ЛИТЕЙНАЯ МНОГОСЛОЙНАЯ ОБОЛОЧКОВАЯ ФОРМА Российский патент 2024 года по МПК B22C9/04 

Изобретение относится к области литейного производства, в частности, к многослойным оболочковым формам для изготовления металлических отливок по выплавляемым моделям.

Литейная многослойная оболочковая форма состоит из тонкостенных многочисленных облицовочного, промежуточных и наружного слоев.

На цилиндрических участках внешнего (наружного) и прилегающих к нему слоях оболочки выполнены кольцевые температурные швы (выточки).

Наиболее близкой к заявляемой литейной многослойной оболочковой форме является литейная многослойная оболочковая форма, все слои которой изготовлены только на кварцевом песке и этилсиликате («Литье по выплавляемым моделям» под ред. Я.И. Шкленника и В.А. Озерова, М.: Машиностроение, 1984, с. 178-186).

Недостатком такой известной литейной многослойной оболочковой формы является ее низкая трещиностойкость, особенно в момент заливки жидкого металла и начала охлаждения затвердевающей отливки.

Расчетом авторов установлено, что при изготовлении отливок с цилиндрическими частями (участками) на таких поверхностях оболочковых форм появляются трещины из-за роста растягивающих напряжений в этих областях.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявленной литейной многослойной оболочковой формы, заключается в повышении ее трещиностойкости при заливке жидкого металла и начале охлаждения затвердевающей отливки.

Заявляемая литейная многослойная оболочковая форма характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: литейная многослойная оболочковая форма состоит из многочисленных тонкостенных слоев, количество которых зависит от их физико-механических характеристик, обеспечивающих прочность получаемой оболочковой формы.

Отличительные признаки: на цилиндрических участках (частях) внешнего (наружного) слоя оболочки выполнены кольцевые температурные швы (выточки), количество и размеры которых определяются расчетным путем.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявляемой литейной многослойной оболочковой формы и достигаемый технический результат заключается в следующем.

При заливке жидким металлом на наружных поверхностях оболочковой формы с цилиндрическими участками в них образуются значительные растягивающие напряжения, которые приводят к образованию микро или макротрещин, что может привести к полному разрушению оболочковой формы. Наличие в этих зонах кольцевых температурных швов гарантировано обеспечивает снижение растягивающих напряжений до рабочего уровня.

Пример

Рассматривается осесимметричное тело вращения (фиг. 1(a), имеющее жидкий металл (I), затвердевающую корочку (II), оболочковую форму (III), опорный наполнитель (IV), круговые выточки на поверхности S₃ - цилиндрическая поверхность соприкосновения оболочковой формы (III) с опорным наполнителем (IV)).

Геометрические параметры: S=5 мм, R=20 мм.

Временные интервалы Δτ_n: 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 2, 5, 5, 5, 3, 3, 5, 5, 5, 5 с;

Разбиение области: N1×N2=9×21;

Приняты следующие физические параметры разливаемой стали при температуре θ>1000°С

G=1000 кг/мм²; α=12⋅10^-6 град^-1; λ=0,0298 Вт/(мм⋅°С);

L=270⋅10³ Дж/кг (скрытая теплота плавления); С=444 Дж/(кг⋅°С)

γ=7,80⋅10^-6 кг/мм³; θ_к=1450°С.

Физические свойства керамической формы:

G=2960 кг/мм²; α=0,51⋅10^-6 град^-1; λ=0,000812 Вт/(мм⋅°С);

С=840 Дж/(кг⋅°С); γ=2,0⋅10^-6 кг/мм³.

Здесь G - модуль сдвига металла, α - коэффициент линейного расширения, λ - коэффициент теплопроводности, γ - удельный вес, С - удельная теплоемкость.

Для решения задачи использовались уравнения линейной теории упругости, уравнения теплопроводности, апробированные численные методы, алгоритмы и комплексы программ, описанные в работе [Одиноков В.И., Дмитриев Э.А., Евстигнеев А.И., Свиридов А.В. Математическое моделирование процессов получения отливок в керамические оболочковые формы. М.: Инновационное машиностроение, 2020. - 256 с.].

Результаты вычислительного решения представлены в виде эпюр напряжений σ₂₂ в сечении осесимметричной оболочковой формы на фиг. 1(б, в). Через 15 сек. охлаждения стальной отливки. Для сравнения на фиг. 1(в) приведены эпюры расчетных значений напряжения σ₂₂ в форме без выточек. Сравнение двух расчетных значений (с выточками - фиг. 1(б), и без выточек - фиг. 1(в)) показывает рациональность применения температурных швов на поверхности S₃ (фиг. 1(a)). Размеры выточки: Δ₁=1 мм; Δ₂=3 мм.

Изобретение относится к области литейного производства. Литейная многослойная оболочковая форма для изготовления металлических отливок по выплавляемым моделям, имеющая цилиндрические участки, содержит тонкостенные облицовочный, внутренние промежуточные и наружный внешний слои. На цилиндрических участках наружного внешнего и прилегающих к нему слоях оболочки выполнены кольцевые температурные швы в виде выточек. Обеспечивается повышение трещиностойкости оболочковой формы при заливке жидкого металла и в начале охлаждения затвердевающей отливки. 1 ил., 1 пр.

Литейная многослойная оболочковая форма для изготовления металлических отливок по выплавляемым моделям, имеющая цилиндрические участки, содержащая тонкостенные облицовочный, внутренние промежуточные и наружный внешний слои, отличающаяся тем, что на цилиндрических участках наружного внешнего и прилегающих к нему слоях оболочки выполнены кольцевые температурные швы в виде выточек.