением. Производство корпусных отливок под давлением на заводе начато в 1970 г. Все пресс-формы для литья оснащены системами охлаждения. Основной функцией системы является подвод охлаждающей жидкости к каждой детали формы в том случае, когда заданная температура отдельной части достигнута или превышена. С этой целью в каждой части пресс-формы встроен термоэлемент, который передает температуру на его измерительной точке к прибору для указания и регулирования температуры в системе охлаждения. Пресс-формы снабжены устройством для смазки трущихся поверхностей.

Получение высококачественных отливок методом литья под давлением зависит главным образом от правильного выбора технологических параметров.

Заполнение рабочей полости формы происходит в течение долей секунды, поэтому должно обеспечиваться сваривание отдельных струй и брызг металла до его затвердевания. Процесс литья под давлением характеризуется высокой скоростью прессования и большим удельным давлением на сплав.

При определении скорости прессования пользуются формулой неразрывности струи: vf = const.

Площадь сечения питателя зависит от выбранного значения скорости впуска и от времени заполнения, которое определяется из условий сохранения жидкотекучести сплава при движении его в полости формы и которое для отливок из магниевого сплава со средней толщиной стенки до 6 мм равно 0,049 сек: f = Q/yvт.

Для определения скорости прессования машины оснащены специальными приборами для замера скорости движущегося поршня. Регулировать скорость поршня можно, открывая либо главный запирающий вентиль, либо игольчатый клапан прямого прессования, а также изменяя диаметр камеры прессования.

Для изучения характера течения жидкого металла в пресс-форме применяется метод малых доз, сущность которого заключается в заливке неполной дозы металла в камеру прессования. При разрезе отливок, полученных малыми дозами, обнаружены крупные газовые раковины по всему сечению. При увеличении дозы сплава крупные раковины наблюдаются в утолщенных сечениях отливки. Слияние отдельных потоков вызывает образование воздушных мешков и волосовин.

Источники газов в отливке: влажная, грязная шихта, некачественное приготовление сплава, неудачные конструкции пресс-форм и тип литниковой системы, очень большая скорость прессования, высокая температура сплава, а также смазка. Поэтому основным недостатком процесса литья под давлением является газоусадочная пористость, которая снижает прочность, герметичность, коррозионную стойкость.

В направлении снижения газоусадочной пористости нами проведена большая работа по подбору оптимальной температуры пресс-форм и сплава, сечения питателя, диаметра камеры прессования, состава смазок.

При литье под давлением питание отливки осуществляется со стороны прессостатка. Надежное питание отливки обеспечивает двойной поршень, который передает прессовое усилие, минуя затвердевший слой в камере. Перевод отливок с кокильного литья на литье под давлением позволил уменьшить вес отливок за счет уменьшения припусков на механическую обработку и утонения стенок на 25—30%, увеличить выход годной продукции на 10%, повысить производительность труда более чем в 3 раза, улучшить условия труда и культуру производства.

Экономический эффект, полученный в народном хозяйстве за счет перевода с кокильного литья на литье под давлением 5 наименований магниевых отливок, составил более 1,5 млн. руб.