Способ литья под газовым давлением Советский патент 1984 года по МПК B22C9/03 

Q&

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью в песчаные формы, изготовленные вакуумной формовкой, с заполнением фор мы расплавом под действием газового давления, например низкого давления, вакуумного всасывания, противодавления. Известен способ литья в формы, изготовленные .вакуумной формовкой, при которой на модель наносят полимерное герметичное покрытие, устанав ливают опоку, заполняют сыпучш«1 на-полнителем, герметизируют объем опоки и создают в нем разрежение требуемой величины, после чего нолуформу снимают с модели и спаривают с друго .полуформой ij , Такой способ, позволяя снизить трудоемкость, затраты на материалы и оборудование при изготовлении формы, в то же время не позволяет новысить механические свойства отливок, поскольку используется незначительное по величине гравитационное давле нйе расплава при заполнении формы и кристаллизации отливки. Кроме того, при этом способе значителен брак отливок из-за обвала формы, так как требуется значительная скорость заливки расплава, что не всегда обеспе швается при гравитационной заливке. Известны способы литья под газовым давлением, которые позволяют ав томатизировать операцию заливки расплава в форму с регулированием скорости заливки в широких пределах, снизить объем литниково-питаюп1ей си стемы, . повысить прочностные свойства отливок за счет действия газового давления, значительно превосходящего по величине гравитационное Эти способы, например литье под низ ким давлением, включают сборку форм создание разницы давлений газа на расплав и в полости формы, заполнение расплавом полости формы, криста лизацию, охлаждение и удаление отли ки 2 . Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату .является способ литья под газовьп- давлением в разо.вые формы, изготовленные вакуумной формовкой, включающий создание разрежения в объеме опок, создание перепада давлений в формообразующей полости формы и в тигле с расплавом, запол ение расплавом полости формы, . кристаллизацию и охлаждение отливки, сброс перепада ддавлений и удаление от;швки 3J.. Недостатком этого способа является значительный пригар на поверхности отливок, обусловленный действием значительного газового давления и приводящий к браку отливок, а также длительность стадии охлаждения отливки, обусловленную действием газового зазора между отливкой и формой. Цель изобретения - снижение брака отливок, повьшгение производительности, уменьшение механического пригара и сношение времени охлаждения отливки. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу литья под газовым давлением в разовые формы, изготовленные вакуумной формовкой, включающему создание разрежения в объеме опок, создание перепада давлений в формообразутощей полости формы и в тигле с расплавом,заполнение расплавом полости форм1з, кристаллизацию и охлаждение отливки, сброс перепал,а давлений и удаление отливки, разреже.ние в объеме опок уменьшают пропорционально разнице давлений газа на расплав в титле и в формообразующей полости форг-П) в соотношен15и 0,1 2,0. Снижение разрежения -в об7.е-ме опок начинают по.сле заполнения полости формы расплавом. Способ осу1цествлян т следующим образом. На Модель наносят полимерное герметичное покрытие, нагфимер синтетическую пленку, нагретую до температуры размягчения, и создают между моделью и пленкой разрежение, после чего планка плотно облегает модель. Затем на обтянутую пленкой модель устанавливают герметичную опоку, сыпают в опоку наполнитель, уплотняют верх наполнителя, выравнивают и накладывают на него синтетическую пленку. Далее в объеме опок создают разрежение, снижают разрежение между моделью и пленкой до атмосферного давления и снимают полуформу с модели. Аналог -гчно изготавливают вторую полуформу, нолуформы спаривают и устанавливают на машину литья под газовым давлением, напрш 1е.р на машину литья под низким давлением, гермети зируя литниковое отверстие форт-пл с металлопроводом машины. После герметизации камеры с расплавом на зеркало расп.