ЗАКРЫТАЯ АТМОСФЕРНАЯ ПРИБЫЛЬ Российский патент 1997 года по МПК B22C9/08 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к конфигурации прибылей, работающих под атмосферным давлением.

Известны различные конфигурации прибылей: цилиндрическая, шаровая, прямоугольная, бочкообразная, конусообразная и др. Прибыли могут быть открытые и закрытые. Прибыли, работающие с использованием атмосферного давления, как открытые, так и закрытые.

Прибыль должна затвердевать позже той части отливки, на которую она установлена. Процесс кристаллизации осуществляется последовательным затвердеванием отливки внизу до прибылей с обеспечением свободного поступления жидкого металла из прибылей в отливку для компенсации объемной усадки.

При наличии вокруг прибыли твердой корки затвердевшего металла процесс питания отливки затрудняется из-за образования вакуума в прибыли. Опускание жидкого сплава тормозится и центральная часть отливки будет поражена рыхлым сплавом.

Чтобы этого не произошло, в верхней части прибыли формовочной смесью выполняют технологическую выемку. Выемка предназначена для создания атмосферного давления над жидким сплавом в прибыли (А. А. Рыжиков. Улучшение качества отливок.-М. Машгиз. 1952, с. 14 20) [I]
После заполнения формы формовочная смесь в выемке будет окружена расплавом. Учитывая, что прибыль после заливки некоторое время не участвует в питании отливки, т.к. объемная усадка будет компенсироваться за счет стояка и литниковой воронки, прибыль начнет подпитывать отливку только после затвердевания питателей. За этот период времени на поверхности прибыли, кроме выемки, образуется корочка затвердевшего металла. Если не произошло спекания смеси в выемке, то после начала работы прибыли жидкий металл отрывается от выемки и прибыль до полного затвердевания будет работать под атмосферным давлением, т. к. поверхность опускающегося жидкого сплава в прибыли будет соединена с атмосферой через поры формовочной смеси, находящейся в выемке. Если смесь в выемке спеклась, то связь с атмосферой прекращается и работа прибыли резко ухудшается.

К недостаткам конструкции прибыли источник [1] относятся: осыпание смеси в форму вследствие выгорания смеси, ненадежность работы из-за спекания смеси в выемке, высокая трудоемкость изготовления модели прибыли при разъеме формы по оси прибыли, повышенный расход металлана прибыли.

Целью изобретения является обеспечение надежности работы прибыли, сокращение трудозатрат при изготовлении моделей прибылей, повышение качества, снижение расхода металла на прибыли.

Прибыль содержит уступ, образующая одной из поверхностей которого расположена под углом 90 95^o к плоскости разъема. Уступ в продольном сечении выполнен прямолинейны или фигурным, соответствующим контуру прибыли, высота уступа расположена на расстоянии 10 30 мм от верха прибыли.

На фиг. 1 показана прибыль 1, у которой плоскость разъема прибыли и формы совпадают, прибыль установлена на отливке 2, имеет уступ 3 с образующей 4 прямолинейной формы.

Заливка формы осуществляется вертикально.

На фиг. 2 показана прибыль 1, отливка 2. Разъем формы с прибылью горизонтальный в основании прибыли. Прибыль имеет уступ 3 с фигурной по контуру прибыли образующей 4 на уступе 3. Высота уступа 10 30 мм определена расчетным путем и проверена опытами. После заполнения формы расплавленный металл с двух сторон нагревает формовочную смесь уступа. В то время, когда вокруг прибыли образуется твердая корка, у носика уступа прибыли сохраняется расплавленный металл. В процессе кристаллизации уровень металла будет понижаться без образования твердой корки затвердевшего металла у носика выступа. Через образовавшееся отверстие расплавленный металл будет связан с атмосферой. В связи с тем, что уступ у прибыли имеет значительный объем, спекания смеси у носика уступа не происходит и жидкий металл в прибыли надежно соединяется через поры формовочной смеси с атмосферой.

