УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТЬЯ С КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 1996 года по МПК B22D18/00 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью с кристаллизацией под газовым давлением.

Известно устройство для осуществления кристаллизации под давлением /1/, в котором давление на жидкий кристаллизующийся сплав осуществляется детонационной пушкой. Устройство дополнительно снабжено камерами сгорания и расположения взрывчатого вещества. Устройство обеспечивает импульсную подачу взрывных струй сжатого газа, за счет которого происходит уплотнение.

Недостатком этого устройства является нарушение послойной объемной кристаллизации сплава. Импульсные струи способствуют перемешиванию и замешиванию газа в полужидкий металл и его растворению в нем или взаимодействию с металлом с образованием неметаллических включений. Конструкция не предусматривает наложение давления на кристаллизующийся сплав в направлении от центра отливки к стенкам формы и поэтому не может быть использована для получения пустотелых отливок.

Известно также устройство для кристаллизации под давлением /2/, в котором повышение качества литья достигается наложением всестороннего газового давления на кристаллизующийся сплав.

Устройство выполнено в виде автоклава, в который погружают контейнер с переохлажденным газом. При контакте с жидким металлом его объем увеличивается в сотни раз и обеспечивает давление на кристаллизующийся металл 25-ЗО тыс. атм. Неконтролируемость и нерегулируемость направленности взрыва, т.к. контейнер с переохлажденным газом может разорваться в любом месте, могут привести просто к перемешиванию сплава с газом и получению пенометалла. Размеры контейнера для создания таких высоких давлений для всего объема отливки, а не в локальном месте, очень велики. Так, для обеспечения кристаллизации массы 80 кг под всесторонним газовым давлением 25-30 тыс. атм. потребуется объем контейнера более 30 см³. Нагрев этого контейнера сплавом отберет большое количество тепла, и после наложения давления на почти уже твердый сплав может привести к образованию разрывов, несплошностей в результате пластических деформаций. Основное назначение такого давления - фильтрационная подпитка кристаллизующегося металла не будет осуществлена.

В качестве прототипа принято устройство для литья с кристаллизацией под давлением /3/, содержащее форму, средство для создания давления на кристаллизующийся металл в виде контейнера с переохлажденным газом, механизм подачи средства в форму, выполненный в виде силового цилиндра с плунжером, снабженным съемным наконечником, и механизм запирания формы.

При введении контейнера с переохлажденным газом (жидким азотом), вследствие прогрева внутри него нарастает давление, что приводит к его разрыву и, вследствие образования щели, образуется газовый пузырь внутри твердой корочки. Металл криcталлизуется под большим давлением (алюминиевые сплавы 500-700 атм. сталь 900-1300 атм.). По ходу кристаллизации металла растет объем газового пузыря, вследствие чего спадает и внутреннее давление, а после кристаллизации и охлаждения отливки давление падает до минимального значения.

Преимуществом устройства является то, что кристаллизация отливок под высоким давлением позволяет повысить качество литого металла, отказаться от дорогостоящего гидропрессового оборудования и упростить конструкцию литейной оснастки. Однако дополнительные трудности создает необходимость предварительной подготовки контейнера с жидким газом. Кроме того, этим способом нельзя получить полые отливки, т.к. место разрыва контейнера (образование щели) неизвестно и создаваемое давление будет распределяться неравномерно.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Целью изобретения является снижение трудоемкости подготовительных работ и возможность получения полых отливок.

Эта цель достигается тем, что устройство для литья с кристаллизацией под давлением, содержащее форму, средство для создания давления на кристаллизующийся металл, механизм подачи средства в форму, выполненный в виде силового цилиндра с плунжером, механизм запирания формы, снабжено металлосборником, установленным под формой, опорной подпружиненной пробкой, размещенной в металлосборнике в днище формы, фиксаторами опорной подпружиненной пробки, электрически соединенными с механизмом закрытия формы и механизмом подачи средства для создания давления, которое выполнено в виде насадки взрывчатого вещества.

Устройство для литья с кристаллизацией под давлением приведено на фиг. - общий вид после заливки металла.

Устройство состоит из разъемной формы 1, в которую вмонтирована направляющая 2. В направляющей 2 перемещается цилиндр 3, выполненный с газоотводными каналами 4, прорезанными по цилиндрической образующей.

