Способ центробежного литья и установка для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦ 14 АЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) Ш) Заи В 22 О 1304 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ С ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР(21) 3484434/22.02 (22) 10.08.82 (46) 23.12,83. Бюл, У 47 (72) Ю, П. Поручиков, Р, И, Силин, В. М. Ми. лаев, В. К. Гусев, В. А. Авдеев. А. С. Ярослав. цев) А, Г. селищев, А. В. Проконьев, И. Н. Ов. чинников и В. А. Рямов (71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени иолитехиическнй институт им; С. М, Кирова, Уральский ордена Трудового Красного Знамени государственный институт по проектированию металлургических заводов и Кушвинский завод прокатных валков и ремонта тепловозов (53) 621;74042 (088.8) (56) 1. Юдин С. В. и др. Центробежное литье. М "Машиностроение", 1972, с. 19.2, Авторское свидетельство СССР по заявке У 32387%/22-0 Щ, кл. В 22 О 1304 1981.3. Авторское свидетельство СССР У 550231, кл, В 22 О 13/04, 19754. Хант Д. Х. Дювмика несжигаемыхжидкостей. М., "Мир", 1967, с. 32.(54) СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЪЯ ИУСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1, Способ центробежного литья, включающий установку стержня в изложницу, враще.ние изложницы и стержня н заливку металлав изложницу с последующей его кристаллизацией, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью улучшения.качества, снижения себестоимости, уменьшения ликвацни в отливке иформирования пористых слоев в отливке, вращение изложницы и стержня осуществляют вразных направлениях, а в период кристаллизации отливки в полость между изиожннцей истержнем подают инертный газ.1061920 2, Установка для осуществления способа центробежного литья по п. 1, содержащая из. ложницу, соосно расположенный стержень с литниковыми каналами, заливочную воронку и привод вращения изложницы, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью улучшения качества отливок, снижения себестоимости, . 1Изобретение относится к литейному произ. водству и может быть использовано в метал. , лургии и машиностроении для изготовления отливок типа втулок, полых прокатных валков, бандажей, опорных стоек, обечаек с цилиндри. ческой или фасонной наружной и внутренней поверхностью, преимущественно в тех случаях, когда внутренняя часть отливки работает в условиях отсутствия сосредоточенных контакт. ных силовых воздействий, Изобретение позво. ляет снизить расход металла, уменьшить массу машин и механизмов, в которых используются такие детали, в ряде случаев обеспечить повышение стойкости деталей.Известен способ центробежного литья по. лых отливок, заключающийся в том, что сплав заливают на внутреннюю поверхность вращаю. щейся формы, Вращательное движение расплаву сообщается от внутренней поверхности формы за счет сил трения 1Этот способ производства требует повышенных частот вращения формы, особенно при производстве толстостенных отливок и отливок, имеющих внутреннее отверстие малых диамет. ров, что приводит к ликвации компонентов сплава и к возникновению трещин в отливе,Известен и другой способ и устройство дпя получения отливок в силовом центробеж. ном поле в стационарной форме. В этом случае в процессе заливки металл подвергают центрифугированию в литниковой системе, а в дальнейшем энергия к расплаву подводится за счет вращающегося стержня, установленного в изложнице. Угловую частоту вращения слоев расплава в форме уменьшают в направлении от внутреннего к наружному слою по закону З 5 %=В - Кдогде М/ - угловая частота вращения внуотреннего слоя расплава в форме.Ф - утловая частота вращения слоярасплава, расположенного нарасстоянии флот наружной поверхности стержня;К - коэффициент. уменьшения ликвации и формирования лорис. тых слоев в отливке, она дополнительно снабжена приводом вращения стержня, выполнен. ным в виде центрального приводного вала, в котором выполнены осевой и радиальный ка. налы для подачи инертного газа в полость между изложнмцей и стержнем. 2Описанный способ реализуется с помощью устройства, содержащего неподвижную форму, заливочную воронку, стержни с рассекателями, образующими между собой литниковые каналы, Стержни закреплены в подшипниках и снабжены механизмом вращения, Кроме того, имеются затворы, предотвращающие вытекание расплава, и ролики, обеспечивающие проворачивание изложницы в аварийной ситуации. Расплав через литниковую воронку попадает в литниковые каналы вращающихся стержней, где подвергается центрифугированию. Через литники он поступает в форму. Последующее вращение расплава в форме обеспечивается эа , счет подвода энергии к расплаву от поверхности вращающихся стержней.