Форма для центробежного литья Советский патент 1993 года по МПК B22D13/00 

00

с

Использование: в литейном производстве, в частности в центробежном литье. Сущность изобретения форма для центробежного литья включает металлическую изложницу, торцовые крышки, теплоизоляционное покрытие в виде многослойной оболочки, согнутой в цилиндр, концы, которого расположены внахлест, с возможностью перемещения в направлении, совпадающем с вращением формы при заливке. Нахлесты слоев многослойной оболочки расположены равномерно по окружности. Слои оболочки распо- ложены диаметрально, выполнены с термостойким покрытием, толщина внутреннего слоя определяется по формуле. 6 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к центробежному литью, и межет быть использовано при центробежном литье крупногабаритных трубных заготовок.

Целью изобретения является повышение качества заготовок и срока службы изложницы.

На фиг. 1 и 2 показана предлагаемая форма.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Покрытие формы выполнено в виде многослойной оболочки, каждый слой 1 которой в свою очередь представляет собой согнуг тый в цилиндр листовой материал, концы которого расположены свободно внахлест 2 с возможностью их свободного перемещения. Выполнение покрытия многослойным позволяет эффективно повысить его термическое сопротивление не столько за счет термического сопротивления материала покрытия, сколько за счеттермического сопротивления, обусловленного термопередачей от слоя к слою. В качестве отдельного слоя многослойной оболочки должен применяться листовой материал.

Выполнение слоя в виде листа, согнуто го в цилиндр, с концами.лежащими свободно внахлест, позволяет уплотнять многослойное покрытие, изменяя диаметр каждого слоя, под воздействием центробежных сил, действующих на каждый слой, и под давлением жидкого металла, находящегося в поле центробежных сил.

По мере заполнения формы жидким ме- таллрм многослойная оболочка еще больше уплотняется, ее термическое сопротивление уменьшается и достигает расчетной величины, необходимой для формирования

jco

io

О

о

iЈb

iCO

требуемой структуры и свойств металла отливаемой заготовки. Высокое начальное и постепенное уменьшение в процессе заливки жидкого металла термического сопротивления покрытия формы позволяет понизить силу термического удара на изложницу, что, в свою очередь, способствует увеличению срока ее службы. Например, проведенные во НПО ЦНИИТмаш исследования показали, что при использовании заявляемого способа максимальный уровень напряжений, возникающих на внутренней поверхности изложницы на 20% ниже, чем в способе- прототипе. Это приводит к тому, что термо- циклическая нагрузка на изложницу снижается, а ее эксплуатационная стойкость растет.

Выполнение концов оболочек внахлест в направлении вращения формы во время заливки затрудняет затекание металла за пределы оболочки,

Количество слоев зависит от конкретного технологического процесса (необходимого термического сопротивления теплоизоляционного покрытия, необходимой скорости охлаждения, размеров отливки и т.д.).

Важным для получения качественной заготовки и повышения срока службы изложницы 3 является расположение нахле- стов 2 слоев 1 в оболочке. Они должны располагаться на одинаковых углах друг от друга. Это позволяет создать равномерное по окружности тепловое поле отливки, что способствует формированию однородной структуры металла заготовки и исключает условия для возникновения дополнительных внутренних напряжений в теле отливки и изложницы. Ширина нахлеста должна быть не менее 15 мм. Согласно результатам исследований при ширине нахлеста менее 15 мм резко возрастает вероятность затека- ния жидкого металла за пределы внутреннего слоя оболочки, коробления остальных .слоев из-за неравномерного по окружности нагрева, изменения геометрии отливки, а также местный разогрев изложницы.

В случае, когда ширина нахлеста больше лО/n, где D --диаметр внутренней поверхности; п - количество слоев, ухудшается основное свойство теплоизоляционного покрытия - возможность плавно изменять термическое сопротивление в процессе отливки и формирования заготовки.

Нахлесты 2 двух внутренних слоев располагают диаметрально противоположно, что уменьшает возможность протекания жидкого металла за пределы второго слоя оболочки в случае его протекания под внутренний первый слой.

