МУХИН Виктор Васильевич (ул. Народная, д. 24 кв. 73, Новосибирс, 6 Novosibirsk, RU)
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «НОВОСИБИРСКИЙ ЗАВОД ХИМКОНЦЕНТРАТОВ» (ул. Б. Хмельницкого, 94 г. Новосибирск, 6 Novosibirsk, RU)
MUKHIN, Viktor Vasilievich (ul. Narodnaya, 24-73Novosibirsk, 5, 63007, RU)
| формула изобретения
1. способ литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением, включающий выдавливание расплава из металлоприемника, облицованного огнеупорным материалом, в полость заформованной оболочковой формы, размещенной над металлоприемником, и выдержку под давлением до конца кристаллизации, отличающийся тем, что выдавливание расплава в полость заформованной оболочковой формы осуществляют при температуре выше ликвидуса и давлении, обеспечивающим при заполнении оболочковой формы максимальный без разбрызгивания расход жидкого металла, после заполнения оболочковой формы расплавом давление в её полости поддерживают на уровне полученном в процессе выдавливания в течении времени кристаллизации слоя расплава, прилегающего к стенкам оболочковой формы, а после этого за оставшееся время кристаллизации всего расплава в оболочковой форме плавно повышают до давления, достаточного для дозаполнения формы на величину объема усадки отливки.
2. устройство для осуществления способа литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением по п.l, содержащее металлоприемник, установленный на нижнем столе и выполненный в виде основания и съемного облицованного изнутри стакана с теплоизоляционным слоем между ними, контейнер, с заформованной оболоч-ковой формой, закрепленный на верхнем столе над металлоприемником и выполненный в виде корпуса, крышки с горловиной, соосной оси металлоприемника, отличающееся тем, что наружная поверхность горловины контейнера оснащена съемной огнеупорной втулкой, а на открытом краю стакана металлоприемника установлен облицованный, в виде кольца фланец с возможностью сопряжения по своему внутреннему диаметру с наружным диаметром огнеупорной втулки, причем внутренний диаметр облицованного фланца меньше внутреннего диаметра облицованного стакана.
3. устройство по п.2, отличающееся тем, что разность между внутренними диаметрами облицованного стакана и огнеупорного кольца в радиальном измерении больше суммарной толщины одностороннего слоя расплава, закристаллизовавшегося в процессе заливки и выдержки до конца кристаллизации на стенке облицованного стакана и стенке огнеупорной втулки. |
способ литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением и устройство для его
осуществления. область техники
изобретение относится к способу литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением и устройство для его осуществления.
предшествующий уровень техники
известен способ литья выжиманием металла в форму с кристаллизацией под давлением, патент N°2015829, заключающийся в том, что расплавленный металл заливают в камеру выжимания с перегревом для стали преимущественно на 30 - 60°C над температурой ликвидуса и перед выжиманием производят выдержку до намораживания на стенках камеры выжимания корочки металла.
недостатком этого способа является то, что выдержка металла в камере выжимания может довести расплав до твердо-жидкой фазы. как известно, давление наиболее эффективно, когда передается жидкой фазе. поэтому в процессе заливки из камеры выжимания в форму, во время которого идет дальнейшая кристаллизация, уже охлажденного металла эффективность давления снижается. это может выразиться в недостаточном проливании тонких мест отливки, волнистой поверхности отливки из-за потери жидкотекучести или привести к дефектам усадочного характера в связи с недостатком жидкой фазы для питания, и в целом, привести к существенной потере качества отливки.
наиболее близким к заявленному находится способ литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением, патент N°2048954, в котором предварительно заформованную оболочковую форму закрепляют на верхнем столе над металлоприемником, а выдавливание расплава осуществляют при помощи пуансона, причем выдавливание производят при температуре начала кристаллизации сплава и последующем поддержании давления на расплав 0,3-0,5 мпа до затвердевания отливки, а скорость и продолжительность заполнения формы регулируют массовым расходом расплава
в пределах 2-5 кг/с.