Этот способ имеет неоспоримые преимущест ва, особенно при изготовлении крупных отливок, так как при его реализации не требуется вращать громоздкие формы большой массы, за . счет чего существенно снижается расход энер. гии 2.Однако он не лишсн и недостатков. Одним иэ них яв.пяется меньшая напряженность сило. вого центробежного поля при затвердевании расплава в форме. При необходимости изготовления двухслойных отливок требуется двухстадийная заливка сплава, которая сопровождается заменой стержня, что связано с определенными трудностями, Рассмотренный способ не позволяет получить толстостенные заготовки беэ ликвации компонентов сплава по поперечному сечению и высоте отливки. Наиболее близким к изобретению по тех.нической сущности и достигаемому реэульта.ту является способ центробежного литья,включающий установку стержня в заливкуметалла в изложницу с последующей егокристаллизацией. А также установка для егореализации, содержащая изложницу, сооснорасположенный стержень с литниковыми кана.лами, заливочную воронку и привод вращенияизложницы 3.3 1061920 4Недостатком известного способа и установ.ки для его реализации является низкое качество отливок, высокая себестоимость иболыиая ликвация в отливке 43,Целью изобретения является улучшениекачества, снижение себестоимости и уменьше.ние ликвации в отливке, а также формирование пористых слоев в отливке,Поставленная цель достигается тем, что вспособе центробежного литья, включающемустановку стержня в изложницу, вращениеизложницы и стержня и заливку металла визложницу с последующей его кристаллизаци.ей, вращение изложницы и стержня осущест.вляют в разных направлениях, а в периодкристаллизации отливки в полость между из.ложницей и стержнем подают инертный газ.А также тем; что установка для центробежного литья, содержащая изложницу, соосно расположенный стержень с литниковымиканалами, заливочную воронку и привод вращения изложницы, которая дополнительноснабжена приводом вращения стержня, выпол.ненным в виде центрального приводного вала,в котором выполнены осевой и радиальныйканйлы для подачи инертного газа в полостьмежду изложницей и стержнем. 35 Изменением угловой частоты вращения фстержня и формы (коаксиальных цилиндров) можно регулировать напряженность силового центробежного поля и интенсивность перемещения расплава, обеспечивая получение качественных отливок, плотных, без ликвации, с улучшенными механическими свойствами.Особенно эффективна такая технология при изготовлении толстостенных отливок из ши.рокоинтервальных сплавов, которые мало при.меняются при центробежном литье. Наличие вращающихся в противоположных направлеии.ях формы и стержня обеспечивает интенсив,ное перемешивание расплава в форме при затвердевании, отчего выравниваются температу. ры по толщине стенки отливки, возрастает суммарная теплопроводность сплава и ускоря. ется теплоотвод и затвердевание отливки, Для более интенсивного перемешивания расплава из кольцевой полости под стержнем в форму подают инертный газ, который, проходя через расплав, усиливает теплообмен, Вследствие этого кристаллизация осуществляется при наличии большого количества твердых зародышей во всем объеме жидкого расплава, что благоприятствует формированию в отливке мелко. зернистой структуры с круглым зерном. Одновременно газ формирует пористый внутренний слой отливки, который не снижая прочности изделия, обеспечивает уменьшение расхода металла. 20 25 ЗО 40 45 50 55 При затвердевании отливки, когда градиент температур по толщине стенки незначителен, наблюдаются минимальные остаточные напря жейия, поэтому в отливках отсутствуют трещины, Предотвращению трещин способствует и наличие пористого слоя. Положение и шири. ну пористого слоя по толщине стенки можно менять за счет изменения скорости вращения формы и стержня, Для случая, когда угловая частота вращения внутреннего слоя равна Ввн и радиус слоя гв, а дпя наружного соответственно В и г+, и В.ьн= фн граница междунслоями должна располагаться на расстоянии г от центра вращенияН(последнее справедливо при условии наличия расплава в жидком состоянии), В процессе затвердевания эта граница смещается к вну. тренней поверхности отливки.На чертеже представлена установка, общий вид,Установка состоит из заливочной воронки 1, сменной изложницы 2 и стержней 3, в которых выполнена литниковая система,система привода 4 и 5 во вращение изложницы и стержня. Вал привода стержня заканчивается конусным приспособлением 6 для центровки и крепления стержня и снабжен каналами 7 (осевым и радиальным) дпя подачи инертного газа. Форма устанавливается в,центрирующем ме. ханизме 8. Между формой и стержнем имеется кольцевая полость, которая формирует отливку 9.