Способ производства фасонных отливок и литейная форма для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B22D23/10 

Изобретение относится к литейному производству и спецэлектрометаллургий и можетбыть использовано для производства качественных фасонных отливок из металлов различных способов выплавки, в том числе электрошлакового металла.

Известен способ, согласно которому металл накапливают в плавильной емкости электрошлаковым методом и сливают в литейные формы или заливку металла в литей- ные формы ведут вместе со шлаком,

использованным для получения эл ектро- шлакового металла.

Этот способ позволяет получать отливки относительно сложной конфигурации и высокого качества с использованием точных металлических форм - кокилей многократного использования без применения каких- либо мероприятий по предотвращению пригара.

Металл отливки, полученный этим способом, не уступает и даже превосходит по качеству деформированный металл открытой выплавки. Однако, производительность такого способа крайне низка, поскольку ограничивается тем, что в этом способе обязательна одновременная заливка металла и шлака в форму, а значит обьем накопленного в одной плавильной емкости металла и шлака должен соответствовать объему заполнения только одной формы. Для заполнения другой формы необходимо повторять процесс накопления металла и шлака и т. д., т. е. в известном способе невозможна дозировка в определенных пропорциях металла и шлака в несколько форм.

Существующие схемы двух-и многоручьевой заливки, когда из одной емкости расплав заливается в две или более форм, не получили широкого распространения из- за относительно небольшого увеличения производительности при существенном усложнении процесса разливки. Кроме того, недостатком указанного способа с применением известных для его осуществления литейных форм является то, что верхняя часть отливки непосредственно над которой расположена шлаковая ванна, является плоской, что ограничивает сферу применения способа и увеличивает соотношение масс заготовки и готовой детали. Получаемые отверстия имеют коническую форму по причине необходимости применения конических металлических стержней, что увеличивает припуски на механическую обработку. Кроме того, удаление стержней из формы сопряжено с определенными затруднениями, связанными с необходимостью относительно точного определения момента выбивки в зависимости от режима заполнения формы, температурного режима кристаллизации расплава и т. д. Применение стержней из неметаллических материалов не оправдывается по причине одноразовое™ их использования.

Вместе с тем, указанный способ достаточно энергоемок, Удельный расход электроэнергии составляет по различным источникам примерно 750-820 квт. ч/т. На практике расход электроэнергии чаще всего находится в пределах 1000-1200 квт. ч/т.

Целью изобретения является повышение производительности при сохранении высокого качества отливок

Это достигается тем, что перед сливом металла, накопленного в плавильной емкости, например, индукционной печи, в каждой лигейной форме, состоящей из двух емкостей, сообщающихся между собой, сначала полностью1 заполняют перегретым шлаком первую емкость затем в нее сливают металл до момента полного заполнения шлаком второй емкости Можно вести заливку металла, накапливаемого в плавильной емкости электрошлаковым методом. В этом случае перед разливкой металла в формы из плавильной емкости сначала сливают

шлак, использованный для получения электрошлакового металла, в отдельную емкость, где параллельно накапливают такой же-перегретый шлак.

Литейная форма для осуществления

0 способа включает первую емкость для размещения расплава и формирования отливки и вторую емкость, служащую для слива избыточного шлака и сообщающуюся с первой на уровне, обеспечивающем полное запол5 нение первой емкости до попадания шлака во вторую. Объем второй емкости равен объему формирующей части первой емкости или объему отливки, В первую емкость помещена с зазорами для обеспечения выхода

0 шлака технологическая вставка с рабочей поверхностью, соответствующей требуемой торцовой поверхности отливки. Стержень для получения цилиндрической полости в отливке выполнен в виде разрезной в осе5 вом направлении втулки с цилиндрической наружной поверхностью и конической внутренней, внутрь которой помещена коническая ось.

На фиг. 1 и 2 изображена литейная фор0 ма, разрез.

Первая емкость образована днищем Т и кольцевой обечайкой 2. Вторая емкость образована кольцевой обечайкой 2 и деталью 3. В отверстие днища 1 помещена разрез5 ная в осевом направлении втулка с цилиндрической наружной поверхностью и конической в нижней части, состоящая из частей 4, 5, 6, 7 с зазорами между ними. Причем, поверхности разреза втулки, раз0 деляющие части 4, 5 и 7 выполнены параллельными между собой и параллельно осевой плоскости втулки, а плоскости разреза, разделяющие части 5, 6, 7 выполнены радиальными.

