Способ изготовления отливок

(53)5 В 22 О 27/00, 13 ОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ стью залитой и г мы производят которая не долж значения пмин и ражений; пмин м,и 1 а В 100 9,46 пмакс = -ф. об/мин,ГДЕ Ра,ф И РА,с - ПЛОтНОС зы и дисперсной среды,дисперсных частиц, м;,и намической вязкости рас- ускорение силы тяжест тельный объем расплава ния, в котором может нарушение создаваемого, ния взвешенных частиц,от оси вращения до наибо нее объемов расплава, м, ть дисперсной факг/м.; г - радиусз.- коэффициентриплава П (Н с/м ); 9 и, м/с; а- относи- вблизи оси вращебыть допущено кругового движе- %; Р - расстояние лее отдаленных от 1 ил,х охлаждения не удается достиг- номерного ргаспределенйя свйнца у слитка. При содержании в таких олее 5% свинца, эмульсия свинца, щая в процессе их охлаждения, ю распадается, и свинец "осредоя сплошной массой в нижней часый способ обеспечив персных систем, воз вой стадии охлак ых слитков, когда на из расплава дисперсн тем самым сохран ываем ию дипер иваем ение воляя ет стан икаюдения инаетть их ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР Ме 1597247, кл. В 22 О 27/00, 1988,Юдин С.Б. и др. Основы центробежного литья, М.: Машиностроение, 1972, с.45 - 51. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК. (57) Использование: в литейном производстве при изготовлении отливок из сплавов, обладающих значительной ликвацией по плотности, возникающей вследствие происходящего еще до начала общей кристаллизации охлаждаемого расплава выпадения из него твердых, жидких либо газообразных дисперсных фаэ, резко отличающихся по плотности от остающейся жидкой фазы, Сущность изобретения: способ включает заливку однородного жидкого расплава в литейную форму и кристаллизацию при ее равномерном вращении вокруг горизонтальной оси, при этом охлаждение полноИзобретение относится к литейномупроизводству, конкретно, к производству отливок из сплавов, обладающих значительной ликвацией по плогности, возникающей вследствие происходящего еще дб начала общей кристаллизации охлаждаемого расплава выпадения из последнего твердых, жидких либо газообразных фаэ, резко отличающихся по плотности от остающегося жидкого раствора, У некоторых сплавов такого рода, к которым относятся например, сплавы алюминия или цинка со свинцом, . при содержании последнего больше 1%, по указанной причине даже при самых высоких скоростя нуть рав по объем сплавах возникаю полность тачивает ти слиткаОпис билизац щих на рассматр ся выпад зы, поз рметически закрытой форпри частоте ее вращения, а выходить за предельные макс. определяемые иэ выраге однородность, а также возможность получения сплавов, которьй по указанным причи-,нам не могут быть изготовлены в. промышленных условиях, Способ включаетполучение однофазного жидкого расплава, 5заливку его в форму и охлаждение полностью залитой и герметически закрытой формы при ее равномерном вращении вокруггоризонтальной оси, проходящей черезцентр тяжести расплаваВертикальное перемещейие диспергированных в рэсплаве частиц, происходящеепод влиянием ускорения силы тяжести в неподвижнойформе, при этом преобразуетсяв относительное по отношейию к расплаву 15перемещение таких частиц, по круговымтраекториям, в плоскости, перпендикулярной оси вращения формы.Рассматриваемая трансформация дви-:жения взвешенных частиц поясняется схемой.Введем следующие обозначения;р - угол поворота поперечного сеченияформы вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести расплава; 259 - ускорение силы тяжести;д = д соз р- радиальная составляющаяэтого ускорения;, д = д з 1 п р- тангенциальнэя составляющая;30Я - радиус окружности.На чертеже показана сплошной линией,описываемой точкой, жестко закрепленнойс торцовой поверхностью формы в крайнем,верхйем положениипри ср= О. Окружность, 35описываемая взвешенной частицей, нахо дящейся при этом на таком же расстоянииот центравращения показана пунктирнойлинией;и - частота "вращенияформы, об/мин; 40т- время, с;со- частота вращения 1/с, со = ;гЬ - текущее перемещение частицы вдиальном направлении; 45Я - текущее отклонение частицы в тан-.