Центробежная горизонтальная установка

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

gi831 300

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву —(22) Заявлено 2609,79 (21) 2820169/22-02 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет

Опубликовано 23,05.81. Бюллетень Йо 19

Дата опубликования описания 230581 (g ) К 3

В 22 З 13/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621.74..042(088.8) 1

1 (72) Автор изобретения

А.И.Траченко

J

1 :г

Всесоюз ный научно-исследовательский проЕКЩотехиолог ческий институт горного машинострое (71) Заявитель (54 ) ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к литейному производству, в частности к оснастке и оборудованию центробежного литья.

Известны центробежные горизонтальные установки, содержащие центробежную форму с футеровкой, имеющей на внутренней рабочей поверхности кольцеобразные выступы и каналы, и введенный во внутрь полости форьы заливочный желоб ГЦ .

Недостатком такой установки является то, что в ней не обеспечивается режим регулирования подачи и распределения жидкого металла в полости формй в процессе заливки, в результате 15 чего в кольцевых массивных сечениях отливки образуются кольщеобразные усадочные углубления-раковины и пористость.:

Известна также центробежная гори- 20 зонтальная установка, включающая центробежную форму,.содержащую изложницу, крышку, футеровку с кольцеобразными выступами и каналами на внутренней рабочей поверхности полости формы и введенный. в полость центробежной фобрььт сквозь центровое отверстие заливочный желоб f2) .

Недостатком этой установки является то, что она не обеспечивает оп- 30 тимальный режим регулирования подачи и распределения жидкого металла в полости форьи в процессе заливки, а имеет место лишь подача металла в одно место формы со сливного носка заливочного желоба и последукщее неупорядоченное самопроизвольное распределение-растекание жидкого металла под воздействием центробежных сил по поверхности профиля форьы.

По этой причине в первоначальный период заливки жидкий металл от места падения струи растекается относительно продольного профиля формы, заполняя на своем пути последовательно сначала ближайший кольцевой каналуглубление, затем перетекает через кольцевой выступ, заполняет следующий кольцевой канал-углубление, перетекает через очередной кольцевой выступ и так до тех пор, пока жидкий металл не достигает торцовых стенок формы. Таким образом, здесь происходит своего рода каскадное перетекание жидкого металла от места падения струи по направлению к торцовым стенкам формы, при этоМ в месте падения струи металл отливки наиболее разогретый, а наиболее переохлажденный в самых отдаленных

831300 (торцовых) частях полости формы, так как на своем пути значительную долю тепла жидкий металл отдает на нагрев материала формы и в окружающую воздушную среду. Следовательно, кристаллиз ация металла центробежной отливки протекает в. условиях резко неравномерного температурного поля, в результате чего происходит ускоренное затвердевание тонких стенок (над кольцеобразными выступами футеровки) и замедленное — в месте падения струи и в массивных кольцеобразных узлах (против кольцеобразных каналов футеровки) являющиеся тепловыми кольцеобразными узлами отливки. В связи с этим массивныв 15 кольцеобразные узлы отливки и кольцеобразная зона в месте падения струи является прибыльными частями, они

3атвердевают в последнюю очередь, жидкий металл этих частей расходует 20 ся на подпитку других частей отливки, в силу чего в массивных кольцеобразных узлах и кольцеобразной зоне по месту падения струи образуются со стороны внутренней поверхности кольцеобраэные усадочные раковины и пористость. Поэтому здесь имеет место повышенный отход металла в стружку, так как заранее приходится предусматривать увеличенные припуски на механическую обработку резанием в связи с вынужденной технологической необходимостью обеспечения получения качественного тела отливки по всему сечению стенок, в том числе в тепловых узлах.

