Центробежная горизонтальная установка

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ нц 831300 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. сеид-ву -22) Заявлено 2609,79 (21) 2820169/22-02с присоединением заявки Нов(23) ПриоритетОпубликовано 2305.81, Бюллетень Йо 19Дата опубликования описания 230581 В 22 3 13/02 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытиИ/( жВсесоюз ный научно-исследовательский пробно, техиолог ческийинститут горного машинострое(54) ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА Изобретение относится к литейному производству, в частности к оснастке и оборудованию центробежного литья.Известны центробежные горизонтальные Установки, содержащие центробежную форму с Футеровкой, имеющей на внутренней рабочей поверхности кольце- образные выступы и каналы, и введенный во внутрь полости форьы заливочный желоб ГЦ .Недостатком такой установки является то, что в ней не обеспечивается режим регулирования подачи и распределения жидкого металла в полости Формй в процессе заливки, в результате 15 чего в кольцевых массивных сечениях отливки образуются кольщеобразные усадочные углубления-раковины ипористость.;Известна также центробежная гори зонтальная установка, включающая центробежную форму содержащую изложницу, крышку, футеровку с кольцеобразными выступами и каналами на внутренней рабочей поверхности полости формы и введенный в полость центробежной форьн сквозь центровое отверстие заливочный желоб И,Недостатком этой установки является то, что она не обеспечивает оп тимальный режим регулирования подачии распределения жидкого металла вполости Формам в процессе заливки, аимеет место лишь подача металла в одно место Формы со сливного носказаливочного желоба и последукщеенеупорядоченное самопроизвольное распределение-растекание жидкого металла под воздействием центробежныхсил по поверхности профиля форьы.По этой причине в первоначальный период заливки жидкий металл от местападения струи растекается относительно продольного проФиля Формы,заполняя на своем пути последовательно сначала ближайший кольцевой каналуглубление, затем перетекает черезкольцевой выступ, заполняет следующий кольцевой канал-углубление,перетекает через очередной кольце"вой выступ и так до тех пор, покажидкий металл не достигает торца"вых стенок формы. Таким образом,здесь происходит своего рода каскадное перетекание жидкого металла отместа падения струи по направлениюк торцовым стенкам Формы, при этомв месте падения струи металл отливки наиболее разогретый, а наиболеепереохлажденный в самых отдаленных(торцовых) частях полости формы,так как на своем пути значительнуюдолю тепла жидкий металл отдает нанагрев материала формы и в окружающую воздушную среду, Следовательно,кристаллизация металла центробежной отливки протекает в. условияхрезко неравномерного температурногополя, в результате чего происходитускоренное затвердевание тонкихстенок (над кольцеобразными выступами футеровки) и замедленное - в месте падения струи и в массивных кольцеобразных узлах (против кольцеобразных каналов Футеровки) являющиесятепловыми кольцеобразными узламиотливки. В связи с этим массивныв 15кольцеобразные узлы отливки и кольцеобразная зона в месте падения струиявляется прибыльными частями, онизатвердевают в последнюю очередь,жидкий металл этих частей расходует 20ся на подпитку других частей отливки, в силу чего в массивных кольцеобразных узлах и кольцеобразнойзоне по месту падения струи образуются со стороны внутренней поверхностикольцеобраэные усадочные раковиныи пористость. Поэтому здесь имеет место повышенный отход металла в стружку, так как заранее приходитсяпредусматривать увеличенные припуски на механическую обработку резанием в связи с вынужденной технологической необходимостью обеспеченияполучения качественного тела отливки по всему сечению стенок, в томчисле в тепловых узлах.35 Цель изобретения - разработка центробежной горизонтальной формы, позволяющей обеспечить оптимальный режим регулирования подачи и распределения 40 жидкого металла в полости формы в процессе заливки, выравнивания (усреднения) температуры металла по всему сечению стенок отливки с переменной толщиной тела, повышения каче ства литья, уменьшения