Форма для литья полого слитка

Полезная модель относится к литейному производству, в частности, к песчаным формам для литья полого слитка с большой массой, и может найти применение при изготовлении крупногабаритных полых слитков в тяжелом, энергетическом, транспортном и другом машиностроении. Задачей и техническим результатом полезной модели является создание формы для литья полого слитка, обеспечивающей устранение причин развития в осевых зонах стенки полого слитка дефектов усадочного, ликвационного и иного происхождения, сокращение времени заливки и увеличение выхода годного. Технический результат достигается тем, что форма для литья полого слитка включает основание, размещенные на нем кольцевую наружную стенку, литейную полость тела слитка и центровой стержень, снабженный литниковым каналом, включающим центральный стояк и горизонтальные питатели, размещенные в нижней части стояка, причем внутренняя поверхность литейной полости выполнена цилиндрической, внешняя поверхность литейной полости от низа до 0,25-0,42 ее высоты выполнена расширяющейся с конусностью 1:100-1,8:100, от 0.25-0,42 до 0,75-0,85 ее высоты - расширяющейся с конусностью 4,8:100-16,5:100, а в прибыльной надставке от 0,75-0,85 высоты полости до ее верха - цилиндрической, при этом стояк в нижней части снабжен углублением ниже уровня горизонтальных питателей и соотношение площади сечения стояка и суммарной площади сечения горизонтальных питателей составляет 1:1-1:3. 1 рис.

Полезная модель относится к литейному производству, в частности, к песчаным формам для литья полого слитка с большой массой, и может найти применение при изготовлении крупногабаритных полых слитков в тяжелом, энергетическом, транспортном и другом машиностроении.

Известна форма для литья полого слитка, включающая опоку, внешнюю стенку формы, литейную полость, центровой стержень и вертикальную литниковую систему, размещенную в теле внешней стенки формы, выход которой выполнен в нижнюю часть полости для литья. При этом внешняя стенка формы и центральный стержень, контактирующие с расплавленным металлом выполнены из термостойкой песчаной формовочной смеси, а вертикальные элементы литниковой системы - составными из огнеупорного вещества.

(CA 1095686, B22D 7/06, опубликовано 17.02.1981)

Недостатком известного устройства является невозможность его использования для обеспечения требуемых условий направленного затвердевания крупногабаритного полого слитка и получения плотного строения тела слитка без образования в нем усадочных, ликвационных и иных дефектов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для заливки подшипников скольжения, содержащее основание (поддон), наружную стенку (корпус подшипника из стали), литейную кольцевую полость, кольцевую прибыльную надставку и центровой стержень, в котором выполнен литниковый канал с воронкой, выполняющий роль стояка для заливки металла. Литниковый канал включает центральный стояк и горизонтальные питатели, размещенные в нижней части стояка. В поддоне предусмотрено посадочное место для центрового стержня.

(RU 38649, B22D 7/04, опубликовано 10.07.2004)

Однако известное устройство, характеризуемое указанными выше существенными признаками, не может быть использовано для литья крупногабаритного полого слитка из стали, так как при его использовании невозможно избежать образования осевых усадочных и иных дефектов слитка из-за невыполнения условий обеспечения направленного затвердевания металла и непрерывного питания стенок слитка, ввиду отсутствия прибыльной надставки и конусности стенки формы.

Задачей и техническим результатом полезной модели является создание формы для литья полого слитка, обеспечивающей устранение причин развития в осевых зонах стенки полого слитка дефектов усадочного, ликвационного и иного происхождения, сокращение времени заливки и увеличение выхода годного.

Технический результат достигается тем, что форма для литья полого слитка включает основание, размещенные на нем кольцевую наружную стенку, литейную полость тела слитка и центровой стержень, снабженный литниковым каналом, включающим центральный стояк и горизонтальные питатели, размещенные в нижней части стояка, причем внутренняя поверхность литейной полости выполнена цилиндрической, внешняя поверхность литейной полости от низа до 0,25-0,42 ее высоты выполнена расширяющейся с конусностью 1:100-1,8:100, от 0.25-0,42 до 0,75-0,85 ее высоты - расширяющейся с конусностью 4,8:100-16,5:100, а в прибыльной надставке от 0,75-0,85 высоты полости до ее верха - цилиндрической, при этом стояк в нижней части снабжен углублением ниже уровня горизонтальных питателей и соотношение площади сечения стояка и суммарной площади сечения горизонтальных питателей составляет 1:1-1:3.