Цель изобретения — разработка центробежной горизонтальной формы, позволяющей обеспечить оптимальный режим регулирования подачи и распределения 4Р жидкого металла в полости формы в процессе заливки, выравнивания (усреднения) температуры металла по всему сечению стенок отливки с переменной толщиной тела, повышения каче- 45 ства литья, уменьшения припусков на механическую обработку резанием (уменьшение отходов металла в стружку), повышение долговечности деталей оснастки центробежной формы °

Поставленная цель достигается тем, что эаливочный-желоб центробежной горизонтальной установки, включающей центробежную форму, содержащую изложницу, крышку, футеровку с кольцеобразными выступами и каналами на внутренней рабочей поверхности, снабжен системой сливных отверстий, количество которых равно количеству выступов футеровки, и ориентиро- в0 ван относительно продольного профиля внутренней рабочей поверхности полости формы таким образом, что сливные отверстия расположены против кольцеобраэных выступов футеровки, 65 причем длины сливных отверстий заливочного желоба равны 0,6-1,0 длины соответствующих выступов футеровки центробежной Формы.

На фиг. 1 изображена центробежная вертикальная установка (центробеж.ная форма в сборе совместно со сливной частью з аливочного желоба), продольный вертикально-осевой разрез, на фиг. 2 — то me, в первоначальный период заливки; на фиг. 3 — то же, совместно с жидким металлом непосредственно после окончания заливки, в первоначальный период кристаллизации металла отливки, на фиг. 4 — то же, на промежуточной стадии кристаллизации металла отливки.

Центробежная горизонтальная установка состоит иэ центробежной формы 1, содержащей изложницу 2 с центровым отверстием 3, крышку 4 с центровым отверстием 5, футеровку 6 с системой кольцеобразных выступов 7-9 и каналов 10,11 на внутренней рабочей поверхности полости формы 12 и заливочный желоб 13 с системой сливных отверстий. 14-16. дворцовые стенки центробежнои Формы (изложницы 2 и крышки 4), футеровки 6 с кольцеобраз ными выступами 7-9 и каналами 10, 11 образуют полость формы 12, предназ наченную для приема жидкого металла при заливке и формирования центробежной отливки.

Сливные отверстия 14-16 в заливочном желобе 13 предназначены для разьединения подаваемого по каналу желоба потока металла на отдельные, заданные технологическим процессом, струи и подачи их в определенные зоны плоскости формы 12.

Футеровка 6 может быть изготовлена из материалов, используемых в литейном деле для производства форм, например из песчано-глинистых смесей, керамических огнеупорных масс, различных металлов и сплавов, причем она может быть цельной или состоять из отдельных элементов, например из стержневых вставок.

Заливочный желоб 13 в рабочем положении ориентирован относительно продольного профиля внутренней рабочей поверхности полости формы 12 таким образом, что сливные отверстия

14-16 расположены против соответствующих выступов. 7-9 футеровки 6 а именно сливному отверстию 14 соответствует выступ 7, сливному отверстию

15 — выступ 8 и сливному отверстию 16выступ 9.

Оптимальным является вариант, когда длины сливных отверстий равны длинам соответствующих выступов футеровки, т.е. когда длина 17 сливного отверстия 14 равна длине 18 выступа 7„ длина 19 сливного отверстия 15длине 20 выступа 8 и длина 21 сливного отверстия 16 — длине 22 высту831300

2S

65 па 9. Однако при истечении металла через сливные отверстия отдельные струи металла по длине геометрически не равны соответствующим длинам сливных отверстий, вследствие образования факелов под влиянием различных возмущающих воздействий, имеющих место в реальных условиях, таких как трение жидкого металла о стенки желоба, шероховатость, неоднородность поверхности канала желоба, вибраций желоба при работающей центробежной установке, завихрений струй металла под воздействием вращающихся газов в полости формы, величины размеров центробежной формы, угла наклона желоба, рода, температуры и скорости потоков. металла,и т.д.

По этой причине длины одних и тех же падающих струй металла, истекающих из одних и тех же сливных отвер.",тий, в месте падения (в месте соприкосновения с поверхностью кольцеобразных выступов футеровки) значительно превышают длины сливных отверстий, т.е. накрываемые падающими струями зоны поверхностей выступов футеровкии по длине существенно превышают геометрическую длину соответствующих сливных отверстий,. Для практических условий является целесообразным выполнять сливные отверстия по длине меньшими, чем длины соответствующих кольцеобразных выступов футеровки, при этом допустимыми являются соотношения, когда длины сливных отверстий заливочного желоба равны 0,6-1,0 длины соответствующих кольцеобразных выступов футеровки центробежной формы, например, длина 17 сливного отверстия