припусков на механическую обработку резанием (уменьшение отходов металла в стружку), повышение долговечности деталей оснастки центробежной Фор- мыа Поставленная цель достигается тем,что эаливочный желоб центробежнойгоризонтальной установки, включающейцентробежную форму, содержащую изложницу, крышку, Футеровку с кольцеобразными выступами и каналами навнутренней рабочей поверхности,снабжен системой сливных отверстий,количество которых равно количвству выступов Футеровки, и ориентирован относительно продольного профилявнутренней рабочей поверхности полости формы таким образом, что сливныеотверстия расположены против кольцеобраэных выступов футеровки, 65 причем длины сливных отверстий заливочного желоба равны 0,6-1,0 длинысоответствующих выступов футеровкицентробежной Формы.На фиг.1 изображена центробежнаявертикальная установка (центробеж.ная форма в сборе совместно со сливной частью заливочного желоба), продольный вертикально-осевой разрез,на Фиг, 2 - то же, в первоначальныйпериод заливки; на Фиг. 3 - то же,совместно с жидким металлом непосредственно после окончания заливки,в первоначальный период кристаллизации металла отливки, на фиг. 4 - тоже, на промежуточной стадии кристаллизации металла отливки.Центробежная горизонтальная установка состоит иэ центробежной Аормы 1,содержащей изложницу 2 с центровымотверстием 3, крышку 4 с центровымотверстием 5, футеровку б с системойкольцеобразных выступов 7-9 и каналов 10,11 на внутренней рабочей поверхности полости Формы 12 и заливочный желоб 13 с системой сливных отверстий. 14-16,Торцовые стенки центробежной Формы(изложницы 2 и крышки 4), футеровки бс кольцеобразными выступами 7-9и каналами 10,11 образуют полостьформы 12, предназначенную для приемажидкого металла при заливке и формирования центробежной отливки.Сливные отверстия 14-16 в заливочном желобе 13 предназначены для разьединения подаваемого по каналу желоба потока металла на отдельные, заданные технологическим процессом, струии подачи их в определенные зоны плоскости формы 12,Футеровка б может быть изготовленаиз материалов, используемых в литейном деле для производства Форм, например из песчано-глинистых смесей,керамических огнеупорных масс, различныхметаллов и сплавов, причемона может быть цельной или состоятьиз отдельных элементов, напримериз стержневых вставок,Заливочный желоб 13 в рабочемположении ориентирован относительно продольного профиля внутреннейрабочей поверхности полости формы 12таким образом, что сливные отверстия14-16 расположены против соответствующих выступов.7-9 Футеровки б, а именно сливному отверстию 14 соответствует выступ 7, сливному отверстию15 - выступ 8 и сливному отверстию 16 выступ 9. Оптимальным является вариант, когда длины сливных отверстий равны длинам соответствующих выступов Аутеровки, т.е. когда длина 17 сливного отверстия 14 равна длине 18 выступа 7 длина 19 сливного отверстия 15- длине 20 выступа 8 и длина 21 сливного отверстия 16 - длине 22 выступа 9. Однако при истечении металлачерез сливные отверстия отдельныеструи металла по длине геометрическине равны соответствующим длинам сливных отверстий, вследствие образования факелов под влиянием различныхвозмущающих воздействий, имеющихместо в реальных условиях, таких кактрение жидкого металла о стенки желоба, шероховатость, неоднородностьповерхности канала желоба, вибрацийжелоба при работающей центробежнойустановке, завихрений струй металла под воздействием вращающихсягазов в полости формы, величиныразмеров центробежной формы, угланаклона желоба, рода, температурыи скорости потоков металла,и т.д.По этой причине длины одних и техже падающих струй металла, истекающих из одних и тех же сливных отвер,",тий, в месте падения в местесоприкосновения с поверхностьюкольцеобразных выступов футеровки)значительно превышают длины сливных отверстий, т.