Способ литья под газовым давлением

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ю 01) А За),В 22 С 9/02; В 2 8 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯМИк двтовскому свидетельству3;(56) 1, Авторское свидетельство СССР;У 457537, кл. В 22 2 18/04, 1975.Ъ2. Авторское свидетельство СССР(54)(57) 1. СПОСОБ ЛИТЬЯ ПОДГАЗОВЫМДАВЛЕНИЕМ, включающий заполнение полости формы расплавом, затвердеваниеотливки, снятие разрежения в обЪеме опок и удаление отливки, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повывения механических свойств отливок и снижения времени вакуумирования при производстве отливок в формы изготовленные вакуумной формовкой, давление газа на расплав увеличивают после заполнения формы расплавом пропорционально величине разреженияв объеме опок, поддерживая соотноше.ние между ними в пределах 1,2-20,0.2. Способ по п,1, о т л и ч. а ющ и й с я тем, что увеличение давления газа на расплав начинают через 1-25 с после заполнения формы расплавом.4751118Изобретение относится к литейномупроизводству, в частности, к литьюв песчаные формы, изготовленныевакуумной формовкой, с заполнениемформы расплавом под действием газового давления, например, низкогодавления и".и противодавления.Известен способ литья под газовьвдавлением, который позволяет повысить механические свойства отливок 1 Ои увеличить скорость заполненияформы расплавом за,счет .действиягазового давления, значительно превосходящего гравитационное. Этотспособ; например,.литье под низкимдавлением, включает сборку формы,создание разницы давлений газа нарасплав и в полости формы, заполнение расплавом полости формы, кристаллизацию, охлаждение и удаление отливки 1.Недостатком указанного способапри использовании формы, изготовленной вакуумной формовкой, являетсянизкое качество отливок из"за невысокого уровня механических свойств,так как значительное газовое давление гриводит, к образованию пригара.Кроме того, при этом существенныэнергозатраты, связанные с необхо 30димостью сохранять разрежение в объеме онок до окончательного охлаждения отливки.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому эффекту является способ литья З 5под газовым давлением, включающий заполнение полости формы расплавом, "эатвердевание отливки, снятие разрежения в объеме опок и удаление отливки 2 ,Однако известный способ не позволяет повысить механические свойстватолстостенных отливок с повышеннойпрочностью. При этом увеличено времявакуумирования формы при кристаллизации отливок.Цель изобретения - повышение механических свойств отливок и снижение времени вакуумирования при производстве отливок в формы, изготовлен" Оные вакуумной формовкой. Поставпенная цель достигается тем, .что согласно способу литья под газЬ- вым давлением включающему заполнение 55 полости формы расплавом, эатвердева-, ниЕ отливки, снятие разрежения в объеме опок и удаление отливки, давление газа на расплав увеличивают после,заполнения формы расплавом пропорционально величине разрежения в объеме опок, поддерживая соотношение между ними. в пределах 1,2-20,0. При этом увеличение давлений газа на расплав начинают через 1-25 спосле заполнения формы расплавом.Такой способ позволяет применятьзначительное давление газа на расплав для увеличения механическихсвойств отливок, а также снизить,пригар отливок, поскольку после заполнения формы расплавом снижаетсятемпература поверхностного слоя от"ливки и его проникающая способность.Увеличение давления газа менее,чем в 1,2 раза по сравнению с разрежением в объеме опок практическине позволяет существенно увеличитьмеханические свойства отливок так,как низкое давление не обеспечивает плотного контакта расплава сформой и образования дополнительныхцентров кристаллизации в объеме расплава, Увеличение давления более,чем в 20 раз по сравнению с разрежением в объеме опок уже не обеспечит повышения достигнутого уровнямеханических свойств, так как энергия затрачивается не на образованиедополнительных центров кристаллизации, а на рост самих кристаллов, Кро"ме того, при высоком давлении газана расплав увеличиваются энергозатраты на создание этого давления иувеличивается пригар на литой поверх-.ности заготовки,При повышении давления газа нарасплав менее, чем через 1-25 с послезаполнения формы расплавом поверхностный слой отливки имеет еще достаточно, высокую температуру и проникающую способность для образованияпригара при повышении давления. Через 25 с на поверхности отливки образуется кристаллизующаяся корочка,которая препятствует образованиюпригара. Дальнейшая выдержка без повышения давления приводит лишь к увеличению корочки, которая кристаллизуется,при Йониженнбм давлении и, следовательно, имеет более низкие механи- %ческие свойства.