Литейная форма для отливки протяженных отливок из алюминиевых сплавов с широким интервалом кристаллизации

Рещение относится к литейному производству, в частности, к конструкции литниковой системы литейных форм.

Предлагается прибыли расположить над тепловыми узлами отливки, на рабочей поверхности нижней полуформы, под прибылями, установить наружные холодильники, кроме того, предлагаются оптимальные соотношения площадей поперечных сечений стояка, литникового хода и питателей, а также, отношение расстояния между осями прибыли к приведенной высоте отливки.

Технический результат - снижение дефектов усадочного характера, газовой пористости, увеличение выхода годного.

1 с.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к литейному производству, в частности, к конструкции литейных форм, и может быть использована при заливке отливок из алюминиевых сплавов с широким интервалом кристаллизации.

В практике производства литых деталей для заполнения полости формы расплавом и последующего питания отливки используются разнообразные литниково-питающие системы. Как правило, литниково-питающая система включает стояк, литниковый ход, питатели и прибыли. Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является литейная форма, литниково-питающая система которой состоит из воронки, стояка, литникового хода, фильтра, питателя и прибылей, фильтр установлен в вертикальной шлакоулавливающей бобышке. Литниково-питающая система оснащена теплоизолирующими оболочками, установленными на прибылях. Теплоизолирующие оболочки, установленные на прибылях, обеспечивают замедление затвердевания прибыли с наружной стороны, повышение выхода годного литья и снижение расхода металла. Фильтр, установленный в вертикальной шлакоулавливающей бобышке, повышает эффективность очистки расплава от неметаллических включений и газов [Патент на полезную модель 85379, кл. В22С 9/08, опубл. 10.08.2009].

Однако при отливке средних по размеру протяженных отливок, имеющих наружный размер более 1 м, с постоянным сечением или незначительным изменением площади поперечного сечения, получаемых из алюминиевых сплавов с широким интервалом кристаллизации, обеспечение замедления затвердевания прибыли с наружной стороны за счет теплоизолирующих оболочек, установленных на прибылях, и очистка расплава от неметаллических включений и газов за счет фильтров, установленных в месте ввода расплава в полость формы, значительно усложняет конструкцию литниково-питающей системы. Требуется установка теплоизолирующих оболочек в каждой из прибылей, которых, учитывая то, что рассматриваемые отливки имеют большую протяженность и производятся из широкоинтервального сплава, должно быть не менее десяти. Кроме того, затрудняется установка фильтра, так как для рассматриваемых отливок нет возможности предусмотреть в полости формы шлакоулавливающую бобышку. Указанные мероприятия оказываются малоэффективными, а производительность технологического процесса снижается.

Задача настоящей полезной модели - создание конструкции формы с литниково-питающей системой, обеспечивающей получение высококачественных средних по размеру протяженных отливок постоянного сечения из широкоинтервальных алюминиевых сплавов.

Техническим результатом применения предлагаемой полезной модели является снижение дефектов усадочного характера, газовой пористости, уменьшение расхода металла на литниково-питающую систему и увеличение выхода годного.

В соответствии с поставленной задачей технический результат достигается тем, что в литейной форме для отливки протяженных отливок из алюминиевых сплавов с широким интервалом кристаллизации, содержащей верхнюю и нижнюю полуформы, литниково-питающую систему, включающую воронку, стояк, литниковый ход, питатели, прибыли, последние расположены над тепловыми узлами отливки, рабочая поверхность нижней полуформы выполнена наружными холодильниками, установленными над прибылями, при этом соотношения площадей поперечных сечений стояка, литникового хода и питателей F_ст:F_лх :F_num=1:3:5÷1,5:3,5:5,5, отношение расстояния между осями прибылей к приведенной высоте отливки l_д.n :h₀=1,15÷1,25.

Технический результат достигается:

- оптимальным объемом питающей системы и расположением прибылей, которыми достигается наилучшая пропитка тепловых узлов отливки;

- использованием внешних холодильников, которыми выполняется рабочая поверхность нижней полуформы, с предварительным нагревом их перед заливкой;

- оптимальным для рассматриваемого сплава соотношением площадей поперечных сечений элементов литниковой системы.

Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1 - вид спереди в разрезе, на фиг.2 - вид сверху.