Технический результат также достигается тем, что основание формы, кольцевая наружная стенка и центровой стержень выполнены из холоднотвердеющих формовочных смесей или из металла; в прибыльной надставке внутренняя полость облицована теплоизоляционным материалом; горизонтальные питатели выполнены щелевыми или из сифонного припаса; стояк выполнен составным и сверху дополнительно снабжен литниковой воронкой; поверхность формы и центрового стержня покрыты противопригарным термостойким материалом.

Конусности внешней поверхности литейной полости тела слитка 1:100-1,8:100 и 4,8:100-16,5:100, которые равны конусностям соответствующих наружных стенок формы, а также соответствующие им высоты формы (от низа до 0,25-0,42 и от 0.25-0,42 до 0,75-0,85 высоты полости) обеспечивают простоту извлечения модельной оснастки и необходимые условия для направленного затвердевания по высоте слитка, при которых происходит непрерывное питание затвердевающих стенок слитка поступлением жидкого металла из вышерасположенных зон и прибыльной надставки, затвердевающей последней. При этом происходит компенсация объемной усадки и формирование плотного и однородного строения металла тела слитка без дефектов усадочного, ликвационного и иного происхождения.

Конструктивное решение стояка, который выполнен составным и сверху дополнительно снабженный литниковой воронкой, а в нижней части - углублением ниже уровня горизонтальных питателей, при отношении площади сечения стояка к суммарной площади сечения горизонтальных питателей 1:1-1:3, обеспечивает быстрое (за минуты) заполнение формы жидким металлом при литье крупногабаритных полых слитков массой до 20 тонн и выше, что создает благоприятные условия для обеспечения направленного затвердевания и непрерывного питания жидким металлом затвердевающих зон слитка при кристаллизации. Аналогичное действие оказывает выполнение основания формы, кольцевой стенки и центрового стержня из холоднотвердеющих формовочных смесей (или из металла, например, из стали или чугуна), а также облицовка (утепление) внутренней полости формы в зоне прибыльной надставки теплоизоляционным материалом.

Конструкция формы по полезной модели представлена на фиг.1, где:

1 - опока

2 - основание (лад);

3 - кольцевая наружная стенка;

4 - литейная полость тела слитка;

5 - центровой стержень;

6 - центральный стояк литникового канала;

7 - горизонтальные питатели;

8 - внутренняя поверхность литейной полости (внешняя поверхность центрового стержня);

9 - внешняя поверхность литейной полости;

10 - углубление стояка;

11 - литниковая воронка;

12 - элементы составного стояка;

13 - теплоизоляционный материал;

14 - засыпка;

15 - высота полости литейной формы;

16 - цилиндрическая прибыльная надставка.

Изготовление формы по полезной модели и ее использование может быть проиллюстрировано следующим примером.

Форму по полезной модели для литья полого слитка из стали 10ГН2МФАЛ массой 28,7 т, наружным диаметром (максимальное значение) 1520 мм и толщиной стенки 420 мм изготавливали стандартными технологическими операциями с использованием деревянной модели (фиг.1):

- изготовление в опоке (не показано) основания 2 с центральной выемкой для установки центрового стержня 5;

- изготовление в опоке 1 по модели (не показано) кольцевой наружной стенки 3;

- изготовление составного центрового стержня 5 с формированием в нем литникового канала, состоящего из составного центрального стояка 6 (с использованием элементов 12 керамического сифонного припаса), горизонтальных щелевых питателей 7, число которых может составлять 2-6, и углубления (зумпфа) 10 центрального стояка.

Основание 1, кольцевую наружную стенку 3 и центральный стержень 5 изготавливали из холоднотвердеющей формовочной смеси на основе огнеупорного силикатного наполнителя с добавками оксидов железа и магния.

При изготовлении наружной стенки 3 формы ее внутреннюю поверхность от низа до 0,35 ее высоты 15 выполнили расширяющейся с конусностью 1,5:100, от 0,35 до 0,8 ее высоты 15 - расширяющейся с конусностью 6,0:100, а в прибыльной надставке 16 от 0,8 высоты 15 полости до верха формируемой полости - цилиндрической. Внутренняя и наружная поверхность полости формы в прибыльной надставке облицована теплоизоляционным термостойким материалом 13 толщиной 120-150 мм.