После образования литейной корочки доетаточной величины разрежение в объеме опок может быть,снижено ло атмосферного. Это возможно изза действия большой разницы давлений газа на расплав и в объеме опок.Снятие операции вакуумированияпозволяет снизить затраты энергиина поддержание вакуума в объеме 5опок во время операции окончательной кристаллизации и охлаждения отливки, что составляет 10"307. общеговремени действия вакуума в,объемеопок, 1 ОСпособ осуществляют следующим образом,На модель наносят полимерноегерметичное покрытие, например, синтетическую пленку, которую нагревают 15до температуры размягчения и создают между моделью и пленкой разре"жение, чтобы пленка плотно охватила.модель. На модель устанавливаютгерметичную опоку с отсасывающими 2 Оотверстиями, засыпают в опоку наполнитель, верх наполнителя выравнивают,накладывают синтетическую пленкусверху наполнителя, создают в объе-ме опок разрежение, снижают разрежение между пленкой и модельюдо атмосферного давления, снимаютполуформу с модели и наносят напленку противопригарное покрытие.Аналогично изготавливают вторую полу-ЗОформу, затем устанавливают стержнии вставки, полуформы спаривают иустанавливают на позицию заливкимашины литья под газовым давлением,например, машины литъя под низкимдавлением,Собранную форму герметизируют с металлопроводом машины, герметизируют, тигель с расплавом машины и40 подают на зеркало расплава гаэ. под давлением, достаточным для заполнения формы. Через 1-25 с после заполнения формы давление газа на зеркало расплава увеличивают. Поверхностные слои расплава, контак тирующие с формой, кристаллизуются, образуя достаточно прочную затвердевшую корку, способную выдержать повьппенное давление жидкой фазы. После этого разрежение, действующее в объеме опок, снижают до атмосферного давления. и отливки кристаллизуются под действием силового поля в объеме расплава, создающего дополнительные центры кристаллизации и образованного действием повьппенного газового давления. Это приводит к повышению прочностных свойств отливок. К повышению механических свойствотливок приводит и отсутствие значи-,тельного газового зазора ломте снятияразрежения из объема опок, и сыпучий наполнитель плотно обтекает отливку, способствуя интенсивному теплоотводу,и, следовательно, большей скорости кристаллизации отливки.Воэможность снижения разреженияв объеме опок до окончания полнойкристаллизации и охлаждения отливкиобусловлена действием повышенногосилового поля в объеме расплава отливки, способствующего более быстрому образованию поверхностной литойкорочки и интенсивному теплоотводуиз объема расплава.Разница давлений газа на расплав,необходимая для заполнения формы,может быть создана и при подаче в полость формы и на расплав одинаковогогазового Давления с последующим увеличением давления на расплав или снижением давления в полости формы, чтохарактерно для литья с противодавле-нием. В этом случае при увеличении .давления газа на расплав в тигле машины на расплав отливки воздействует давление газа, действовавшего вполости формы, так называемое "про- .тиводавление",Разница давлений газа, действующих на расплав в полости формы итигле машины, может быть созданаза счет образования разрежения в полости формы при действии атмосферного давления или меньшего по величине разрежения на зеркало расплава.Эти способы создания разницы давлений газа характерны соответственно для литья вакуумным всасываниеми в предварительно вакуумируемуюформу. В этих случаях при увеличении давления газа на расплав в тигле машины в форме на расплав действует разрежение, величина которого,зависит от способа литья.,ЪПосле увеличения давления газапроизводят выдержки в течение технологически необходимого времени дляполной кристаллизации отливки. Затемдавление газа на расплав снижают доатмосферного. Одновременно снижаютдавление или разрежение, действующеев форме, до атмосферного. При действии атмосферного давления происходит охлаждение отливки до техноло-гически необходимой температуры, после чего нанолнитель из,онок высы- . пают и удаляют отливку.Сокращение времени технологического цикла изготовления отливки на время, необходимое для снятие .разрр женив в объеме опок, также можйо отнести к преимуществам предлагаемого способа. Способ позволяет сократить: время охлаждения отливки за счет более интенсивного теплоотвода от отливки вследствие отсуствия газово" .го зазора между отливкой и формой;Выбор величины, на которую следует увеличить давление газа на .