недостатком известного способа является низкая прочность керамических оболочковых форм, предназначенных, при их общепринятой технологии изготовления, для свободной заливки, а не под давлением. прочность оболочковых форм и соответственно величина максимально возможного, рабочего давления зависит от количества нанесенных слоев при изготовлении многослойных форм, от используемых основных материалов и связующих, точности соблюдения технологических режимов их изготовления, условий их формовки в контейнере для заливки, размеров и материала отливки, режимов заливки и других параметров. поэтому трудно теоретически рассчитать величину давления в оболочковой форме, а для изготовления новых изделий этим способом литья каждый раз требуется опытная проверка принятого давления исходя из действительной прочности формы. кроме того, в процессе изготовления оболочковых форм, например при их прокалке, на оболочке формы могут возникать микротрещины, которые не оказывают влияния на качество литья при свободной заливке, но при приложении давления могут привести к разрыву формы.
известно устройство для литья с кристаллизацией под давлением, патент N°21 16865, содержащее металлоприемник, установлений на нижнем столе, контейнер с оболочковой формой, закрепленный на верхнем столе, причем металлоприемник выполнен в виде основания и сменного стакана, между днищами которых размещен теплоизоляционный слой, а контейнер выполнен из корпуса, крышки и горловины. при этом в основании сменного стакана выполнены отверстия для выхода газа. недостатком известного устройства является то, что после заливки металла в металлоприемник на всей высоте его боковых стенок начинает образовываться закристаллизовавшийся слой сплава (корочка металла), препятствующий движению пуансона в металлоприемнике и подаче расплава через горловину контейнера в форму, что в свою очередь может привести к дефекту недолива формы. при такой конструкции устройства особенно негативно влияние этой корочки после заполнения формы расплавом во время его кристаллизации,
когда толщина корочки в металлоприемнике на пути движения пуансона интенсивно нарастает и препятствует выдавливанию металла из пресс-остатка в форму для питания отливки во время ее усадки при завершении кристаллизации. это снижает качество литья и сводит к минимуму преимущества литья под давлением, поскольку давление прилагается уже не к расплаву, а к металлической корочке в металлоприемнике.
раскрытие изобретения
единой технической задачей группы изобретений является повышение качества литья за счет возможности приложения большего давления к расплаву в упрочненной оболочковой форме полученной путем образования при кристаллизации слоя расплава, прилегающего к ее внутренним стенкам (металлической оболочки) с одновременным снижением негативного влияния процесса кристаллизации корочки, образованной в металлоприемнике, препятствующей выдавливанию расплава в оболочковою форму. единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту- способу достигается за счет того, что выдавливание расплава в полость заформованной оболочковой формы осуществляют при температуре выше ликвидуса и давлении, обеспечивающим при заполнении оболочковой формы максимальный без разбрызгивания расход жидкого металла, после заполнения оболочковой формы расплавом давление в её полости поддерживают на уровне полученном в процессе выдавливания в течении времени кристаллизации слоя расплава, прилегающего к стенкам оболочковой формы, а после этого за время кристаллизации всего расплава в оболочковой форме плавно повышают до давления, достаточного для дозаполнения формы на величину объема усадки отливки.
единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-устройству достигается благодаря тому, что наружная поверхность горловины контейнера оснащена съемной огнеупорной втулкой, а на открытом краю стакана металлоприемника установлен облицованный, в виде кольца фланец с возможностью сопряжения по своему внутреннему диаметру с наружным диаметром огнеупорной втулки, причем внутренний диаметр
облицованного фланца меньше внутреннего диаметра облицованного стакана. при этом разность между внутренними диаметрами облицованного стакана и огнеупорного кольца в радиальном измерении является больше суммарной толщины одностороннего слоя расплава, закристаллизовавшегося в процессе заливки на стенке выдержки до конца кристаллизации облицованного стакана и стенке огнеупорной втулки.
