Устройство для литья с кристаллизацией под давлением

Г

lI QOIkkHQUC%+ fi4l иатемтае-теьм цэсн..;

J (,)ит1лиQ ффф Ц 1 :

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и1 446212

Союз Советских

Соыиалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 15.02.72 (21) 1748992/22-2 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 25.08.74. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 18.03.75 (51) М. Кл. В 22d 27/12

«р

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытии. (53) УДК 621.74.043.2 (088.8) (72) Автор изобретения

О. Г. Епанчинцев

Институт металлургии им. А. А. Байкова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТЪЯ С КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ

ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Изобретение касается литейного производства.

Известно устройство для литья с кристаллизацией под давлением, содержащее матрицу и внешний пуансон, во внутреннем канале которого подвижно установлен внутренний пуансон. Залитый в открытую матрицу в свободном состоянии расплав подвергается давлению под гидравлическим прессом для получения отливки с уплотненной структурой. Давление передается прессующим пуансоном, перекртовающим открытую полость матрицы и действующим на верхнюю торцовую часть отливки в течение всего периода времени, необходимого для окончания кристаллизации, Если приложенное давление достаточно высоко (порядка 1000 атм), оно обеспечивает эффективное принудительное питание расплавом усадочных раковин и пустот, а также препятствует выделению газов, растворенных в расплаве. Благодаря этому в твердом материале устраняются усадочные раковины и газовая пористость, структура отливки заметно измельчается и становится более однородной, что способствует улучшению механических свойств и более равномерному их распределению по сечению отливки.

Поскольку усилие прессования гидравлических прессов, используемых для кристаллизации расплава под давлением, не превышает

100 — 200 т, то уже для сплошных цилиндрических отливок радиусом всего лишь в 100 мм давление на расплав составляет не более нескольких сотен атмосфер, а отливок радиусом

5 в 500 мм — не более 20 атм. Таким образом, известное устройство малоэффективно в случае его использования для уплотнения и повышения качества крупногабаритных отливок.

В предлагаемом устройстве для создания

10 давления в кристаллизирующемся расплаве использован телескопический пуансон, внешний элемент которого (внешний пуансон) осуществляет предварительное обжатие расплава усилием гидравлического пресса, а окончатель15 ное обжатие (после фиксации внешнего пуансона в крайнем нижнем положении) производит внутренний пуансон, перемещающийся в осевом канале внешнего пуансона под давлением газов, образующихся в результате под20 рыва заряда взрывчатого вещества во взрывной камере, расположенной в верхней части осевого канала над верхним торцом внутреннего пуансона, фиксируемого в свою очередь в крайнем нижнем положении, когда расплав

25 находится под максимальным давлением.

Благодаря тому, что при взрыве могут быть достигнуты давления в десятки и сотни раз более высокие, чем полученные статически, а также ввиду незначительной площади попез0 речного сечения внутреннего пуансона по

440212

3 сравнению с внешним пуансоном, предлагаемое устройство обеспечивает возможность резко (до величин порядка 1000 атм) повысить давление на столб расплава в осевом канале внешнего пуансона, а следовательно, и на весь объем кристаллизующегося расплава.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Оно содержит установленную на основании

1 матрицу 2, днище которой закрыто поддоном 3, а верхняя часть снабжена гнездами, в которых размещены фиксаторы 4 с пружинами Ь и поджимными винтами б, удерживающие в крайнем нижнем положении внешний пуансон /. Для этого в головке пуансона проточена кольцевая канавка 8, профиль которой соответствует профилю головки фиксатора 4.

Осевой канал внешнего пуансона служит направляющей для внутреннего пуансона 9 и туго посаженной на его хвостовик до упора в головку пуансона 9 гильзы 10. В горизонтальных сквозных отверстиях, выполненных в стенках осевого канала внешнего пуансона на двух разных уровнях, установлены фиксаторы

11 и 12 с пружинами 13 и 14 и поджимными винтами 15 и io, а на внешней цилиндрической поверхности гильзы 10 проточены одна над другой кольцевые канавки 17 и 18, профиль которых соответствует профилю головки фиксатора 12. Снабженная крышкой 19 верхняя суженная часть осевого канала внешнего пуансона 7 служит взрывной камерой, где размещают заряд взрывчатого вещества. Усилие гидравлического пресса передается на внешнии пуансон 7 через пуансонодержатель 20, закрепленный на пуансоне 7 посредством пальцеь 21. 1 оддон 3 располагают относительно основания l так, что под ним находится отверстие 22, через которое подают выталкиватель 1не показан) при выпрессовке закристаллизовавшегося слитка из матрицы 2.

11еред началом работы собирают телескопическии пуансон. Внутренний пуансон 9 с насаженной на его хвостовик гильзой 10 устанавливают в вертикальном канале внешнего пуансона так, чтобы нижние торцы обоих пуансонов оказались на одном уровне. Вставляют фиксаторы 11 и 12 с пружинами 13 и 14 в сквозные отверстия в стенках осевого канала пуансона 7 и закрывают их снаружи поджимными винтами 15 и 16. Поскольку верхняя кольцевая канавка 18 гильзы 10 располагается против фиксаторов 12, они заходят в канавку 18 и удерживают внутренний пуансон

9 в исходном положении. Во взрывную камеру вводят заряд взрывчатого вещества, закрывают камеру крышкой 19 и закрепляют пуансон 7 в пуансонодержателе 20. В горизонтальные сквозные отверстия в верхней части матрицы 2 вставляют фиксаторы 4 с пружинами 5 и закрывают отверстия снаружи поджимными винтами 6, а матрицу 2 размещают на основании 1 в положении, при котором полость матрицы коаксиальна с телескопическим

65 пуансоном и выталкивателем, подаваемым снизу через отверстие 22 в основании 1.