расплав, зависит от способа создания разницы давлений, сплава отливки, величины разрежения в объеме опоки.Дпя литья под низким давлением, оптимальное соотношение между рве личением давления газа на расплав и величиной разрежения в объеме опок составляет 1,5-5,0, для литья вакуумным всасыванием,1,2-8,0, для литья с противодавлением 3,0-20,0. 25 При литье легких сплавов на основе . алюминия и магния это соотношение . следует выбирать в пределах 1,2-12,0, для литья сплавов на основе меди и железа 3;0-20,0. При значительномЗО разрежении в объеме опок (до 0,9 кгс/мм) это отношение составляет 1,2-10,0, при небольшом разрежении (менее 0,3 кгс/см ) - 5,0- -20,0. Выбирая величину дополнитель- З ного давления, нужно ориентировать" ся на величину оптимальной разницЬ 1 давлений газа в объеме опок и на расплав, которая должна находиться в пределах 1,5-5,0 кгс/см 2. Это позволяет избежать образования значительного пригара. Если эта разница давлений больше указанной величины, то необходимо применять улучшенные противопригарные покрытияили же увеличивать давление газа на расплав после заполнения. формы ступенчато: сначала дЬ тех пор, пока разница давлений газа в объеме опок и на расплав не достигнет величины 1,5-5,0 кгс/смф, а затем после кристаллизации поверхностного слоя отливки - до максимально допустимой величины, которая, как праввю, не превышает 10 кгс/см. В этом слу-чае.снижение разрежения в объемеопок целесообразно.начинать после, достижения максимального давления газа на расплав. еДля увеличения механических свойствотливок разрежение в объеме опокпо сравнению с технологически необходимым может быть увеличено до0,9 кгс/см 2 в процессе запинки рас.-плава в форму или после заливки,в том числе во время увеличения дав"лення газа на расплав,Время от окончания заполнения формы расплавом до начала увеличениядавления газа на расплав выбираютв зависимости от толщины стенкиотливки, материала отливки, материала наполнителя и температуры заливки.Для отливок из сплавов на основеалюминия и магния при толщине стенки до 7 мм с применением песчаныхнаполнителей это время при оптимальной температуре заливки составляет1-10 с, с применением металлическихнаполнителей 1-3 с, при толщине стенки более 10 мм для песчаных наполнителей 3-20 с, металлических наполнителей 1-10 с. Для железных и медныхотливок при толщине стенок до 6 ммв случае применения песчаных наполнителей 5-15 с, металлических наполнителей 1-10 с, свыше 7 мм для песча 3ных наполнителей 10-25 с, для металлических наполнителей 5-20 с.Время выдержки до начала увеличения давления газа на расплав должно1выбираться с учетом того чтобы темЭпература поверхностных слоев отливки снизилась до 10"50 С ниже температуры кристаллизации для данного способа.П р и м е р 1. Для изготовленияотливки весом 7,5 кг из алюминиевого.сплава марки АЛ 2 в форму, полученнуювакуумной формовкой, имеющей толщину,стенки 5-7 мм, применяют литье поднизким давлением,. Форму изготавливают следующим образом. На модель верхней полуформы накладывают синтетическую цленку из сополимера этилена с винилацетатом и между пленкоймоделью создают разрежение с остаточным давлением 0,7 кгс/см . На модель устанавливаютгопоку, засыпают охлажденный до 30-4(ГС металлический стальной песок со средней зернистостью О, 1, уплотняют вибратором с частотой колебаний50 Гц в течение 15 с, Далее верхнюю поверхность наполнителя выравнивают и накладывают на нее синтетическую пленку, создают в объеме опоки(остаточное давление 0,6 кгс/см).наполнитель -ель - кварцевый песок зератем разрежение между моделью и плен- нистостью 0,016 мм.кой снйжают до атмосферного давления Темпеемпература расплава в тиглеи полуформу снимают с модели. После 5 1050-11000 С После герметизацииэтого рабочую поверхность пленки вакуумной камеры с формой в камепокрывают противопригарным составом ре создают разрежение величинойна основе маршалита, этилового спир 5 кгс/кгс/см в течение 5 с. Черезта и поливинилбутерали, сушат покры с после нс после начала создания разрежетие в течение 1 О мин, Аналогично 10 ния в камере ,через 10с послеизготавливают нижнюю полуформу. Затем :-заполнений формы расплавом),полуформы спаривают и устанавливают увеличивают разрежзрежение в объеме опок .на машину литья под низким давлением, до остаточного давления 0,2 кгс/смподдерживая температуру нижней поверх- , избыточное давление газаоаза на расплавности формы не выше 40 С. 15 до 20 кгс/см в течение 4 с снижаяЭТемпература расплава в тигле маши- Разрежение в камере с форос формои до атны в пределах 690-710 С. После герме- мосферного давления.