указанная совокупность признаков по объекту-способу является новой и обладает изобретательским уровнем исходя из нижеследующего. выдавливание расплава в полость заформованной оболочковой формы осуществляют при температуре выше ликвидуса, что обеспечивает хорошую жидкотекучесть и контакт расплава со стенками формы для создания благоприятных условий теплопередачи при формировании металлической оболочки на внутренней поверхности оболочковой формы. давление определяется из условия отсутствия разбрызгивания жидкого металла в форме при ее заполнении с определенной скоростью. максимальный расход при этом, а через него и скорость заливки, жидкого металла может быть рассчитан теоретически [борисов г.п. давление в управлении литейными процессами.- киев: наук.думка, 1988., стр.121, формула IV- 18]. практически (если, например, используется гидропривод) это расчетное давление может быть задано аппаратно и проконтролировано по показанию манометра на гидроприводе перемещения металлоприемника. быстрое заполнение формы необходимо для получения равномерной толщины последующего образования металлической оболочки на внутренней поверхности керамической оболочковой формы. после заполнения формы расплавом давление в её полости поддерживают на уровне достигнутого в процессе выдавливания. это условие обеспечивает минимальные требования по обеспечению сохранности керамической формы от разрушения на время кристаллизации слоя расплава, прилегающего к стенкам оболочковой формы, когда идет образование металлической оболочки на внутренней поверхности керамической оболочковой формы. толщина этой металлической оболочки пропорциональна времени кристаллизации отливки и для прилегающего слоя
может быть принята по величине 5-10% от времени кристаллизации наиболее тонких мест отливки. затем, за оставшееся время кристаллизации всего расплава в оболочковой форме давление плавно повышают до достаточного для дозаполнения формы на величину объема усадки отливки. плавное повышение давления снижает риск разрушить керамическую форму. достаточным является такое давление, при котором обеспечивается питание отливки из пресс-остатка в металлоприемнике на величину объема усадки при кристаллизации. величина усадки для большинства используемых литейных сплавов является известной характеристикой. поэтому достаточность давления можно определить по перемещению металлоприемника относительно формы в процессе кристаллизации, которое пропорционально величине усадки, либо по отсутствию дефектов усадочного характера при контроле качества отливки. в целом, металлическая оболочка на внутренней поверхности оболочковой формы позволяет повысить рабочее давление, обеспечивая при этом более высокое качество отливки.
указанная совокупность признаков по объекту-устройству является новой и обладает изобретательским уровнем исходя из того, что наружная поверхность горловины контейнера оснащена съемной огнеупорной втулкой, которая позволяет ей находиться в металлоприемнике, не касаясь стенок залитого расплавом облицованного стакана. при этом, образующийся в процессе заливки на холодных стенках, как облицованного стакана, так и огнеупорной втулки закристаллизовавшийся слой расплава не будет препятствовать их относительному движению, если между ними имеется зазор. этот зазор образован облицованным фланцем, установленным на верхнем краю съемного облицованного стакана и имеющим внутренний диаметр меньше внутреннего диаметра облицованного стакана. в свою очередь наружный диаметр огнеупорной втулки сопрягается по подвижной посадке с внутренним диаметром облицованного фланца, что обеспечивает замкнутое пространство при выдавливании расплава в оболочковой форму. величина этого зазора подбирается экспериментально один раз по наиболее длительному процессу заливки выдержки до конца кристаллизации. в радиальном измерении он
берется больше суммарной толщины одностороннего слоя расплава, закристаллизовавшегося в процессе заливки выдержки до конца кристаллизации на стенке облицованного стакана и стенке огнеупорной втулки. закристаллизовавшийся слой расплава под нижней плоскостью облицованного фланца не оказывает существенного сопротивления движению, так как не имеет под собой опоры. огнеупорная втулка выполнена съемной, так как в конце процесса заливки схватывается по боковой поверхности затвердевшим пресс- остатком и при опускании нижнего стола с металлоприемником, снимается с горловины контейнера и остается в металлоприемнике. таким образом, приведенная совокупность признаков устройства позволяет обеспечить беспрепятственное движение металлоприемника в горловине контейнера при различных скоростных режимах и с возможными остановками, обеспечивая выполнение технической задачи по упрочнению оболочковой формы путем получения дополнительной металлической оболочки на внутренней поверхности керамической оболочковой формы при кристаллизации слоя расплава, прилегающего к ее внутренним стенкам.
