Способ литья под газовым давлением Советский патент 1984 года по МПК B22C9/02 

00 4 ч СЛ Изобретение относится к литейном производству, в частности, к литью в песчаные формы, изготовленные йакуумной формовкой, с заполнением формы расплавом под действием г аового давления, например, низкого давления ити противодавления. Известен способ литья под газовь давлением, который позволяет повысить механические свойства отливок и увеличить скорость заполнения формы расплавом за.счет действия газового давления, значите.льно превосходящего гравитационное. Этот способ, например, литье под низким давлением, включает сборку формы, создание разницы давлений газа на расплав и в полости формы, заполнение расплавом полости формы, криста лизадию, охлаждение и удаление отливки Л . Недостатком указанного способа при использовании формы, изготовлен ной вакуумной формовкой, является низкое качество отливок из-за невысокого уровня механических свойств, так как значительное газовое давле ние приводит, к образованию пригара. Кроме того, при этом существенны энергозатраты, связанные с необходимостью сохранять разрежение в объ еме опок до окончательного охлаждения отливки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ литья под газовым давлением, включанщий з полнение полости формы расплавом, затвердевание отливки, снятие разре жения в объеме опок и удаление отливки 2 . Однако известный способ не позво ляет повысить механические свойства толстостенных отливок с повьшеняой прочностью. При этом увеличено врем вакуумирования формы при кристаллизации отливок. Цель изобретения - повьппение механических свойств отливок и снижение времени вакуумирования при прои водстве отливок в формы, изготовлен ные вакуумной формовкой. Поставленная цель достигается те что согласно способу литья под газЬ вым давлением включающему заполнени полости формы расплавом, затвердева ниё отливки, снятие ра:зрежения в об ме опок и удаление отливки, давление газа на расплав увеличивают поспе. заполнения формы расплавом пропор- ционально величине разрежения в объеме опок, поддерживая соотношечие между ними, в пределах 1,2-20,0. Йри этом увеличение давлений газа на расплав начинают через 1-25 с после заполнения формы расплавом. Такой способ позволяет применять значительное давление газа на расплав для увеличения механических свойств отливок, а также снизить пригар отливок, поскольку после заполнения формы расплавом снижается температура поверхностного слоя отливки и его проникающая способность. Увеличение давления газа менее, чем в 1,2 раза по сравнению с разрежением в объеме опок практически не позволяет существенно увеличить механические свойства oTjraBOK так, как н;1зкое давление не обеспечивает плотного контакта расплава с формой и образования дополнительных центров кристаллизации в объеме расплава. Увеличение давления более, чем в 20 раз по сравнению с рйзрежением в объеме опок уже не обеспечит повышения достигнутого уровня механических свойртв, так как энергия затрачивается не на образование дополнительных центров кристаллизации, а на рост самих кристаллов. Кроме того, при высоком давлении газа на расплав увеличиваются энергозатраты на создание этого давления и увеличивается пригар на литой поверхности заготовки. При по1вышении давления газа на расплав менее, чем через 1-25 с после заполнения формы расплавом поверхностный слой отливки имеет еще достаточно, высок-ую температуру и пррникакяцую способность для образования пригара при повьшении давления. Через 25 с -на поверхности отливки образуется кристаллизующаяся корочка, которая препятствует образованию пригара. Дальнейшая выдержка без повышения давления приводит лишь к увеличению корочки, которая кристаллизуется, при 1г1бниженндм давлении и, следовательно, имеет 6o{iee низкие механи- Ч ческие свойства. После образования литейной корочки достаточной величины разрежение в объёме опок может быть .снижено по атмосферного. Это возможно изза действия большой разницы давлений газа на расплав и в объеме опок Снятие операции вакуумирования позволяет снизить затраты энергии на поддержание ва1куума в объеме опок во время операции окончатель-ной кристаллизации и охлаждения отливки, что составляет 10-30% общего времени дёйстйия вакуума в .объеме опок, Способ осуществляют следующим об разом.. На модель наносят полимерное герметичное покрытие, например, син тетическую пленку, которую нагреваю до температуры размягчения и создают меткду моделью и пленкой разрежение, чтобы пленка плотно охватила .модель. На модель устанавливают герметичную опоку с отсасывающими отверстиями, засыпают в опоку напол нитель, верх наполнителя выравниваю накладывают синтетическую пленку сверху наполнителя, создают в объеме, опок разрежение, снижают разрежение между пленкой и моделью до атмосферного давления, снимают пол,уформу с модели и наносят на пленку противопригарное покрытие. Аналогично изготавливают вторую пол форму, затем устанавливают стержни и вставки, полуформы спаривают и устанавливают на позицию заливки машины литья под газобым давлением например, машины литья под низким давлением. Собранную форму герметизируют с металлопроводом машины, герметиз , руют; тигель с расплавом машины и iподают на зеркало расплава газ, по давлением, достаточным для заполне ния формы. Через 1-25 спосле заполнения формы давление газа на зеркало расплава увеличивают. По1верхностные слои расплава, конта;ктирующие с формой, кристаллизуются, образуя достаточно прочную затвердевшую корку, способную выдержать повышенное давление жидкой фазы. После этого разрежение, действующее в объеме :Ьпок, снижают до атмос ферного давления и отливки кристалл зуются под.действием силового поля в объеме расплава создающего допол нительные центры кристаллизации и о