тизации тигля форму с металлопрово- При таком газовом режим режиме выдержидом машины на зеркало расплава пода- вают отливку в течение 40 с и зают избыточное давление величиной 20 тем снижают разрежение в объеме0,4 кгс/см с нарастанием в течение опок до атмосферного давления, что5 с и последующей выдержкой, После позволяет производить кристкристаллизациюзаполнения Формы (через 8 с после поверхностных слоев отв отливки под дейначала подачи давления газа на рас- ствием повышенного газового давлеи разреженияплав) производят выдержку в течение 25 ния с одной стороны2 с и затем увеличивают избыточное с другой, После вьщерж и,2 Ржки отливки поддавление газа нарасплав до 1,6 кгс/см действием газового давления в течев течение 3 с. Через 5 с после ние 5 мин давление гагаза на расплав.подъема давления до максимального снижают в течение 5 с до атмосферзначения разрежение в объеме опок 30 ного, Расплав сливают в тигель машиснижают до атмосферного давления ны и отливку охлаждают в течениев .течение 4 с. При таком газовом 6 мин. Отливку удаляют как в примережиме отливку выдерживают в тече- ре 1.ние 55 с, далее давление газа на рас- При этом отливки, изготовленныеплав снижают до атмосферного, рас- З 5 по предлагаемому способу имеют преплав сливают в тигель машины и от- дел прочности 51 проти 45 /тив кгс/см дляливку выдерживают для охлаждения отливок, изготовленных вакуумным0 с. Во время .охлаждения отливки всасыванием, по тем же технологичесформу удаляют с позиции заливки маши- ким параметрам, энергозатраты наны, после охлаждения отливки метал пРоизводство отливок снизились слический песок высыпается из 42 до 37 кВт/ч.опок и поступает на охлаждение, а П. Р и м е р 3. Для изготовленияотливку убирают из спок для дальней- отливки весом 14,0 кг из стали маршей обработки.По сравнению со способом литьяприменяют литье с п отротиводавлением.под низким давлением, являющимсяФорму изготавливают какают как в примебазовым объектом, предел прочностире 1.Остаточное давление в объеотливок увеличивается с 19,5опок 0,5 кгс/см напол/ м, наполнитель - кваргцевый лесок зернистостьюдо 21 4 кгс/см энергоэатрать снизились с 35 до 3 1 кВт/ч. 50 . Температуру расплава в тиглефП р и м е р 2. Дпя изготовления поддерживают в пределах 1400-1450 Сотливки весом 15 кг из бронзы марки После герметизации камер с расплавомБРОЦС 5-4-4 с толщиной стенок 4-6 мм и формой за 5 с создают одинаковоеприменяют литье вакуумным всасыва- избыточное давление величинойкием,55 5,0 кгс/см, затем снижают давлениегформу изготавливают и устанав- в камере с формой до 4,0 кгс/см в теливают на машину как в примере 1.чение 15 с. Через 20 с после заполОстаточное давление в объеме опок нения формы (через 30 с после нача10 1118475 Составитель В.СазоновРедактор И.Ковальчук Техред Л,Микеш Корректор О.Тигор Заказ 733 1/9 Тираж 774 Подписное,ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 13035, Москва, Ж, Раушскаянаб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ла сброса давления иэ камеры с формой) давление газа в камере с расплавом повышают до 10,0 кгс/см в течение 5 с. При таком газовом режиме отливку выдерживают в течение , % 60 с,для кристаллизации поверхностл ных слоев, затем снижают разрежение в объеме опок до атмосферного и выдерживают отливку еще до 10 мин, после чего давление в камерах с фор ф мой и расплавом снижают до атмосферного и отливку охлаждают в течение 15 мин. Отливку и наполнитель удаляют как в примере 1.15 Предлагаемый способ может быть ре; .комендбван при изготовлении отливок из различных марок сплавов, к которым предъявляются повышенные тре-. бования по прочностным и эксплуатационным свойствам. Наибольший экономический эффект от внедрения предиагаемого способа может .быть достигнут в мелкосерийном и серийном производстве отливок ответственного назначения.Предлагаемый способ позволяет по сравнению с базовым объектом на 10-207 повысить механические свойства отливок за счет увеличения теплоотвода от кристаллизующейся отливки и образования дополнительных центров кристаллизации при действии повышенного силового поля в объеме расплава. При этом на энергозатраты из.-за снятия разрежения в объеме опок во время полной кристаллизации и охлаждения отливки в форме снижаются на 5-153. Кроме того, в связи с тем, что операция снятия разрежения происходит в течение кристаллизации отливки на 1-52 снижается длительность цикла изготовления отливки; и следовательно, повышается производительность процесса.Экономический эффект от внедрения изобретения на одном предприятии составит 93250 руб.