нциальном йаправлении;3 - максимальное отклонение частицыв каждом из этих направлений;р,ф и рд., - плотность дисперсной фазы 50и дисперсной среды, г/м;з.,Иа - центробежное ускорение, возникающее во взвешенных частицах при вращении формы,а- число процентов объема сплава, в котором допускается нарушение кругового движения частиц.ЛПри изменении угла рот 0 дот диспер 30 лп Заменяя здес олуч сная частица,ия наряду с вращением совместно с дисперсной средой, под влиянием радиальной составляющей ускорения силы тяжести, перемещается по отношению к окружающему расплаву в радиальном направлении под влиянием тангенциальной составляющей этого ускорения - в кольцевом направлении, Скорость этих перемещений равна соответствующим составляющим скорости седиментации частиц Ог и ОьлПри изменении угла ООт дол расстояние частицы от центра вращения формы увеличивается и при р = лдостигает исходной величины Я, При дальнейшем росте этого угла до 3/2% рассматриваемое расстояние продолжает увеличиваться и при О = 2 л достигает своего максималь 3ного значения, Наконец при изменении р от 3/2 л до 2 л частица вновь приближается к центру и при р = 2 л это расстояние становится снова равным величине Я, а частица занимает свое исходное положение. Относительное перемещение частицы в кольцевом направлении при изменении угла от 0 до л совпадает с направлением движения формы, при изменении угла от лдо2 лойднаправлено в противоположном направлении, В результате, при р =2 л и уг- ловая координата частицы приобретает свбе исходное значение,Элементарное перемещениечастиц в каждом из рассматриваемых направлений равно произведению текущей скорости перемещения и элементарного времени:дЬ= О сов рд гОЗ" О з 1 п р б т .ния к ускорению силы 4 бежного у ор тяжести.Величина в центробежного ловой скоростью янием частицы о Последнее изме ск озникэющего в чэс скорения определяе вращения формы и р т центра вращения ф яется от своего мин тицэх ся угассто- ормы. 50 маль- максипри //7 =д ого значени Ри ф = . При даль35л а и ого(Б+ 5) йш увеличении угла до р р д ус вния частицы снова снизится до величин(Й Средний размер радиуса вращения в щенной частицы при его изменении от Я). еДЯ,= О сов ф, 9Зоса=о 1 Фуз РПосле интегрирования последних двух 5К уравнений в пределах угла р от 0 до возведения обоих частей каждого уравне-ния в квадрат и сложения левых и правых частей полученных уравнений, найдем урав нение относительного движения взвешенных частиц в дисперсной среде:Яг + 3,=.9,55 - ) .Отсюда следует, что взвешенные части цы в рассматриваемых условиях совершают относительные по отношению к расплаву перемещения по окружности, радиус которой равен Я = 9,55 - . При этом периоди 20 полного оборота частицы совпадает с соответствующим периодом вращения формы, а положение центров, вокруг которых вращаются взвешенные частицы, не изменяются под влиянием ускорейия силы тяжести. В 25 результате полностью прекращается влияние ускорения силы. тяжести на ликвацию взвешенных частиц по плотности, возникающее в неподвижной форме. Вместе с тем рассматриваемые частицы совместно со 30 своими центрами вращения перемещаются в расплаве в радиальном направлении под влиянием возникающего при вращении формы центробежного ускорения. При достаточно малой величине центробежного 35 ускорения скорость вызываемой им ликвации сплавов по плотности может быть снижена на несколько порядков по сравнению с возникающей в неподвижной форме под влиянием ускорения силы тяжести, Эф фективность рассматриваемого способа может быть оценена по величине коэффиа.