разованного действием повьшхенного газового давления. Это приводит к повышению прочностных свойств отливок.

ствии атмосферного давления происходит охлаждение отливки до технологичёски необходимой температуры, посК повышению механических свойств отливок приводит и отсутствие значи-. тельного газового зазора повяе снятия разрежения из объема опок, и сыпучий наполнитель плотно обтекает отливку, способствуя интенсивному теплоотводу, и, следовательно, большей скорости кристаллизации отливки. Возможность снижения разрежения в объеме опок до окончания полной кристаллизации и охлаждения отливки обусловлена действием повышенного СИЛ.ОВОГО поля в объеме расплава отливки, способствующего более быстрому образованию поверхностной литой корочки и интенсивному теплоотводу из объема расплава. Разница давлений газа на расплав, необходимая для заполнения формы, может быть создана и при подаче- в полость формы и на расплав одинакового газового Давления с последующим увеличением давления на расплав или снижением давления в полости формы, что характерно для литья с-противодавлением. В этом случае при увеличении, давления газа на расплав в тигле машины на расплав отливки воздействует давление газа, действовавшего в .. полости формы, так называемое про- . . тиводавление. Разница давлений газа, действующих на расплав в полости формы и тигле машины, может быть создана за счет образования разрежения в полости формы при действии атмосферного давления или меньшего по величине разрежения на зеркало расплава. Эти способы создания разницы давлений газа характерны соответственно для литья вакуумным всасыванием и в предварительно вакуумируемую форму. В этих случаях при увеличении давления газа на расплав в тигле машины в форме на расплав действует разрежение, величинакоторого зависит от способа литья. , После увеличения давления газа , производят вьщержки в течение технологически необходимого времени для полной кристаллизации отливки. Затем давление газа на расплав снижают до атмосферного. Одновременно снижают давление или разрежение, действующее в форме, до атмосферного. При дейле чего наполнитель из,опок высы- . пают и удаляют отливку. , Сокршценйе времени технол {гическ го цикла нэготовления отливки на в мя, необходимое для снятие .разр; жения в объеме опок, также можйо отнести к преимуществам предлагаемо способа. Способ позволяет сократить BpfiMH охлаждения отливки за счет более нитенсивного теплоотвода от отливки вследствие отсуствия газово го зазора между отливкой и формой . Выбор величины, на которую следу ет увеличить давление газа на. расплав, зависит от способа создания разницы давлений, сплава отливки, величины разрежения в объеме опоки Для литья под низким давлением. оптимальное соотношение между увеличением давления газа на расплав и величиной разрежения в объеме опок составляет 1,5-5,0, для литья вакуумным всасыванием .1,, для литья с противодавлением 3,0-20,0. При литье легких сплавов на основе алюминия и магния это соотношение следует выбирать в пределах 1,2-12 для литья citnaBOB на основе меди и железа 3,0-20,0. При значительном разрежении в объеме опок (до ,0,9 кгс/мм) это отношение ет 1,2-10,0, принебольшом разрежении (менее 0,3 кгс/см) - 5,0-20,0. Выбирая величину дополнитель ного давления, нужно ориентироваться на величину оптимальной разниЦБ1 давлений газа в объеме опок и на расплав, которая должна находить ся в пределах 1,5-5,0 кгс/см. Это позволяет избежать образования значительного пригара. Если эта разниц давлений больше указанной величины то необходимо применять улучшенные противопригарные покрытия или же увеличивать давление газа на рас плав после заполнения формы ступенчато: сначала дй тех пор, пока разница давлений газа в объеме опок и на расплав не достигнет величины 1,5-5,0 кгс/см, а затем после кристаллизации поверхностного слоя отливки - до максимально допустимой вехтчины, которая, как правило. nvn СС ШЧПШМ, AW 1 , IVOA ll Ci0njXVf, не Превышает 10 кгс/см В зтом случае снижение разрежения в объеме OQQK целесообразно начинать после , достижения максимального давления газа на расплав. Для увеличения механических свойств отливок разрежение в объеме опок по сравнению с технологически необходимым может быть увеличено до 0,9 кгс/см в процессе заливки расплава в форму или после запивки, в том числе во время увеличения давления газа на расплав. Время от окончания заполнения формы расплавом до начала увеличения давления газа на расплав выбирают в зависимости от толщины стенки . отливки, материала отливки, материала наполнителя и температуры запивки. Для отливок из сплавов на основе алюминия и магния при толщине стенки до 7 мм с применением песчаных наполнителей это время при оптимальной температуре заливки составляет 1-10 с, с применением металлических наполнителей 1-3 с, при толщине стенки более 10 мм для песчаных наполнителей 3-20 с, металлических наполнителей 1-10 с. Для железных и медных отливок при толщине стенок до 6 мм в случае применения песчаных наполнителей 5-15 с, металлических наполнителей 1-10 с, CBbmie 7 мм для песчаных наполнителей 10-25 с, для металлических наполнителей 5-20 с. Время выдержки до начала увеличе- ния давления газа на расшгев должно