Процесс питания отливки разделяется на две стадии. Питание отливки и прибыли за счет металла, находящегося в стояке и литниковой воронке, т.к. металл имеет самую высокую температуру в конце заливки и наибольший металлостатистический напор. Время питания отливки за счет литниковой воронки и стояка равно времени, в течение которого питатель затвердевает.

Во второй стадии питание отливки будет осуществляться за счет металла, находящегося в прибыли.

При подводе металла к отливке через прибыль самый горячий металл будет в прибыли, а при подводе металла к отливке в верхней части прибыли металл будет наиболее охлажденным. Размер уступа может быть определен из расчета процесса затвердевания. Время затвердевания питателя (Б.Б. Гуляев. Литейные процессы.-М. Машгиз, 1960, с. 287) [2] может быть определено из уравнения

R=V/F приведенная толщина отливки;
V объем отливки;
F охлаждающая поверхность отливки;
Для плоского питателя: R=δ/2
δ толщина питателя;
Для круглого питателя:R=d/4
d диаметр питателя;
K коэффициент затвердевания.

Коэффициент затвердевания определяется из уравнения (В. М. Голод, "Теория линейных процессов". Учебное пособие, Л.1983, Политехн. институт им. М. И. Калинина, с. 25) [3]

b_ф тепловая активность формы;
V_кр температура кристаллизации металла;
V_кр t_кр t_н
t_л температура ликвидуса;
t_c температура солидуса;
L скрытая температура кристаллизации;
ρ_м плотность металла;
μ_конф, μ_пер•μ_инт коэффициенты; μ_заз

Δt_пер поправка на перегрев, вызывающий перегрев формы до начала затвердевания;
C_м удельная теплоемкость для отливок в песчаные формы;
μ_конф; μ_инт; μ_заз=1
После определения времени затвердевания питателя ε_з определяются толщина затвердевшей корочки металла в прибыли:

тогда размер уступа будет равен:
h 1,2 1,5a;
h высота уступа;
1,2 1,5 коэффициент запаса, связанный с колебаниями температуры заливки, температуры формы и др. факторов, > 10 <30 мм.

Для примера рассчитаем величину уступа прибыли диаметром 100 мм из углеродистой стали. Отливка изготавливается в песчаную форму.

Принимаем худший вариант: металл в прибыль поступает без перегрева. Диаметр литника 30 мм. Заливка отливок производилась с перегревом 74 К. Тогда


Время затвердевания питателя диаметром 30 мм будет:
t_з.пит=t_з•μ_пер.=92,5•1,00076=92,6 сек.
Толщина затвердевшей корочки металла в прибыли будет равна:

Размер уступа будет равен:
h=(1,2-1,5) a=1,5•7,5=11,25 мм.

Экономическая эффективность от внедрения в производство прибылей с уступом h 10 м при диаметре 100 мм только на одну прибыль составит:
Определяем объем сэкономленного металла и его вес:

Вес:
P=V•ρ_м=39,2•7,5=293 го

Изобретение относится к литейному производству. Сущность изобретения: закрытая прибыль имеет уступ, образующая одной из поверхностей которого расположена под углом 90 - 95^o к плоскости разъема. Уступ и в продольном направлении выполнен прямолинейным или фигурным, соответствующим контуру прибыли, а высота уступа расположена на расстоянии 10-30 мм от верха прибыли. В связи с тем, что уступ имеет большой объем, формовочная смесь у носика уступа не спекается и жидкий металл в прибыли через поры в смеси имеет постоянную связь с атмосферой, обеспечивая питание отливки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Закрытая прибыль, имеющая в верхней части технологическую выемку для создания атмосферного давления в прибыли, отличающаяся тем, что выемка выполнена в виде уступа, образующая одной из поверхностей которого расположена под углом 90 95^o к плоскости разъема. 2. Прибыль по п.1, отличающаяся тем, что уступ в продольном сечении выполнен прямолинейным. 3. Прибыль по п.1, отличающаяся тем, что уступ в продольном сечении выполнен фигурным, соответствующим контуру прибыли. 4. Прибыль по п.1, отличающаяся тем, что высота уступа расположена на расстоянии 10 30 мм от верха прибыли.