краткое описание чертежей
на фиг.1 показано устройство для литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением по которому осуществляется предлагаемый способ литья.
устройство для литья по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением состоит из станины 1 с неподвижным верхним столом 2 и нижним столом 3, подвижным от гидропривода 4. к верхнему столу жестко прикреплен контейнер 5 с заформованной в наполнитель оболочковой формой 6. на горловине 7 контейнера 5 установлена съемная огнеупорная втулка 8, которая удерживается на нижней плоскости горловины 7 затвором 9. затвор 9 так же держит наполнитель в контейнере 5 и заливочный канал с отверстием 10 оболочковой формы 6. на нижнем столе 3 установлен металлоприемник 11, содержащий основание 12, в пазах 13 которого с гарантированным зазором находится съемный стакан 14 с внутренней газопроницаемой облицовкой 15. затвор 9 и облицовка 15 могут быть выполнены из стержневой, например,
жидкостекольной смеси. в верхней части боковой образующей съемного стакана 14 выполнены отверстия 16 для выхода газа. на верхнем краю съемного стакана 14 установлен облицованный со стороны его полости фланец 18. огнеупорные втулка 8 и центральное отверстие облицованного фланца 18, по своей наружной и внутренней поверхности соответственно, образуют сопрягаемую пару с подвижной посадкой. для взаимного центрирования облицованного фланца 18 и огнеупорной втулки 8 на последней и фланце 18 выполнены заходные фаски. величина «E», показанная на фигуре является больше суммарной толщины одностороннего слоя расплава, закристаллизовавшегося в процессе заливки и выдержки до конца кристаллизации на стенке облицованного стакана 14 и стенке огнеупорной втулки 8. нижний стол 3 установлен на штоке гидропривода 4, который жестко закреплен на станине 1.
устройство так же оснащено стандартными средствами автоматического контроля и управления параметрами работы гидропривода 4: путь, время, скорость перемещения штока, давление (не показаны).
лучший способ осуществления изобретения
далее со ссылкой на предлагаемый чертеж подробно описан конкретный вариант осуществления предлагаемого способа и работы устройства. керамическую оболочковую форму 6 изготавливают, прокаливают по серийной технологии, затем помещают в контейнер 5 с наполнителем так, чтобы край заливочного отверстия 10 находился на уровне торца горловины 7 контейнера 5. на горловину 7 надевают огнеупорную втулку 8, а торец горловины 7 заформовывают, оставляя вход заливочного отверстия 10, жидкостекольной смесью образуя затвор 9. контейнер 5 закрепляют на верхнем столе 2 станины 1 , так, чтобы горловина 7 располагалась соосно металлоприемнику 1 1.
внутреннюю полость съемного стакана 14 перед постановкой на основание 12 металлоприемника 11 облицовывают жидкостекольной смесью. на верхнем торце стакана 14 закрепляют облицованный жидкостекольной смесью фланец 18. установленный на основании 12 стакан 14 центрируют относительно горловины 7.
предварительно, аппаратурой гидропривода по расчетному расходу расплава 7-8 кг/с устанавливалась скорость заливки 0,15 -0,2 м/с и давление в пределах 0,2-0,зMпa.