Литейная форма содержит нижнюю 1 и верхнюю полуформы, литниково-питающую систему, включающую воронку 2, стояк 3, литниковый ход 4, питатели 5, прибыли б. Рабочая поверхность нижней полуформы выполнена наружными холодильниками 7, установленными под прибылями. С целью обеспечения питания всех тепловых узлов отливки, прибыли расположены над тепловыми узлами отливки 8, то есть утолщениями в отливке (скоплениями металла), диаметр вписанной окружности в которые больше, чем примыкающие к ним стенки.

Было проведено моделирование заливки и затвердевания отливки при различных соотношениях площадей сечений элементов литниковой системы. Поскольку отливка изготовляется из алюминиевого сплава ВАЛ10, то используется расширяющаяся литниковая система. Наиболее эффективными являются соотношения площадей поперечных сечений стояка, литникового хода и питателей в следующем интервале F_ст:F_лх:F_num =1:3:5÷1,5:3,5:5,5,

С учетом выбора оптимальных соотношений площадей сечений элементов литниковой системы, было проведено моделирование заливки и затвердевания отливки при различном расположении прибылей над тепловыми узлами отливки. Для отливки массой от 50 до 100 кг из сплава ВАЛЮ с постоянным сечением или незначительным изменением площади поперечного сечения определено оптимальное отношение расстояния между осями прибылей к приведенной высоте отливки l_д.n/h₀=155÷170/135=1,15÷1,25. При указанном отношении достигается минимальное количество усадочных дефектов.

Для обеспечения направленного затвердевания рабочая поверхность в нижней полуформе выполнена наружными холодильниками, которые перед заливкой подогреваются с целью предотвращения образования конденсата на их поверхности при заливке расплава.

Полезная модель работает следующим образом.

Рассматриваемая отливка типа «дуга» производится из алюминиевого сплава ВАЛЮ с широким интервалом кристаллизации и имеет конфигурацию, не позволяющую полностью отказаться от прибылей и использовать вертикально-щелевую литниковую систему, рекомендуемую для сплавов данного типа. В связи с этим особое внимание уделено выбору оптимального объема прибылей, их расположению над тепловыми узлами отливки, площади и соотношению размеров сечений элементов литниковой системы, выбору их количества и места установки, предварительной подготовке внешних холодильников. Эти мероприятия в комплексе позволяют обеспечить направленное затвердевание отливки, исключить образование дефектов усадочного характера, значительно уменьшить количество газовых дефектов в отливке, увеличить выход годного литья.

Расплавленный металл заливается в литниковую воронку 2 и по стояку 3 и литниковому ходу 4 поступает через питатели 5 в полость формы и прибыли 6. Расплавленный металл в процессе заполнения формы и затвердевания отливки находится в контакте с наружными холодильниками 7, подогретыми перед заливкой до 100°С, увеличение температуры нагрева может привести к возникновению усадочных дефектов.

Предлагаемую литниково-питающую систему в сравнении с известной применяют при производстве средних по размеру протяженных отливок типа «дуга», имеющих наружный размер более 1 м, с постоянным сечением или незначительным изменением площади поперечного сечения, получаемых из алюминиевых сплавов с широким интервалом кристаллизации. Масса заливаемой отливки находится в интервале от 50 до 100 кг, температура заливки алюминиевого сплава ВАЛЮ 680°С. Как показывают результаты моделирования заливки и затвердевания отливки и экспериментальные данные, технологический режим заливки формы обеспечивает направленное затвердевание отливки и исключает образование в теле отливки дефектов усадочного характера, значительно сокращает газовую пористость, позволяет снизить непроизводительный расход металла на литниковую систему и увеличить выход годного литья на 15÷17% на одну отливку. Рентгенографическое исследование отливок показывает уменьшение газоусадочной пористости в объеме отливки, заливаемой по предлагаемой полезной модели по сравнению с отливкой, залитой по известной технологии.

Литейная форма для отливки протяженных отливок из алюминиевых сплавов с широким интервалом кристаллизации, содержащая верхнюю и нижнюю полуформы, литниково-питающую систему, включающую воронку, стояк, литниковый ход, питатели, прибыли, отличающаяся тем, что прибыли расположены над тепловыми узлами отливки, рабочая поверхность нижней полуформы выполнена наружными холодильниками, установленными под прибылями, при этом соотношение площадей поперечных сечений стояка, литникового хода и питателей составляет F_cт :F_л.х:F_пит=1:3:5÷1,5:3,5:5,5, отношение расстояния между осями прибылей к приведенной высоте отливки составляет l_.п:h₀=1,15÷1,25.