5 В верхней части разрезная втулка выполнена конусной по внутренней поверхности на небольшой длине и цилиндрической по наружной. На коническую внутреннюю поверхность посажена втулка 8,. ограничивающая радиальное перемещение частей

втулки внутрь. На цилиндрическую наружную поверхность в верхней части разрезной втулки посажена технологическая вставка, состоящая из двух частей 9, 10, которые фиксируются кольцом 11. Внутрь разрезной

0 втулки помещена ось 12 с конической поверхностью в нижней части, которая служит для разжима составных частей втулки в радиальном направлении

Ось 12 в верхней части имеет прямоугольный вырез с уклоном на одной стороне, в который вставлен клин 13. Детали, 10 технологической вставки выполнены в нижних частях с 4-мя вырезами 14, служащими для облегчения протекания расплава, а в верхних частях имеют 4 равнорасположен- ных окна 15, предназначенных для выхода воздуха из внутренней полости вставки при подъеме уровня шлака в ней вследствие вытеснения последнего поступающим металлом.

Объем второй полости V2 равен объему заливаемого металла VL

Способ и литейная форма работают следующим образом.

Перегретый шлак, накопленный в плавильной емкости сливается в первую емкость формы до полного ее заполнения, Затем из другой плавильной емкости сливается металл, который проходя через шлак, дополнительно рафинируется, поступает в нижнюю часть первой емкости и вытесняет шлак объемом, равным объему заливаемого металла, во вторую емкость, куда он переливается через края первой емкости, Заливку металла производят до момента полного заполнения шлаком второй емкости. Таким образом, визуально ограничивается объем заливаемого металла. После полного заполнения шлаком второй емкости, заливку металла прекращают и цикл повторяется с другой формой и т. д., которые могут быть установлены на конвейере. На стенках первой емкости и стержне в результате быстрой заливки сначала шлака, а затем металла образуется, как при известном способе электрошлакового кокильного литья, тонкий шлаковый гарнисаж, который исключает взаимодействие металла отливки с литейной формой и возможность образования пригара. Вытесненная в верхнюю часть литейной формы шлаковая ванна образует своего рода тепловую надставку, способствующую направленному затвердеванию отливки, исключая образование в отливке усадочной рыхлости, т, е. процесс кристаллизации аналогичен известному способу электрошлакового кокильного литья.

В отличие от этого способа стержень для получения полости в отливке не выбивают сразу после заливки расплава. После затвердевания металла и шлака удаляют клин 13, поддерживающий коническую ось 12 и выталкивают ее из разрезной втулки. Снимают кольцо 11, фиксирующее детали 9, 10 технологической вставки и втулку 8. Затем переворачивают литейную форму и удаляют закристаллизовавшуюся заготовку вместе со шлаковой ванной, разрезной втулкой и

деталями 9, 10 технологической вставки. В этом положении части 4, 5, 6, 7 разрезной втулки легко удаляются из отверстия в отливке и шлаковой надстааке после смеще- 5 ния части 4 внутрь разрезной втулки. Затем по разъему рассоединяют части 9,10 технологической вставки и из них удаляется застывший шлак. При перевороте литейной формы удаляется шлак из второй емкости.

0 Опытные плавки проводились на Белорусском автомобильном заводе.

При проведении опытных плавок металл химического состава, соответствующего марке стали 18Х2Н4ВА, получали в

5 индукционной печи с последующей обработкой синтетическим шлаком. Для приготовления шлака, применяемого при электрошлаковом процессе, использовали флюс марки АНФ-29, который получали в

0 отдельном агрегате с керамическим тиглем и графитовым нерасходуемым электродом. С целью обезуглероживания шлака в процессе его плавления в тигле вводили окись никеля в виде агломерата в количестве 0,7%

5 от веса шлака. Шлак в конце плавления перегревали до температуры на 100-200°С больше температуры плавления металла. Металлическая форма устанавливалась горизонтально. С одной стороны к ней пода0 валась емкость с перегретым шлаком, с другой - емкость с жидким металлом. Сначала в форму сливалась порция шлака. Сразу же по заполнении шлаком полностью первой емкости формы с другой стороны

5 формы в ту же емкость сливались порция металла до момента полного заполнения шлаком второй емкости, куда он переливался через края первой емкости, вытесняемый мзталл ом. Слив металла производится че0 рез воронку на сливном отверстии емкости с металлом, в которую подавался под давлением аргон. После заливки металла литейная форма удалялась с места заливки, подавалась другая форма илроцесс повто5 рялся. Весь процесс заполнения шлаком и металлом литейной формы, рассчитанной для получения отливок зубчатых колес массой 4,6 кг, занимал 17-25 сек, При величине емкости с металлом 50 кг и емкости тигля со

0 шлаком 70 кг и конвейерной подаче литейных форм, получение 10 отливок занимает примерно 5 мин. При использовании предлагаемого способа производительность лимитируется уже не проблемой дозировки

5 расплава, как при электрошлаковом кокильном литье, а процессом извлечения отливок и очистки литейных форм, который по вре- ( мени занимает до 1 мин, на применяемую в данном случае форму, что обеспечивает ее конструкция, Поэтому при соответствующей организации производства, заключающейся в использовании нескольких емкостей с металлом и шлаком большого объема, конвейерной подачи литейных форм в крли- честве 30-50 шт , производительность может быть 450-500 высококачественных заготовок в смену при 8-ми часовом рабочем дне (масса отливки 4,6 кг), что вполне удовлетворяет условиям не только серийного, но и массового производства и недостижимо при электрошлаковом кокильном литье.