14 равна 0,6-1,0 длины 18 кольцеобразного выступа 7, длина 19 сливного отверстия 15 — 0,6-1,0 длины 20 кольцеобразного выступа 8 и длина

21 сливного отверстия 16 — 0,6-1,0 длины 22 кольцеобразного выступа

9 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

После изготовления футеровки 6 например путем простановки в изложницу 2 заранее подготовленных песчаных стержневых или металлических вставок или путем засыпки формовочной смеси с> последующей накаткой необходимого профиля рабочей поверхности, закрепляют крышку 4 в посадочном гнезде переднего торца корпуса изложницы 2 механизм крепления на чертежах не показан), вводят через центровые отверстия

5 и 3 в полость формы 12 заливочный желоб 13, фиксируют его относительно продольного профиля футеровки 6 таким образом, что сливные отверстия 14-16 расположены сост ветственно против выступов 7-9, закрепляют жестко заливочный желоб 13, приводят центробежную форму 1 во вращение с заданной угловой скоростью и осуществляют заливку, при этом жидкий металл 23 по продольному каналу 24 желоба 13 поступает к сливным отверстиям 14-16 и истекает в полость формы 12 в виде отдельных изолированных друг от друга струй

25-27 (фиг. 1 и 2).

При попадании струй25-27 на поверхности выступов 7-9 футеровки 6 жидкий металл в виде отдельных потоков направляется в сторону кольцеобразных каналов и заполняет их, а именно поток 28 металла от падающей струи 25 и поток 29 от падающей струи направляются к кольцеобразному каналу 10 и заполняют его, поток 30 от падающей струи 26 и поток 31 от падающей струи 27 устремляются к кольцеобразному каналу 11 и заполняют его. Поступившие и накопившиеся в кольцеобразных каналах 10,11 массы жидкого металла

32, 33 имеют пониженную температуру по (сравнению с температурой металла падающих струй 25-27) в силу того, что одна часть теплоты поглощается и аккумулируется материалом футеровки 6 в области кольцеобразных выступов 7-9, дру гая част ь т еплоты теряется вследствие отдачи в воздушную среду полости формы 12 по пути течения жидкого металла по поверхности формы, так что в полости каналов 10, 11 массы жидкого металла 32, 33 поступают в значительной степени уже ереохлажденными.

Дальнейший процесс заливки осуществляют до момента получения заданных размеров центробежной отливки в жидком состоянии металла (фиг.3) путем, например дозированной подачи расплава по массе, объему или с помощью других .контролирующих устройств °

Предлагаемая центробежная горизонтальная установка осуществляет оптимальный (управляемый, регулируемый в заданном режиме) процесс подачи и распределения жидкого металла в полости формы в течение всего периода производства заливки, а в известных установках процесс распределения металла по поверхности профильной формы нерегулируемый, неупорядоченный.

Поскольку наиболее массивные части футеровки 6 в областях кольцеобразных выступов 7-9 подвергаются воздействию наибольших масс жидкого металла падающих струй 25-27 и наиболее разогретого металла, то при этом имеет место повышенная отдача теплоты жидким металлом этим участкам футеровки, по сравнению с участками футеровки в зонах кольцеобразных каналов 10, 11, так как эти участ831300 ки соприкасаются с переохлажденными массами металла 32, 33.

Процесс крист аллиз ации металла отливки в полости формы 12 протекает в следующей последовательности.

В первоначальный период происходит затвердевание внешних слоев 34,35 металла отливки, находящихся непосредственно в полостях кольцеобразных каналов и соприкасающихся с поверхностью футеровки 6 в зоне каналов, благодаря наличию наиболее переохлажденных н этих местах масс металла и наиболее холодных слоев футеровки, вследствие этого в этих местах имеют место наиболее интенсивные процессы охлаждения слоев 34, 35 ме- 15 таллы из-эа наиболее ускоренного поглощения теплоты холодными слоями футеровки (фиг, 3). В последующий период кристаллизации металла отливки (на промежуточной стадии) фронт . gg затвердевшего слоя 36 распространяется- на всю длину внутренней рабочей полости центробежной формы 12 (граница=-37 раздела между затвердевшим

36 и жидким 38 слоями металла изображена двумя продольными горизонтальными волнистыми линиями (на фиг. 4) .