Центральный составной стояк 6 литниковой системы был выполнен соединяющимся с тремя горизонтальными щелевыми питателями 7 при отношение площади сечения стояка к суммарной площади сечения щелевых питателей 1:3. В нижней части стояк 6 был выполнен с углублением 10 (зумпфом) для снижения негативного воздействия (размыва) падающей струи расплавленного металла на основание литника.

Затем на поверхность формы и центрового стержня было нанесено покрытие из стандартного противопригарного термостойкого материала. Стояк 6 сверху был снабжен литниковой воронкой 11.

Результатом сборки была форма для литья полого слитка по полезной модели, которая включала основание 2, размещенные на ней кольцевую наружную стенку 3, литейную полость 4 тела слитка и центровой стержень 5, снабженный литниковым каналом, включающим центральный стояк 6 и горизонтальные питатели 7, размещенные в нижней части стояка, при этом внутренняя поверхность 8 литейной полости была выполнена цилиндрической, внешняя поверхность 7 литейной полости от низа до 0,35 ее высоты выполнена расширяющейся с конусностью 1,5:100, от 0,35 до 0,8 ее высоты - расширяющейся с конусностью 6,0:100, а в прибыльной надставке 16 от 0,8 высоты полости до ее верха - цилиндрической, при этом стояк в нижней части снабжен углублением (зумпфом) 10 ниже уровня горизонтальных питателей 7 и отношение площади сечения стояка 6 к суммарной площади сечения горизонтальных питателей 7 составило 1:3.

Сталь для литья полого слитка выплавлялась в дуговой печи емкостью 30 т. Заливку формы через литниковую систему производили при температуре жидкого металла 1580-1600°C. Время заливки составило 2,5 мин. После выхода металла в прибыль (цилиндрическую часть полости формы) на 1/3 ее высоты поверхность зеркала металла утепляли теплоизоляционной засыпкой 14 толщиной 150-200 мм. Металл, затвердевший в прибыльной надставке, отрезали.

Исследование микроструктуры полученного полого слитка показало, что вся осевая зона тела слитка имеет плотное строение металла по всему его сечению без каких-либо нарушений сплошности дефектами усадочного, ликвационного и иного происхождения. Все эти дефекты были выведены в зону, затвердевшей в прибыльной надставке.

Таким образом, форма по полезной модели обеспечивает достижение поставленного технического результата: устранение причин для развития в осевых зонах стенки полого слитка дефектов усадочного, ликвационного или иного происхождения, сокращение времени заливки и увеличение выхода годного.

1. Форма для литья полого слитка, содержащая основание, размещенные на нем кольцевую наружную стенку, образующую литейную полость тела слитка, и центровой стержень с литниковым каналом, включающим центральный стояк и горизонтальные питатели, размещенные в нижней части стояка, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность литейной полости выполнена цилиндрической, внешняя поверхность литейной полости от низа до 0,25-0,42 ее высоты выполнена расширяющейся с конусностью 1:100-1,8:100, от 0,25-0,42 до 0,75-0,85 ее высоты - расширяющейся с конусностью 4,8:100-16,5:100, при этом форма снабжена прибыльной надставкой, в которой от 0,75-0,85 высоты литейной полости до ее верха она выполнена цилиндрической, а стояк в нижней части имеет углубление ниже уровня горизонтальных питателей, причем соотношение площади сечения стояка и суммарной площади сечения горизонтальных питателей составляет 1:1-1:3.

2. Форма для литья по п.1, отличающаяся тем, что основание формы, кольцевая наружная стенка и центровой стержень выполнены из холоднотвердеющей формовочной смеси или из металла.

3. Форма для литья по п.1, отличающаяся тем, что в прибыльной надставке внутренняя полость облицована теплоизоляционным материалом.

4. Форма для литья по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальные питатели выполнены щелевыми.

5. Форма для литья по п.1, отличающаяся тем, что стояк выполнен составным и сверху снабжен литниковой воронкой.

6. Форма для литья по п.1, отличающаяся тем, что поверхности формы и центрового стержня покрыты противопригарным термостойким материалом.