циента= - " равного отношению центронимального до максимального значения равен; 5 со вуК ф Я Х Следовательно средняя величина радиуса вращения частицы вокруг оси формы, необходимая для определения возникающего в ней центробежного ускорения, равна радиусу окружности, описываемой центром относительного вращения этой частицы.Число оборотов формы п.выбирается таким образом, чтобы оно было не больше максимального значения пмин, превышение которого приведет к завышению принятого показателя 1 и не меньше минимального значения пмин, при котором в заданном объеме слитка вблизи оси вращения линейная скорость вращения расплава не окажется меньше скорости седиментации частиц, и таким образом, в нем нарушается круговое. движение частиц совместно с расплавом, Отсюда: О, = / 900/я = 29,9 - + - ,Спмакс Л Йцаксо мин = 9,55 макс,/100Примемдля примера радиус формы, равным Вмакс = 0,04 м и скорость седиментации частиц О = 10 м/сек, Для определения минимального числа оборотов формы, примем коэффициент й= 1, для максимального коэффициента 1= 0.1. В этом случае при максимальном числе оборотов плакс = 47,27 об/мин радиус вращения частиц вокруг своего центра Я = 2,09 10м, коэффициент а-" 2,67 10, При минимальном числе оборо-з тов и = 2,39 об/мин, радиус вращения частиц Я = 4.10 м,Таким образом, в рассматриваемом случае при переходе от минимально допустимой частоты. вращения формы к максимальной, число оборотов увеличивается в 19,3 раза, во столько же раз снижает- ся радиус Я вращения взвешенных. частиц вокруг своего центра. Коэффициент а снижается обратно пропорционально квадрату частоты вращения формы и, в нашем случае при максимально допустимой частоте, аснижается по сравнению с минимальной в 392 раза, Во столько же раэ уменьшается объем расплава, в котором нарушается круговое перемещение взвешенных частиц,,. 06/мин,макс Составитель Н.РудницкийРедактор М.Васильева Техред М,Моргентал Корректор О,Г аказ 4237 ВНИЙП Тираж Подписноеосударственйогокомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизоодственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101:.Коэффициент= а,/д наоборот увеличивается с ростом частоты вращения формы пропорционально ее квадрату и при и = пмакс возрастает в 392 раза. В результате, при этом резко повышается ве личина возникающего центробежного ускорения итаким образом, снижается эффективность способа. В нашем примере при и = пмас= 0,1 и, следовательно, аав 10 раз меньше ускорения силы тяжести. При и =и мин= 2,55,10" величина а,становится в , 3925 раз меньше ускорения силы тяжести в пределах величины и от п, до и, расположен большой диапазон частот который может быть исполЬзован для конкретных ус ловийосуществления способа. С увеличением поперечных размеров формы и скорости седиментации частиц этого диапазон сйи- жает Ся.20 Формула изобретения Способизготовления отливок из сплавов, обладающих значительной ликвацией по плотности, возникающей вследствие выпадения из охлаждаемого расплава еще до 25 начала его общей кристаллизации дисперсных частиц твердых, жидких либо газообразных фаз, отличающихся по плотности от оСтающегося расплава, включающий получеййе однородного жидкого расплава, за ливку его в литейную форму и охлаждение при ее равномерном вращении вокруг горизонтальной оси, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения более однородных отливок за счет снижения ликвации сплавов, охлаждение полностью залитой и герметически закрытой литейной формы производят при частоте ее вращения, которая не должна выходить за предельные значения пмин и пмакс, определяемые из математических выражений где Рдф и Рдс - плотность дисперсной фазый дисперсионной среды, кг/м;г - радиус дисперсных частиц, м;,и- коэффициент динамической вязкости расплава в паузах, Н с/м;д - ускорение силы тяжести, м/с;г,а - относительный объем расплававблизи оси вращения, в котором может бытьдопущено нарушение создаваемого круго-,вого движения взвешенных частиц, о;Ямас - расстояние от оси вращения донаиболее отдаленных от нее объемов расплава,м;л- коэффициент.