Отцичительной чертой, предлагаемой центробежной горизонтальной установки (по- сравлению с известными)является то, что она обеспечивает кристаллизацию металла отливки без образования усадочных кольцевых раковин со стороны внутренней цилиндрической поверхности, как в .массивных узлах (в полостях кольцеобразных каналов), так и в местах падения струй, истекающих из сливных отверстий заливочного желоба.

Происходит это по следующей причине. Несмотря на тот факт,.что мас- 4О сивные узлы отливки, расположенные против кольцеобразных выступов футеровки 6 (изображены в виде трех малых окружностей 30, 40, 41, вписанных в местные сечения стенки отлив- 45 ки)меньше, чем массивные узлы отливки, расположенные против кольцеобразных каналов (изображены в виде двух больших окружностей 42, 43, вписанных в местные сечения стенки отлив- gg ки), процесс кристаллизации металла как в малых 39-41, так и в больших

42,43.массивных узлах отливки протекает практически одновременно (фиг. 4).

Обусловлено это тем, что в больших узлах 42,43 скапливаются наиболее переохлажденные массы металла и футеровка в местах кольцеобразных каналов 10,11 наименее разогрета потоками металла при заливка, а в малых узлах 39-41 скапливаются наиболее 60 разогретые массы металла и футеровка в местах кольцеобразных выступов

7-9 наиболее раэогрета падакцими струями 25-27 металла в процессе заливки и благодаря этому температур- б5 ное поле по всей толщине стенки отливки как в продольных, так и в поперечных сечениях усредняется выравнивается.

В дальнейшем процессе кристаллизации происходит наращение толщины слоя 36 затвердевшего металла за счет подпитки металлом из жидкого слоя 38. После окончания кристаллизации отливки внутренняя свободная цилиндрическая поверхность получается беэ кольцеобразных раковин, благодаря чему является возможным существенно уменьшить технологические припуски на механическую обработку резанием, следовательно, уменьшить отходы металла в стружку со стороны внутренней цилиндрической поверхности. Поскольку кольцеобраэные выступы 7-9, составляющие наиболее массивные участки футеровки 6, подвержены наибольшему тепловому нагреву в результате непосредственного воздействия потоков падающих струй 25-27 расплава, имеющего повышенную температуру, а кольцеобразные каналы 10,11 составляющие наименее массивные участки футеровки 6, подвержены меньшему тепловому нагреву в связи с тем, что в эти места расплав поступает в значительной мере переохлажденный, то температурный режим футеровки выравнивается, усредняется, благодаря чему создаются благоприятные условия эксплуатации деталей (оснастки формю), в особенности в том случае, когда в качестве футеровки 6 применяются металлические вставки, так как при этом в них возникают меньшие напряжения, следовательно, меньшее коробление и меньшая скорость возникновения и развития тепловых трещин, что способствует существеиному увеличению долговечности (стойкости) .

Формула изобретения . 1. Центробежная горизонтальная установка, содержащая центробежную форму с изложницей, крышкой и футеровкой с кольцеобразными выступами и каналами на внутренней рабочей поверхности и введенный в полость. центробежной формы сквозь центровое отверстие заливочный желоб, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения оптимального режима регулирования подачи и распределения жидкого металла в полости форьы в процессе заливки путем выравнивания температуры металла по всему сечению стенок отливки, заливочный желоб снабжен системой сливных отверстий, по количеству соответствующих количеству кольцеоб10

831300

7 10 8 11 9

12 7 10 11 9

1b ганг

Риг. 2

7 10 Я Раб 11 9

6 Я7 Ðèã.4

ВНИИПИ Заказ 3570/61 Тираж 869 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 разных выступов футеровки и расположенных против них.

2. Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что длина сливных отверстий заливочного желоба равна

0,6-1,0 длины соответствующих кольцеобразных выступов футеровки.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Юдин С.Б. и др. Центробежное литье. M. "Машиностроение", 1972, с. 119, 129, 137, 183, 196, 223-224.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 389880, кл. В 22 2 13/00, 1970.