Торец цилиндра 3 закрыт огнеупорной прокладкой 5, находящейся в процессе взрыва и опускания цилиндра 3 в контакте с жидким металлом 6. В цилиндре 3 выполнена прорезь, в которую вставляется плунжер 7 с насадкой 8 из взрывчатого вещества, образующего микровзрывные процессы. Взрывчатое вещество устанавливается в прорезь плунжера 7. Плунжер 7 имеет хвостовик 9.

В нижнее основание цилиндра 3 вставляется запорный штифт 10, подпружиненный пружиной 11, упирающейся в стопор 12, ограничивающий перемещение плунжера 7 в момент взрыва.

Форма 1 закреплена на столе 13, через который снизу проходит подпружиненная пружиной 14 опорная пробка 15, перемещающаяся по штоку 16. Шток 16 закреплен на сварной конструкции, состоящей из направляющих 17 и плиты 18. Опорная пробка 15 за буртик зацепляется фиксаторами 19. Фиксаторы 19 приводятся в движение от электромагнита V₁ и пружин 20. Фиксаторы 19 электрически связаны с механизмом закрытия форм, имеющих выход на контакты конечных переключателей 1 кВ и механизмом подачи взрывчатого вещества, имеющим выходы на контакты конечных переключателей 2 кВ и объединенных системой электрораспределителя V₂.

Фиксаторы 19 жестко связаны с сердечником катушек электромагнитов V₁.

К столу 13 прикреплен металлосборник 21, выполненный с возможностью свободного удаления металла из него в процессе удаления отливок. При перемещении опорной пробки 15 сжатие пружины 14 осуществляется шайбой 22.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом технологического цикла производят сборку цилиндра 3 в следующей последовательности. Плунжер 7 с заданной массой упакованного взрывчатого вещества 8, хвостовиком 9 вводят в прорезь цилиндра 3, фиксируют поворотом на 90^o. Днище цилиндра 3 закрывают огнеупорной прокладкой 5, выполненной из двух полудисков. В пазы цилиндра 3 помещают штифты 10 с пружинами 11. Плунжер 7 фиксируют стопором 12.

В собранную форму 1 устанавливается направляющая 2 и осуществляют заливку жидкого металла отливки.

Собранный цилиндр 3, соединенный гидроприводом с силовой установкой (на фиг. не приводится), опускается до контакта с огнеупорной прокладкой 5 поверхности металла отливки. Перед касанием огнеупорной прокладкой 5 поверхности жидкого металла поворотом цилиндра 3 в направляющей 2 добиваются, чтобы штифты 10 выходили в пазы, соединяющие цилиндр 3 и направляющую 2.

При окончании опускания цилиндра 3 вся сменная насадка должна находиться в объеме кристаллизующегося сплава.

В момент взрыва взрывчатого вещества 8 происходит выделение тепловой энергии и газообразных веществ, увеличение объема которых приводит к механическому воздействию на расплав.

При этом опорная пробка 15 опускается за счет давления, оказываемого на металл, пружина 14 сжимается. Положение опорной пробки 15 фиксируется фиксаторами 19. В зазор, образуемый между формой 1 и опорной пробкой 15 сливается избыток металла. Стекание его происходит до момента полного затвердевания отливки.

Весь процесс от начала сборки форм 1 и кристаллизации отливки управляется с помощью электромагнита V₁ и электрораспределителя V₂ и осуществляется следующим образом.

В момент смыкания формы срабатывают конечные выключатели 1 КВ, на электромагниты V₁ через электрораспределитель V₂ подается напряжение. Сердечники электромагнитов V₁ втягиваются, сжимая пружину 20 и увлекают за собой фиксатор 19, жестко связанный с сердечником. Фиксаторы 19 освобождают опорную пробку 15, которая под действием пружины 14 занимает положение, cooтветствующее фиг.1.

При погружении цилиндра 3 срабатывают конечные выключатели 2 КВ, смонтированные на цилиндре 3 и направляющей 2, подается сигнал на электрораспределитель V₂, напряжение с V₁ снимается и фиксатор 19 пружиной 20 прижимается к поверхности опорной пробки 15. В момент взрыва под действием давления опорная пробка 15 опускается, сжимая пружину 14, фиксатор 19 фиксирует положение запорной пробки 15, зацепляя ее за фланец, чем обеспечивается свободное и более полное удаление объема жидкого металла, вытесненного взрывом, в металлосборник 21.

После кристаллизации форма раскрывается, цилиндр 3 поднимается, отливка удаляется, металлосборник 21 освобождается от металла. Цикл работы повторяется.