пава подают газ под технолоп-гчески необходимым давлением, под действием которого расплав заполняет полость формы. После заполнения полости формы расплавом разрежение в объеме опок сни жают пропорционально давлению газа На расплав, выдерживают cиcтe ry под действием газового давления в течение времени, необходимого для кристаллизации отливки, J-J затем снижаю разрежение в объеме опок до атмосферного давления. При этом наполнитель осыпается на отливку, ликвиди-руя газовьй зазор между отливкой и формой. Далее отливка отклаждается в форме до технологически необходимой температуры, наполнитель высыпа дальнейшей обработки. При литье с противодавлением .в полости формы и в камере с расплавом сначала создается одинаковое давление, а затем разница этих давлений, преим тцественно за счет снижения давления газа в полости формы В этом случае разрежение в объеме опок снижают пропорционально разниц давлений газа, действующих на в тигле машины и полости формы Предлагаемый способ позволяет снизить механический пригар отливок из-за снижения поверхности и усилия контакта формы с расдлавом при снижении разрежения в объеме опок. Сни жать это разрежение лучше после заполнения формы расплавом, так как именно в это время образование пригара наиболее интенсивно. Однако возможно снижение разрежения в объеме опок и в процессе заливки форм расплавом при нарастании разн15цы да лений в полости формы и на расплав. Этот вариант наиболее применим для литья спротиводавлением, так как в этом случае в полости формы дейст ет противодавление, и имеющаяся разница давления газа в объеме опок и полости формьг предохраняет форму от обвала. Действие повышенного газового давления на расплав способствует более быстрой кристаллизации отливки Кроме того, отсутствие газового зазора между формой и отливкой после снижения разрежения в объеме опок также приводит к более быстрому охлаж,цению отливки. В результате -длительность цикла изготовления отливки уменьшается и производительность возрастает. Снижение разрежения в объеме опок позво.няет применять большее по величи)1е газовое давление, действующее на расплав и, следовательно, способствует увеличению скорости кристаллизащш. Кроме того, снижение этого .разрежения позволяет во многих случаях не применять противопригарное покрытие или применять покрытия с меньшей толщиной, что снижает длительность цикла изготовления во время операции нанесепия и сушки покрытия и, следовательно,, также увеличивает производительность производства отливок. Способ осуществим при условии, если разрежение в объеме опок снижают на величину, превышающую разНИ7ДУ давления в полости формы н на расплав в пределах 1,0 - 2,0 раз, Если же разрежение в объеме опок снижают на величину меньшую чем 0,1 разтщы давлений в полости ({юрмы и на расплав, то существенного снижения механического пригара не наб.тподается, Если разрежение в объеме опок снижают на величину, более чем в 2,0 раза превосходящую разницу давлений в- полости формы и на расплав, то значительно увеличивается брак отливок из-за обвала форм, так как разница давлений в полости форЧ мы и в объеме, опок образуется ниже технологически необходимой. Велкчлна снижения разрежения в объеме опок диктуется механизмом бразования пригара, который зависит т зернистости наполнителя, его теростойкости, наличия противопригарного покрытия на поверхности формы темпеатур 1 заливаемого расплава. Кроме ого, необходимо учитывать конечное статочное давление в объеме опок, При определении величины, .на которую необходимо снижать разрежение в объеме опок, необходимо учитывать пособ создания разниз№1 давлений в олости формы и на расплав, величину этой разницы, материал отливки, вели чину разрежения в объеме опоки. Для литья под nHsrcmi давлением оптимальное соотношение между сш-гже ем разрежения в объеме опок и разни цей давлений в полости формы и на расплав, которая равна избыточному давлению, подаваемому на расплав в камере машины, составляет 0,5-2,0, Для литья с противодавлением это оп тимальное соотношение будет составлять 0,1 - 1,5. При литье магниевых и алюминиевых сплавов это соотношение рекомендуется в пределах 0,1 -1,5. для медных и железных - 0,4 - 2,0. При разрежении в объеме опок более 0,7 кгс/см соотношение следует выбирать в пределах 0,5 -2, при разрежении менее 0,4 кгс/см 0.1 - 1,4. . Определяя величину снюкения разрежения, следует учитывать, что раз ница остаточного давления