выбираться с учетом того, чтобы температура поверхностных слоев отливfcи снизилась до 10-50 С ниже температуры кристаллизации для данного способа. Пример. Для изготовления отливки весом 7,5 кг из алюминиевого сплава марки АЛ2 в форму, полученную вакуумной формовкой, имёющей толщину стенки 5-7 мм, применяют литье под НИЗКИМ давлением. Форму изготавливают следующим образом. На модель верхней полуформы накладывают синтетическую дленку из сополимера Этилена с винилацетатом и между пленкой моделью создают разрежение с остаточным давлением 0,7 кгс/см . На модель устанавливают опоку, засыпают охлажденный до 30-4(J С металлический стальной песок со средней зернистостью 0,1, уплотняют вибратором с частотой колебаний 50 Гц в течение 15 с. Далее верхнюю поверхность наполнителя выравнивают и накладывают на нее синтетическую пленку, создают в объеме опоки 7 разрежение величиной 0,4 кгс/см (остаточное давление 0,6 кгс/см). атем разрежение между моделью и пле кой снижают до атмосферного давлени и полуформу( снимают с модели. После этого рабочую поверхность пленки покрывают противопригарньпу составом на основе маршалйта, этилового спир та и поливинилбутерали, сушат покры тие в течение 10 мин. Аналогично изготавливают нижнюю полуформу. Зат полуформы спаривают и устанавливают на машину литья под низким давление поддерживая температуру нижней пове ности формы не выше 40 С. . Температура расплава в тигле маш ны в пределах 690-710°С. После герм тизации тигля форму с металлопроводом машины на зеркало расплава под ют избыточное давление величиной 0,4 кгс/см с нарастанием в течение 5 с и последующей вьвдержкой. После заполнения формы (через 8 с после начала подачи давления газа на расплав) производят выдержку в течение 2 с и затем увеличивают избыточное давление газа на расплав до 1,6 кгс/с в течение 3 с. Через 5 с после подъема давления до максимального значения разрежение в объеме опок снижают до атмосферного давления в .течение 4 с. При таком газовом режиме отливку вьздерживают в течение 55 с, далее давление газа на ра плав снижают до атмосферного, расплав сливают в тигель машины и отливку выдерживают для охлаждения 60 с. Во время охлаждения отливки форму удаляют с позиции заливки маш ны, после охлаждения отливки металлический песок высыпается из . опок и поступает на охлаждение, а отливку убирают из опок для дальней шей обработки. По сравнению со способом литья под низким давлением, являющимся базовым объектом, предел прочности отливок.увеличивается с 19,5 до кгс/см энергозатраты снизились с 35 до 31 кВт/ч. П р и м е р 2. Для изготовления отливки весом 15 кг из бронзы марки БрОЦС5-4-4 с толщиной стенок 4-6 мм применяют литье вакуумным всасыванием. Форму изготавливают и устанавливают на машину как в примере 1. Остаточное давление в объеме опок /58 0,5 кгс/см(разрежение 0,5 кгс/ct ), наполнитель - кварцевый песок зернистостью 0,016 мм. Температура расплава в тигле 1050-1ЮО С. После герметизации вакуумной камеры с формой в камере создают разрежение величиной 0,5 кгс/см в течение 5 с. Через 10 с после начала создания разрежения в камере .(через 10 с после -заполнений формы расплавом), .увеличивают разрежение в объеме опок до ост-зточного давления 0,2 кгс/см избыточное давление газа на расплав до,20 кгс/см в течение 4 с, снижая разрежение в камере с формой до атмосферного давления. При таком газовом режиме вьздерживают отливку в течение 40 с и затем снижают разрежение в объеме опок до атмосферного давления, что позволяет производить кристаллизацию поверхностных слоев отливки под действием повьЕненного газового давления с одной стороны и разрежения с другой. После выдержки отливки под действием газового давления в течение 5 мин давление газа на расплав снижают в течение 5 с до атмосферного, расплав сливают в тигель машины и отливку охлаждают в течение 6 мин. Отливку удаляют как в примере 1. При этом отливки, изготовленные по предлагаемому способу,, имеют предел прочности 51 против 45 кгс/см для отливок, изготовле-нных вакуумным всасыванием, по тем же технологическим параметрам, энергозатраты на производство отливок снизились -с 42 до 37 кВт/ч. П, р и .м е р 3. Для изготовления отливки весом 14,0 кг из стали мар-. ки Ст50Л с толщиной стенки 10-15 мм применяют литье с противодавлением. Форму изготавливаю как в примере достаточное давление в объеме опок 0,5 КГС/СМ7 наполнитель - кварцевый песок зернистостью 0,016 мм. |Температуру расплава в тигле поддерживают в пределах 1400-145СГС После герметизации камер с расплавом и формой за 5 с создают одинаковое избыточное давление величиной 5,0 кгс/см7 затем снижают давление в камере с формой до 4,0 кгс/см в течение 15 с. Через 20 с после заполнения формы (через 30 с после начада сброса давления из камеры с формой) д авлеиие газа в камере с расппавом повышают до 10,0 кгс/см в течение 5 с. При таком газовом режиме отливку вьщерживают в течение 60 с.для кристаллизации noBepxHocT-i ных слоев-, затем снижают разрежение в объеме ойок до атмосферного и выдерживают отливку еще до 10 мин после чего давление в камерах с формой и расплавом снижают до атмосферного и отливку охлаждают в течение 15 мин. Отливку и наполнитель удаляют как в примере 1.