Выполнение внутреннего слоя многослойной оболочки из металла той же марки или близкого по химсоставу металла заготовки позволяет исключить возможность загрязнения металла заготовки материалом внутреннего слоя оболочки даже в случае его расплавления и смешивания с жидким металлом отливаемой заготовки.

При покрытии поверхности слоев многослойной оболочки термостойким материалом можно более плавно регулировать процессы теплообмена, устранить возможность приваривания металла заготовки к другим слоям многослойной оболочки в слу

чае его затекания за пределы внутреннего слоя оболочки. Выполнение поверхности слоя, контактирующего с жидким металлом, без покрытия позволяет избежать загрязне ния металла заготовки материалом покры

тия.

Выполнение внутреннего слоя многослойной оболочки с отогнутыми по торцам внутрь краями, сопрягающимися с поверхностями крышек формы позволяет удержать

жидкий металл в пределах внутреннего слоя оболочки, т.е. исключить возможность его затекания с торцов оболочки. В случае, когда высота отогнутых краев менее толщины отливки, наблюдается затекание жидкого

металла с торцов оболочки.

Верхний предел высоты отогнутых краев ограничивается конструктивными особенностями центробежной машины, изложницы и технологического процесса,

Эксперименты, проведенные в НПО ЦНИИТмаш, показывают, что толщину листового материала внутреннего слоя многослойной оболочки можно определять по формуле

л Ki Ь3 Вз Рз + Сз (Т3 - ТПЛ) ЬсСс(Тпл-20) где А - толщина внутреннего слоя (листа), мм; Вз - толщина стенки отливки, мм;

Рз - теплота кристаллизации заливаемого металла, ккал/кг;

Сз средняя теплоемкость материала слоя (листа), ккал/кг-град;

Сс - средняя теплоемкость заливаемого

металла, ккал/кггр ад;

Тз - температура заливки металла, °С;

Тпя -температура плавления материала слоя, °С;

Ьз и Ьс - коэффициент аккумуляции тепх ла соответственно для заливаемого материала и материала слоя (листа);

К - экспериментальный коэффициент, учитывающий теплоотвод внутри многослоимого покрытия и находящийся в пределах 0,05-0,07.

Для слоев, у которых (ТПл Э: Тз) температура плавления материала слоя больше температуры заливаемого металла, формула упрощается Ki Ьз Вз Сз (Тз - Тпл) к А -ТзГЩТпл -20) обозначения те же.

Эксперименты по указанному случаю проводились на ПО Буммаш, где отливались трубные заготовки из бронзы марки ОЦСН на оболочку из стали СТЗ.

Эксперименты показали, что для разных материалов слоя (сталь, медь, алюминий и т.д.) при заливке, например, углеродистых и легированных сталей от стали 20 до Х1810Т или чугуна - коэффициент К находится в пределах 0,05-0,07.

Применение в расчетах предложенной формулы позволяет толщину внутреннего слоя многослойной оболочки выбирать минимальной при условии его нерасплавления, что сокращает расходы материала на теплоиэолирующее покрытие и трудоемкость механической обработки заготовок, т.е. повысить качество заготовок и экономичность всего процесса. Необходимо отметить, что увеличение толщины листа слоя повышает также его жесткость, т.е. препятствует деформации листов под действием центробежных сил и заливаемого металла и снижению термического сопротивления слоя в ходе заливки и формирования отливки, т.е. не способствует повышению качества заготовок и срока службы изложницы.

Формула изобретения

30

А Ki Ьз Вз Рз -I- Сз (Тз - Тпл) АЬс Сс (Тпл-20)

где Д - толщина внутреннего слоя (листа), мм;

Вз - толщина стенки отливки, мм; Рз - теплота кристаллизации заливаемого металла, ккал/кп

Сз - теплоемкость (средняя) заливаемого металла, ккал/кг-град;

Сс - теплоемкость (средняя) материала слоя (листа), ккал/кг-град;

-Тз - температура заливки, металла, °С; Тпл - температура плавления материала слоя (листа), °С;

Ьз, Ьс - коэффициент аккумуляции тепла соответственно для заливаемого материала и материала слоя (листа);

К - экспериментальный коэффициент, учитывающий YenflooTBpfl внутри многослойного покрытия и находящийся в преде- лах 0,05-0.07.