е. накрываемыепадающими струями зоны поверхностей выступов футеровкии по длине существенно превышают геометрическую длину соответствующихсливных отверстий,. Для практических условий является целесообразным выполнять сливные отверстияпо длине меньшими, чем длины соответствующих кольцеобразных выступов Футеровки, при этом допустимыми являются соотношения, когда длины сливных отверстий заливочногожелоба равны 0,6-1,0 длины соответствующих кольцеобразных выступовФутеровки центробежной формы, например, длина 17 сливного отверстия14 равна 0,6-1,0 длины 18 кольцеобразного выступа 7, длина 19 сливного отверстия 15 - 0,6-1,0 длины 20кольцеобразного выступа 8 и длина21 сливного отверстия 16 - 0,6-1,0длины 22 кольцеобразного выступа9 (фиг. 1),Устройство работает следующимобразом.После изготовления футеровки 6например путем простановки в изложницу 2 заранее подготовленныхпесчаных стержневых или металлических вставок или путем засыпки формовочной смеси сфпоследующейнакаткой необходимого профиля рабочей поверхности, закрепляют крышку 4в посадочном гнезде переднего торца корпуса изложницы 2 механизмкрепления на чертежах не показан),вводят через центровые отверстия5 и 3 в полость Формы 12 заливочный желоб 13, Фиксируют его относительно продольного профиля футеровки 6 таким образом, что сливныеотверстия 14-16 расположены соответственно против выступов 7-9, закреп 5 10 15 20 25 30 Э 5 40 45 50 55 60 65 ляют жестко заливочный желоб 13,приводят центробежную форму 1 во вращение с заданной угловой скоростьюи осуществляют заливку, при этомжидкий металл 23 по продольному каналу 24 желоба 13 поступает к сливным отверстиям 14-16 и истекает вполость формы 12 в виде отдельныхизолированных друг от друга струй25-27 (фиг. 1 и 2).При попадании струй 25-27 на поверхности выступов 7-9 футеровки 6жидкий металл в виде отдельных потоков направляется в сторону кольцеобразных каналов и заполняет их,а именно поток 28 металла от падающей струи 25 и поток 29 от падающей струи направляются к кольцеобразному каналу 10 и заполняют его,поток 30 от падающей струи 26 и поток 31 от падающей струи 27 устремляются к кольцеобразному каналу 11и заполняют его. Поступившие и накопившиеся в кольцеобразных каналах 10,11 массы жидкого металла32, 33 имеют пониженную температурупо сравнению с температурой металла падающих струй 25-27) в силутого, что одна часть теплоты поглощается и аккумулируется материаломФутеровки 6 в области кольцеобразных выступов 7-9, другая часть теплоты теряется вследствие отдачи ввоздушную среду полости формы 12 попути течения жидкого металла поповерхности формы, так что в полостиканалов 10, 11 массы жидкого металла 32, 33 поступают в значительнойстепени уже переохлажденными.Дальнейший процесс заливки осуществляют до момента получения заданных размеров центробежной отливки в жидком состоянии металла (Фиг.3)путем, например дозированной подачирасплава по массе, объему или спомощью других .контролирующих устройствПредлагаемая центробежная горизонтальная установка осуществляет оптимальный (управляемый, регулируемый в заданном режиме) процесс подачи и распределения жидкого металлав полости формы в течение всего периода производства заливки, а в известных установках процесс распределения металла по поверхности профильной формы нерегулируемый, неупорядоченный,Поскольку наиболее массивные части футеровки 6 в областях кольцеобразных выступов 7-9 подвергаютсявоздействию наибольших масс жидкогометалла падающих струй 25-27 и наиболее разогретого металла, то при этомимеет место повышенная отдача теплоты жидким металлом этим участкамфутеровки, по сравнению с участкамиФутеровки в зонах кольцеобразныхканалов 10, 11, так как эти участ 831300ки соприкасаются с переохлажденными массами металла 32,33.Процесс кристаллизации металла отливки в полости формы 12 протекает в следующей последовательности. В первоначальный период происходит затвердевание внешних слоев 34,35 металла отливки, находящихся непосредственно в полостях кольцеобразных каналов и соприкасающихся с поверхностью футеровки 6 в зоне каналов, благодаря наличию наиболее переохлажденных н этих местах масс металла и наиболее холодных слоев футеровки, вследствие этого в этих местах имеют место наиболее интенсивные процессы охлаждения слоев 34, 35 ме таллы из-эа наиболее ускоренного поглощения теплоты холодными слоями футеровки (фиг, 3). В последующий период кристаллизации металла отливки (на промежуточной стадии) фронт . Що затвердевшего слоя 36 распространяетсяна всю длину внутренней рабочей полости центробежной формы 12 (граница-. - 37 раздела между затвердевшим 36 и жидким 38 слоями металла изображена двумя продольными горизонтальными волнистыми линиями (на фиг, 4) .