Предлагаемый способ может быть ре комендЬван при изготовлении отливок из различных марок сплавов, к которым предъявляются повышенные тре бования по прочностным и эксплудтационным свойствам. Наибольший экономический эффект от внедрения предпагаемого способа может быть ДОСТИГНУТ в мелкосерийном и серийном производстве отливок ответственного назначения.

Предлагаемый способ позволяет по сравнению с базовым объектом на 10-20% повысить механические свойства отливок за счет увеличения Теплоотвода от кристаллизующейся отливки и образования дополнительных центров кристаллизации при действии повьш1енного силового поля в объеме расплава При этом на энергозатраты из-за снятия разрежения в объеме опок во время полной кристаллизации и охлаждения отливки в форме снижаются на 5-15%. Кроме того, в связи с тем, что операция снятия разрежения происходит в течение кристаллизации отливки на 1-5% снижается длительность цикла изготовления отливки-, и следовательно, повышается производительность процесса.

Экономический эффект от внедрения изобретения на одном предприятии составит 93250 руб.

1. СПОСОБ ЛИТЬЯ ПОД ГАЗОВЫМ ДАВЛЕНИЕМ, включающий заполнение полости формы расплавом, затвердевание Отливки снятие разрежения в объеме опок и удаление отливки, о т л и ч щ и и с я тем, что, с целью ровышения -механических свойств отливок и снижения времейи вакуумирования при производстве отливок в формы изготовленные вакуумной формовкой, давление газа на расппав увеличивают после заполнения формы расплавом пропорционально величине разрежения в объеме опок, поддерживая сооТноше.ние между ними в пределах 1,2-20,0. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что увеличение давления газа на расплав начинают через 1-25 с после заполнения формы расплавом.В (Л с.