Для оеспрепятственной заливки расплава из ковша в полость матрицы 2 пуансонодержатель 20 гидравлического пресса вместе с закрепленным в нем телескопическим пуансоном поднимают над матрицей 2, а по окончании заливки опускают его до соприкосновения нижнего торца телескопического пуансона с открытой поверхностью расплава и предварительно обжимают расплав усилием гидравлического пресса. 1 ри этом расплав заполняет нижнюю часть осевого канала внешнего пуансона 7, заставляя внутренний пуансон подниматься в осевом канале до тех пор, пока он не остановится в крайнем верхнем положении. В этот момент нижняя кольцевая канавка 17 гильзы 10 располагается против фиксаторов 12, вытесненных поднявшейся вместе с пуансоном 9 гильзой 10 в отверстия в стенках внешнего пуансона и теперь вновь получивших возможность выдвинуться из стенок под действием сжатых пружин 14. Таким образом, гильза 10 оказывается запертой в крайнем верхнем положении.

Тем временем внешний пуансон достигаег краинего нижнего положения, при котором давление на него со стороны гидравлического пресса сравнивается с давлением в расплаве и удерживается в этом положении выдвигающимися из отверстий в стенках матрицы подгружиненными фиксаторами 4, поскольку в этот момент против них располагается кольцевая канавка 8 внешнего пуансона 7. 11осле фиксации пуансона 7 производят подрыв заряда взрывчатого вещества, в результате чего давление во взрывной камере резко возрастает, заставляя внутренний пуансон 9 перемещаться вниз (запертая фиксаторами 12 гильза 10 остается в крайнем верхнем положении) и вытеснять расплав из осевого канала внешнего пуансона в полость матрицы 2.

Это позволяет не только компенсировать усадку кристаллизующегося расплава, но и значительно повысить давление расплава в матрице 2, благодаря чему обеспечивается эффективное принудительное питание расплавом усадочных раковин и пустот, а также предотвращается выделение газов, растворенных в расплаве. Благодаря отсутствию усадки отливка плотно прилегает к стенкам матрицы 2 в течение всего периода кристаллизации, что обеспечивает интенсивный теплоотвод от расплава, резко сокращает период его кристаллизации и приводит тем самым к значительному измельчению структуры закристаллизованного материала.

Геометрия телескопического пуансона и энергия подрываем ого заряда выбираются так, что внутренний пуансон 9 останавливается в крайнем нижнем положении, когда его головка опустится ниже отверстий фиксаторов

11, а нижний торец окажется на одном уровне с нижним торцом внешнего пуансона 7.

Фиксаторы 11, выдвинувшись под действием

440212 сжатых пружин 13, запирают пуансон 9 в крайнем нижнем положении. Таким образом, кристаллизация расплава завершается при фиксированном максимальном давлении, достигающем величины порядка 1000 атм. Столь высокое давление, действуя на остывающий закристаллизованный слиток, способно инициировать протекание в нем процессов пластической деформации, в результате которых происходит спрессовывание и залечивание межкристаллических . пор, а также общее уплотнение слитка, сопровождающееся дальнейшим повышением уровня механических свойств закристаллизованного материала.

По окончании прессования, вывинтив предварительно поджимные винты б, удаляют из отверстий в стенках матрицы фиксаторы 4 и пружины 5, телескопический пуансон поднимают на высоту, достаточную для беспрепятственного выпрессовывания отливки, и удаляют ее из матрицы 2 выталкивателем, который подают через отверстие 22 в основании 1. Извлекают пальцы 21, разъединяют телескопический пуансон и пуансонодержатель 20, снимают крышку 19, вывинчивают поджимные винты 15 и 1б и удаляют фиксаторы 11 и 12 с пружинами 13 и 14. Из осевого канала внешнего пуансона 7 извлекают внутренний пуансон с гильзой 10, которую перемещают по хвостовику пуансона 9 до упора в его головку.

Для осуществления кристаллизации под давлением новой порции расплава указанные выше операции повторяют, Величину фиксированного давления, при котором кристаллизуется расплав, регулируют, изменяя количество расплава, залитого в матрицу 2, и устанавли5 вая во взрывной камере соответствующий заряд взрывчатого вещества.

Предлагаемое устройство достаточно эффективно в случае его использования для уплотнения отливок любой конфигурации, площадь

10 сечения которых может достигать при этом величины порядка 1 м .

Предмет изобретения

15 Устройство для литья с кристаллизацией под давлением, содержащее матрицу и внешний пуансон, во внутреннем канале которого подвижно установлен внутренний пуансон, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличе20 ния давления на расплав, оно снабжено гильзой, размещенной в осевом канале внешнего пуансона, и фиксаторами, установленными в горизонтальных сквозных отверстиях, выполненных в верхней части матрицы и во внеш25 нем пуансоне, а внешняя цилиндрическая поверхность гильзы и наружная цилиндрическая поверхность внешнего пуансона выполнены с гнездами для взаимодействия с фиксаторами, причем внутренний пуансон выполнен с хво30 стовиком, подвижно установленным в гильзе, а внешний пуансон снабжен крышкой, установленной в верхней его части.

440212

Составитель О. Епанчинцев

Техред Т. Миронова

Корректор Л. Котова

Редактор Т. Фадеева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 606/1 Изд. № 364 Тираж 811 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5