Электромагниты V₁ выбираются из серии ЭММ с тяговым усилием, выполняющим условие, чтобы усилие было больше, чем развиваемое пружиной 20 и пружиной 14 на величину 10-15% В нашем случае усилие, развиваемое пружиной 14 10 кг, пружиной 20-4, тяговое усилие V₁-13 кг. Длина хода сердечника, жестко соединенного с фиксатором 19, должна обеспечивать сцепление его с фланцем опорной пробки 15, в нашем случае 35 мм. В качестве электрораспределителя V₂ использовались переключатели РС63, соединенные с тиристорами. Ход опорной пробки 15 регулируется относительно направляющих 17, соединенных с плитой 18. Пружина 14 выбирается по условию перекрытия опорной пробкой 15 жидкого металла, в период заполнения им формы 1.

Стопорное устройство 19 обеспечивает фиксацию опорной пробки 15 в момент кристаллизации отливки.

Взрывчатое вещество смесь обеспечивает заданное по времени начало взрыва и давление внутри жидкого металла, достаточное для удаления определенного объема жидкого металла и уплотнения стенок пустотелой отливки.

Применение устройства для литья с кристаллизацией под давлением позволяет получать плотные, полые отливки, давление на металл при такой конструкции достигает изнутри до 300 атм.

Пример осуществления предлагаемого решения.

В плунжере 7 фиксировали взрывчатую смесь, упакованную в фольге. Смесь азида серебра 0,63 г + 20 г алюминиевой пудры + IO г мела. Смесь перемешивали деревянной палочкой, завернули в алюминиевую фольгу толщиной 0,1 мм. Форма смеси шарообразная.

Собрали плунжер 7, ввели его в цилиндр 3, зафиксировали стопором 12. В металлическую собранную форму 1 объемом 80 кг сплава, заливали сплав АЛ 26 при температуре 740^oС. Опускали цилиндр 3 по направляющей 2 в жидкий металл, при этом разворачивая его до осуществления контакта между цилиндром 3 и направляющей 2 запорными штифтами 10 (по метке на цилиндре 3 и на направляющей 2). Плунжер 7 опускается в металл отливки до уровня, обеспечивающего положение взрывчатого вещества на 1/3 от высоты отливки.

Взрывчатое вещество 8 прогревается, происходит взрыв, напряжение при этом от контактов 2 КВ отключается от V₁ и фиксаторы 19 под действием пружины 14 прижимаются к опорной пробке 15, входят с ней в зацепление, тем самым соединяя металлосборник с полостью отливки. Давление, развиваемое взрывом, уплотняет стенки отливок, формируя их в начальный момент, и удаляет металл из внутренней полости отливки.

Получали отливку "переходник".

Толщина стенки полой отливки 15 мм, рельеф четко отпечатан, металл в металлоприемнике составил 20% от веса отливки (16 кг). Отливка плотная без дефектов. Полость, оформленная взрывом, имеет четкий рельеф.

Следовательно, предлагаемое устройство для литья с кристаллизацией под давлением может быть использовано для получения пустотелых и сплошных отливок высокой плотности и качества, при этом проста подготовка его к работе по сравнению с прототипом.

Сущность изобретения: устройство содержит форму, средство для создания давления на кристаллизующийся металл, механизм подачи средства в форму, выполненный в виде силового цилиндра с плунжером, механизм запирания формы, при этом оно снабжено металлосборником, установленным под формой, опорной подпружиненной пробкой, размещенной в металлосборнике и днище формы, фиксаторами опорной подпружиненной пробки, электрически соединенными с механизмом закрытия формы и механизмом подачи средства для создания давления, которое выполнено в виде насадки взрывчатого вещества. Устройство характеризуется снижением трудоемкости подготовительных работ и возможностью получения полых отливок. 1 ил.

Устройство для литья с кристаллизацией под давлением, содержащее форму, средство для создания давления на кристаллизующийся металл, механизм подачи средства в форму, выполненный в виде силового цилиндра с плунжером, механизм запирания формы, отличающееся тем, что, с целью снижения трудоемкости подготовительных работ, а также возможности получения полых отливок, оно снабжено металлосборником, установленным под формой, опорной подпружиненной пробкой, размещенной в металлосборнике и днище формы, фиксаторами опорной подпружиненной пробки, электрически связанными с механизмом закрытия формы, и механизмом подачи средства для создания давления, при этом средство для создания давления выполнено в виде насадки взрывчатого вещества.