в объеме опок и избыточного в полости формы не должна быть менее О,1 кгс/см (особенно в течение операции заливки) , чтобы избежать обвалов формы. В соответствии с этим при литье с противодавлением, при наличии в фор ме газового давления снижение разре жения в объеме опок можно начинать до заполнения формы расплавом, пропорционально нарастаншо разницы дав ний в полости и на расплав. Пример 1. Для изготовления отливки весом 4 кг из магниевого сплава марки MI15 с толтдиной стенки 5 мм применяли литье под низким дав лением на машине модели ВП1000, модернизированной для литья под разли ными перепадами газового давления. Для изготовления формы на модель нижней полуформы накладывали синтетическую пленку из сополш-iepa этиле на с винилацетатом. Между пленкой и моделью создавали разрежение с ос таточным давлением 0,8 кгс/см- и ус танавливали на модель опоку с отсас ваютдами отверстиями, В опоку засыпа ли кварцевый песок с зернистостью 0,016 мм, имеющий температуру 30 - 40С и виброуплотняли с часто той колебаний 50 Гц в течение 10 с Далее верх наполнителя выравнивали накладывали на него синтетическую пленку и.создавали в объеме наполнителя разрежение с остаточным дав нием 0,5 кгс/см. Затем разрежение 8 между моделью и пленкой уменьша,пи до атмосферного давления и полуформу снимали с модели. Аналогично изготавливали и вторую полуформу, после чего в полуформы устанавливали стержни из ХТС, полуформы спаривали и готовую форму устанавливали на позицию заливки машины. Температуру расплава в тигле машины поддерживали в пределах 670 - . После герметизации камеры с тиглем на зеркало расплава подавали эльгаз под давлением 0,8 кгс/см в течение 20 с. После заполнения формы расплавом, которое наступ шо через 10 с после начала подачи давления на зеркало расплава разрежение в объеме опок снизили до остаточного давления 0,9 кг/см в течение 4 с. При таком режиме систему выдерживали в течение 20 с и снижали разрежение в объеме опок до атмосферного давления в течение 1 с. Затем при таком режиме выдерживали отлив ку в течение 10 с и снижали давление в камере машины до атмосферного в течение 5с, после чего расплав сливали в тигель машины и отливку выдерживали в форме в течение еще 35 с, после чего наполнитель из опок высыпали, удаляли отливку и передавали ее для дальнейшей обработки. Средняя шероховатость изготовленной отливки составляла 200 мкм, максимальная шероховатость в отдельных местах 360 мкм вместо соответственно шероховатостей 300 и 500 мкм для отливки, изготовленной по способу, указанному в базовом объекте, за который принят прототип. При этом длительность цикла изготовления отливки снизилась с 140 до 125 с, брак отлкзок по чистоте поверхности с 15 до 9% по сравнению с базовым способом. Пример 2. Для изготовления отливки весом 9,5 кг с толщиной стенки 10 мм из алюминиевого сплава марки АЛ9 применяли литье с противодавлением на машине модели ВП1000. Форму изготавливали как в примере 1, при этом разрежение в объеме опок составляло 0,5 кгс/см, Температуру расплава поддерживали в пределах 700 - 710°С, После установки формы на машину, камеру с формой и камеру с расплавом герметизировали и создавали в них одинаковое избыточное давление воздуха величиной 4,0 кгс/см в течение 5с, затем в течение 20 с снижали давление в ка мере с формой до остаточного давления 3,5 кгс/см. После заполнения формы расплавом, которое наступи.по через 11с, после начала сброса давл ния из камеры с, формой, разрежение в объеме опок снизили до остаточного давления 0,85 кг/см в течение 4 с. При избыточном давлении воздуха на расплав 4,0 кгс/см, противодавлении 3,5 кгс/см, остаточном давлении в объеме опок 0,85 кгс/см отливку вьщерживапи в форме в течение 45 с, затем снижали в течение 1 с разрежение в объеме опок до атмосферного давления и вьщерживали отливку в течение 35 с, после чего снижали давле ние воздуха в камерах с расплавом и формой до атмосферного 7 с и вьщерживали отливку для охлаждения в тече ние 110 с. Далее наполнитель высьтали, а отливку удаляли из опок для дальнейшей обработки. Изготовленная таким способом отли ка имела среднюю шероховатость 220 мк при максимальной шероховатости отдел ных мест 400 мкм, вместо соответстве но шероховатостей 320 и 520 мкм для отливки, изготовленной по способу, изложенному в базовом объекте, за ко торый принят прототип. При этом дли:тельность цикла изготовления отливки снизилась с 410 до 350 с, брак по чистоте поверхности снизился с 11 до 77, по сравнению с базовым способом. Пример 3. Для изготовления отливкивесом 18,5 кг с толщиной стен ки 1 - 9 мм из бронзы марки БрОЦС5-5применяли питье с противодавлением на машине модели ВП1000, Форм:у изготавливали как и в приме ре 1, при этом разрежение в объеме опок создавали до остаточного давления 0,3 кгс/см, а на рабочую поверх ность полуформы наносили противопригарное покрытие на основе э.