Отцичительной чертой, предлагаемой центробежной горизонтальной установки (по сравлению с известными)является то, что она обеспечивает кристаллизацию металла отливки без образования усадочных кольцевых раковин со стороны внутренней цилиндрической поверхности, как в массивных узлах (в полостях кольцеобразных каналов), так и в местах падения струй, истекающих из сливных отверстий заливочного желоба.Происходит это по следующей причине. Несмотря на тот факт,.что мас Осивные узлы отливки, расположенныепротив кольцеобразных выступов футеровки 6 (изображены в виде трех малых окружностей 30, 40, 41, вписанных в местные сечения стенки отливки)меньше, чем массивные узлы отливки, расположенные против кольцеобразных каналов (изображены в виде двухбольших окружностей 42, 43, вписан"ных в местные сечения стенки отлив- щоки), процесс кристаллизации металлакак в малых 39-41, так и в больших42,43.массивных узлах отливки протекает практически одновременно(фиг,4).Обусловлено это тем, что в большихузлах 42,43 скапливаются наиболеепереохлажденные массы металла и футеровка в местах кольцеобразных каналов 10,11 наименее разогрета потоками металла при заливка, а в малыхузлах 39-41 скапливаются наиболее 60разогретые массы металла и футеров"ка в местах кольцеобразных выступов7-9 наиболее раэогрета падакцимиструями 25-27 металла в процессезаливки и благодаря этому температур- б 5 ное поле по всей толщине стенкиотливки как в продольных, так и впоперечных сечениях усредняетсявыравнивается.В дальнейшем процессе кристаллизации происходит наращение толщиныслоя 36 затвердевшего металла засчет подпитки металлом из жидкогослоя 38. После окончания кристаллизации отливки внутренняя свободнаяцилиндрическая поверхность получается беэ кольцеобразных раковин,благодаря чему является возможнымсущественно уменьшить технологические припуски на механическую обработку резанием, следовательно, уменьшить отходы металла в стружку состороны внутренней цилиндрическойповерхности. Поскольку кольцеобраэные выступы 7-9, составляющие наиболеемассивные участки Футеровки 6,подвержены наибольшему тепловомунагреву в результате непосредственного воздействия потоков падающихструй 25-27 расплава, имеющегоповышенную температуру, а кольцеобразные каналы 10,11 составляющиенаименее массивные участки футеровки 6, подвержены меньшему тепловому нагреву в связи с тем, что в этиместа расплав поступает в значительной мере переохлажденный, то температурный режим Футеровки выравнивается, усредняется, благодаря чемусоздаются благоприятные условия эксплуатации деталей (оснастки форя 4,в особенности в том случае, когдав качестве футеровки 6 применяютсяметаллические вставки, так как приэтом в них возникают меньшие напряжения, следовательно, меньшее коробление и меньшая скорость возникновения и развития тепловых трещин, чтоспособствует существеиному увеличению долговечности (стойкости),Формула изобретения. 1, Центробежная горизонтальная установка, содержащая центробежную Форму с изложницей, крышкой и футеровкой с кольцеобразными выступами и каналами на внутренней рабочей поверхности и введенный в полость. центробежной Формы сквозь центровое отверстие заливочный желоб, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения оптимального режима регулирования подачи и распределения жидкого металла в полости форьы в процессе заливки путем выравнивания температуры металла по всему сечению стенок отливки, заливочный желоб снабжен системой сливных отверстий, по количеству соответствующих количеству кольцеоб10 831300 7 Ю 8 71 У 2 7 Ю 8 11 У 908 1 ВНИИПИ Заказ 3570/61 Тираж 869 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная разных выступов футеровки и расположенных против них. 2. Установка по п,1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что длина сливных отверстий заливочного желоба равна 0,6"1,0 длины соответствующих кольце образных выступов футеровки. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Юдин С.Б, и др. Центробежноелитье. М., "Машиностроение",1972, с. 119, 129, 137, 183, 196,223-224.2. Авторское свидетельство СССРР 389880, кл. В 22 2 13/00, 1970.