Механические свойства металла отливок, полученных предложенным способом, определялись на радиальных образцах и приведены в таблице в сравнении с металлом из заготовок других способов производства, в т. ч. электрошлакового кокильного литья, проката открытой выплавки и требований ТУ на кованый металл, Образцы изготавливались из заготовок квадратного сечения со стороной квадрата 15 мм. Заготовки подвергались термической обработке по режиму: 1-я закалка с 950°С, воздух 2-я закалка с 860°С, воздух, отпуск при 200°С, воздух.

Приведенные результаты свидетельствуют, что металл отливок, полученных пред- ложенным способом, по своим механическим свойствам не уступает деформированному металлу открытой выплавки, металлу, получаемому электрошлаковым кокильным литьем, и существенно превосходит по таким показателям, как относительное удлинение, сужение и ударная вязкость, металл открытой выплавки, получаемый обычным литьем без шлака и со шлаком в кокили.

Использование предложенного способа производства фасонных отливок и литейной формы для производства фасонных отливок имеет значительные преимущества по сравнению с известными:

-позволяет осуществлять конвейерную разливку, что многократно повышает производительность, при сохранении высокого качества отливок;

-позволяет использовать металл, приготавливаемый в индукционных печах, что уменьшает расход электрической энергии;

-существенно упрощается состав шлака;

-позволяет получать полости в отливках цилиндрического сечения, что уменьшает припуски на механическую обработку;

-позволяет получать фасонные торцовые поверхности верхней части отливки;

-существенно упрощается извлечение металлических стержней для формирования

внутренних полостей;

-обеспечивает достаточно точную дозировку количества шлака и металла для получения отливок заданных размеров, что также уменьшает припуски на механическую обработку и увеличивает выход годного литья.

В то же время способ и литейная форма достаточно просты, что позволяет успешно реализовывать его в любых современных машиностроительных, ремонтных и литейных производствах.

Формула изобретения

1.Способ производства фасонных отливок, включающий накапливание металла и

шлака в плавильных емкостях и слив их в литейные формы, отличающийся тем, что в каждой литейной форме, состоящей из двух емкостей, сообщающихся между собой, сначала полностью заполняют перегретым шлаком первую емкость, затем в нее сливают металл до момента полного заполнения шлаком второй емкости.

2.Литейная форма для производства фасонных отливок, состоящая из емкости

для металла и шлака и технологического стержня, отличающаяся тем, что емкость для металла и шлака выполнена из двух емкостей, сообщающихся между собой, причем вторая емкость размещена в

верхней части первой емкости, а ее объем равен объему формирующей части первой емкости.

3.Литейная форма по п. 2, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что стержень выполнен в виде

разрезной в осевом направлении втулки с цилиндрической наружной поверхностью и конической внутренней, в которой установлены коническая ось, при этом поверхности разреза втулки, образующие одну из ее частей, выполнены параллельными между собой и осевой плоскости втулки, а все остальные плоскости разреза выполнены радиальными.

4.Литейная форма по пп. 2 и 3, о т л и- чающаяся тем, что на цилиндрическую

наружную поверхность втулки в верхней части посажена с зазором технологическая вставка, рабочая поверхность которой соответствует торцовой поверхности отливки.

Средние значения механических свойств стали 18Х2Н4ВА, полученной различными методами

Сущность изобретения: способ производства фасонных отливок включает накапливание металла и шлака в плавильных емкостях и слив их в литейные формы, в котором в каждой литейной форме, состоящей из двух емкостей, сообщающихся между собой, снёчал а полностью заполняют перегретым шлаком первую емкость, затем в нее сливают металл до момента по л ного заполнения шлаком второй емкости литейной формы, Литейная форма состоит из двух емкостей, сообщающихся между собой, причем вторая емкость размещена в верхней части первой емкости, а обьем второй емкости равен объему формирующей части первой емкости. На цилиндрическую наружную поверхность втуяки в верхней части посажена с зазорами для обеспечения выхода шлака технологическая вставка с рабочей поверхностью,хответной требуемой торцевой поверхности отливки. Стержень для получения цилиндрической полости в отливке выполнен в виде разрезной в осевом направлении втулки с цилиндрической наружной поверхностью и конической внутренней, внутрь которой помещена коническая ось. При этом поверхности разреза втулки, образующие одну из ее частей, выполнены параллельными между собой и параллельно осевой плоскости втулки, а все остальные плоскости разреза выполнены ра- диёльными. 2 с. п., 2 з. п. ф-лы,1 табл., 2 ил. сл С

А-А

V

/J

Фиг. 1

7 /

Фиг. 2