тйлового спирта, поливинилбутерали и маршамита ТОНКВД1 слоем и сушили в течение 5 мин. Температуру расплава поддерживали в пределах 1040 - 1090°С. После уста новки формы камеры с формой и с расплавом герметизировали и создавали в них одинаковое избыточное давление воздуха 6,0 кгс/см в течение 6 с, затем в течение 25 с снижали давление в камере с формой до 5,0 кгс/см. После начала снижения давления в камере с формой снижали разрежение в объеме опок доостаточного давления 0,8 кгс/см в течение 15 с. При этих величинах давлений в камерах и объемах опок систему выдерживали в течение 180 с, затем раз- . режение в объеме опок снижа,пи до атмосферного давления в течение 2 с и давление в камерах с формой и расплавом выравнивали в течение 3 с. При таком газовом режиме систему выдерживали в течение 120 с, после чего давление в камерах снижали до атмосферного, расплав сливали в тигель машины, а отливку охлаждали в течение 400 с. Далее наполнитель высыпали из опок и отливку удаляли для дальнейшей обработки. Отливка имела среднюю шероховатость 260 мкм при шероховатости отдельных мест 500 мкм, вместо шероховатости в 360 и 600 мкм соответ-. ственно для отливки, изготовленной по базовому способу. При этом брак отливок снизился с 14 до 8,5%, а длительность цикла изготовления отливки с 870 до 770 с, а с учетом нанесения и сушки противопригарного покрытия - с 2500 до 1100 с по сравнению с базовым объектом. Предлагаемьш способ может быть рекомендован при изготовлении отливок из алюминиевых, магниевых, ных, железных и других сплавов, если к этим отлннкам предъявляются повышенные требования как по прочностиым свойствам, так и по чистоте литой поверхзюсти. Оптимальные варианты изготовления отливок по предлагаемому способу - литье под низким давлением н с противодавлением, для отдельных отливок - литье вакуу -1ным всасыванием. Оптимальньп1 наполнитель - кварцевьй песок, так как в случае применения металлических наполнителей опасность образования пригара значительно уменьшается. Способ наиболее пригоден для изготовления отливок с толщиной стенок более 6-8 NM, когда давление газа на расплав не превьшает 6 кгс/см лтщ при значительном разрежении в объеме опок (более 0,6 кгс/см). Пpeдлaгae raй способ по сравнению с базовым объектом, за который при9 . 1097448О

нят прототип, позволяет снизитьКроме того, возможность изготавлина 25-40% брак отливок и на 5-20%вать ряд отливок без противопригардлительность цикла изготовления от-ного покрытия или с минимальным поливки. Эти показатели достигаются закрытием позволяет снизить трудоемсчет уменьшения пригара на отливках5 кость за счет операций наиесения и более интенсивного теплоотводаи сушки покрытий, а также стоимость от отливки как во время кристаллиза-формовочных материалов за счет матеции, так и во время ее охлаждения,риалов противопригарного покрытия.

1. СПОСОБ ЛИТЬЯ ПОД ГАЗОВЫМ ДАВЛЕНИЕМ в разовые формы, изготовленные вакуумной формовкой, включающий создание разрежения в объеме опок, создание перепайа давлений в формообразующей полости формы и в тигле с расплавом, заполнение расплавом полости форьш, кристаллизациюи охлаждение отливки, сброс перепада давлений и удаление отливки, о тличающийся тем, что, с целью снижения брака отливок, уменьшения механического пригара, повышения производительности и снижения времени охлаждения, разрежение в объеме опок уменьшают пропорционально разнице давлений газа на расплав в тигле и в формробразующей полости формы в отношении 0,1-2,0 2. Способ по п. 1, отлич сл с: а JO щ и и с я тем, что снижение разрежения в объеме оПок начинают после заполнения полости формы расплавом.