В процессе изготовления отливки 9 изложница 2 и стержни 3 вращаются в разные стороны с технологически необходимой скоростью, а через каналы 7 подается инертный газ, который поступает в полость между стержнем и изпожницей, Вследствие повышенного давления газа и центробежного эффекта, обуслов. ленного вращением стержня, предотвращается затекание расплава в полость (зазор) под стержень, Газ в виде пузырей удаляется через слой расплава, формируя при этом порис; тый слой отливки, Установка работает следуюцшм образом. Через воронку 1 и литниковую систему вращающаяся изложница 2 заполняется рас плавом. В процессе заливки стержень 3 вращается в противоположную сторону с технологически необходимой скоростью. Вследствие силового взаимодействия расплава с формой и стержнем в нем возникают тороидальные завихрения, обеспечивающие непрерывное пе. ремешивание расплава по толщине слоя и высоте отливки, что повышает суммарную теплопроводность сплава и способствует ускоЗаказ 10113/11 Тираж 813 Подписное ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 5ренному затвердеванию отливки, Непрерывное перемешивание расплава и ускоренное его эатвердевание предотвращают возникновение ликвации в отливке.Для предотвращения попадания расплава в кольцевую полость между стержнем 3 и иэложницей 2 в нее через осевой и радиальный канапы 7 подается под давлением инертный газ. Избыточный газ через слой расплава удаляется в виде пузырей, усиливая его пере мешивание и охлаждение, Одновременно гаэ способствует формированию пористого внутреннего слоя. отливки. По мере затвердевания расплава изменяеТся число и размеры тороп. дов, что обеспечивает изменение температур-. ного поля отливки в благоприятном направлении, способствует выравниванию температур по сечению.П р и,м е р, На лабораторной центробеж. ной установке с вертикальной осью вращения не удавалось получить из моделирующихсоставдв отливки с цилиндрической внутренней полостью даже при угловой частоте вращения 100 - 120 1/с. На установке, изготовленной согласно предлагаемому способу цилиндрическую полость в отливке О д 1, равном 76 35 100 мм, удалось получить при В,н= = 62,8 1/с и В= 62,8 1/с, На прозрачных моделирующих жидкостях и таких же формах было обнаружено интенсивное перемешивание жидкостей по толщине слоя. В отливке иэ парафина пористый слой находился на рес. стоянии 22 - 24 мм от центра отливки или на расстоянии 4,5 - 6 мм от внутренней поверх. ности отливки. Таким образом в условиях замедленной кристаллизации (затвердевал парафин) при В формы = -В стержня, чис. лепно равных 62,8 1/с в затвердевающем слое образуется в определенном месте пористый слой, Его расположение меняется в зависимости от угловой частоты вращения фор. мы и стержня. Наблюдаемые явления согла 1061920 6суются с общими положениями гидродинами.ки.В настоящее время заканчивается изготовление промышленной установки средней мощ.ности и проектируется машина для производства крупных отливок (с внешним диаметромболее 1500 мм).В качестве базового объекта рассмотренспособ центробежного литья и машина с вер 1 п тикальной осью вращения, его реализующая.При получении полых отливок на таких уста.ковках внутренняя поверхность их соответствует параболоиду вращения. В результате повысоте отливки меняется толщина стенки, Взависимости от угловой частоты вращенияэта разница толщины стенки внизу и вверхуотливки меняется, В последующем при меха.нической обработке полученную конусностьнадо устранить, что делается за счет срезанияна станках значительного количества металла,Предлагаемый способ дает возможность полу.чить цилиндрическую внутреннюю полость. Засчет этого экономится 5 - 10% металла и умень-шается обьем механической обработки.э 5 Например, для бандажа наружным диамет.ром 400 мм, толщиной 150 мм и высотой600 мм при угловой частоте вращения фор.мы 41,8 1/с (400 об/мин) экономия металласоставляет 5%, а при увеличении высоты тогоже бандажа до 1000 мм экономия металлаувеличивается до 7,3%,Уменьшение толщины стенки и продувкарасплава газом ускоряют охлаждение и обес.печивают примерно на 7% сокращение общегоцикла изготовления отливки, что позволяетувеличить производительность машины на 5%.Малые угловые частоты вращения стержняи формы (они уменьшаются в 1,5 - 2,5 раза)обеспечат более экономные режимы эксплуатации машины, возрастет их долговечность,4 О уменьшатся ремонтнь 1 е расходы, сократится