литье проводилось для коррозионностойкой аустенитной стали. расплав заливают в металлоприемник 11 при 25 ±1C° выше температуры ликвидуса до уровня, близкого к облицовке фланца 18 и сразу включают гидропривод 4 и проводят заливку жидкого металла из металлоприемника 1 1 в форму 6. после заполнения формы б шток гидропривода 4 останавливается в верхнем положении. с этого момента расплав выдерживают под установленным давлением 0,2-0,зMпa в течении 6-8c. затем, за оставшееся время полной кристаллизации 1,3-1,5 мин. (получено при компьютерном моделировании процесса заливки) давление равномерно поднимают до 5-6Mпa, развиваемого гидроприводом. за это время шток перемещается на небольшую величину, пропорциональную величине усадки металла, 2-2,5%, но именно это перемещение для питания отливки при относительно высоком давлении устраняет дефекты усадочного характера, обеспечивает высокую плотность и механические показатели, в конечном результате высокое качество отливки. устройство работает следующим образом. перед началом заливки к верхнему столу 2 станины 1 жестко крепится контейнер 5 с заформованной в него оболочковой формой 6 и надетой на его горловину 7 съемной огнеупорной втулкой 8. при этом наполнитель контейнера 5 и огнеупорная втулка 8 удерживаются затвором 9. на нижнем столе 3 в пазы 13 основания 12 металлоприемника 11 устанавливается предварительно облицованный съемный стакан 14. на верхний торец стакана 14 устанавливается облицованный фланец 18. включением гидропривода 4 металлоприемник 11 поднимается до горловины 7, с огнеупорной втулкой 8, которая центрируется относительно облицованного фланца 18 путем перемещением стакана 14 в горизонтальной плоскости за счет гарантированного зазора в пазах 13 основания 12. затем металлоприемник 11 опускается в исходное положение. устройство готово к работе.
жидкий металл заливается в металлоприемник 1 1 примерно до уровня
нижней плоскости облицовки фланца 18. включается гидропривод 4. металлоприемник 11 со стаканом 14 поднимается и своим облицованным фланцем 18 входит в огнеупорную втулку 8 горловины 7, которая через заливочное отверстие 10 выдавливает жидкий металл в оболочковую форму 6. при этом из формы б через её оболочку и из стакана 14 через его газопроницаемую облицовку 15 вытесняется газ (воздух). после заполнения оболочковой формы б жидким металлом шток гидропривода 4 останавливается в верхнем положении и выдерживается несколько секунд. при этом будет проходить кристаллизация слоя жидкого металла в металлоприемнике 11 по стенкам облицовки 15 стакана 14, облицовке фланца 18 и на горловине 7 с огнеупорной втулкой 8. после выдержки давление в гидроприводе 4 повышается до рабочего до конца кристаллизации жидкого металла во всем объеме отливки. за счет разности «E» между внутренними диаметрами облицованного стакана 14 и фланца 18 во время выдержки не происходит их схватывания затвердевшим слоем металла, а шток гидропривода 4 имеет возможность перемещаться, обеспечивая питание отливки жидким металлом из металлоприемника 11 до конца процесса кристаллизации.
после завершения процесса кристаллизации гидропривод 4 включается на обратный ход. металлоприемник 11 опускается в исходное положение, захватывая вместе с собой огнеупорную втулку 8 за счет образования на ней закристаллизовавшегося металла. с нижнего торца горловины 7 легкому отрыву пресс-остатка способствует непрочность облицовки затвора 9. контейнер 5 с готовой отливкой снимается с верхнего стола 2 станины 1 для выемки отливки. стакан 14 металлоприемник 11 снимается для замены облицовки. к устройству крепится следующий комплект из контейнера 5, на горловину которого устанавливается огнеупорная втулка 8, и стакана 14 металлоприемник 11. цикл повторяется.
промышленная применимость изобретение найдет применение в литейном производстве, а именно в литье по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением, преимущественно металлических изделий.
Next Patent: METHOD FOR TRANSPORTING NATURAL GAS VIA A LONG-DISTANCE PIPELINE