Центробежная горизонтальная установка Советский патент 1981 года по МПК B22D13/02 

(54) ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

1

Изобретение относится к литейному производству, в частности к оснастке и оборудованию центробежного литья

Известны центробежные горизонтальные установки, содержащие центробежную форму с футеровкой, имеющей на внутренней рабочей поверхности кольцеобразные выступы и каналы, и введенный во внутрь полости формы заливочный желоб m .

Недостатком такой установки является то, что в ней не обеспечивается режим регулирования подачи и распределения жидкого металла в полости формы в процессе заливки, в результате чего в кольцевых массивных сечениях отливки образуются кольцеобразные усадочные углубления-раковины и

пористость.Известна также центробежная горизонтальная установка, включающая центробежную форму,-содержащую изложницу , крышку, футеровку с кольцеобразными выступами и каналами на внутренней рабочей поверхности полости формы и введенный, в полость центробежной формы сквозь центровое отверстие заливочный желоб И.

Недостатком этой установки является то/ что она не обеспечивает оптимальный режим регулирования подачи и распределения жидкого металла в полости формл в процессе заливки, а имеет место лишь подача металла в одно место формы со сливного носка заливочного желоба и последующее неупорядоченное самопроизвольное распределение-растекание жидкого металла под воздействием центробежных

сил по поверхности профиля формы. По этой причине в первоначальный период заливки жидкий металл от места падения струи растекается относительно продольного профиля формы,

заполняя на своем пути последовательно сначала ближайший кольцевой каналуглубление, затем перетекает через кольцевой выступ, заполняет следующий кольцевой канал-углубление,

перетекает через очередной кольцевой выступ и так до тех пор, пока жидкий металл не достигает торцовых стенок формы. Таким образом, здесь происходит своего рода каскадное перетекание жидкого металла от места падения струи по направлению к торцовым стенкам формы, при этоМ в месте падения струи металл отливки наиболее разогретый, а наиболее

.переохлажденный в самых отдаленных (торцовых) частях полости формы, так как на своем пути значительную долю тепла жидкий металл отдает на нагрев материала формы и в окружающую воздушную среду. Следовательно, кристаллизация металла центробежной отливки протекает в. условиях резко неравномерного темп.ературного поля, в результате чего происходит ускоренное затвердевание тонких стенок (над кольцеобразными выступа ми футеровки) и замедленное - в месте падения струн и в массивных кольц образных узлах (против кольцеобразных каналов футеровки) являющиеся , тепловыми кольцеобразными узлами отливки. В связи с этим массивные кольцеобразные узлы отливки и кольцео разная зона в месте падения струи является прибыльными частями, они затвердевают в последнюю очередь, жидкий металл этих частей расходует ся на подпитку других частей отливки/ в силу чего в массивных кольцеобразных узлах и кольцеобразной зоне по месту падения струи образую ся со стороны внутренней поверхност кольцеобразные усадочные раковины и пористость. Поэтому здесь имеет м то повышенный отход металла в струж ку, так как заранее приходится предусматривать увеличенные припуски на механическую обработку резани ем в связи с вынужденной технологической необходимостью обеспечения получения качественного тела отливки по всему сечению стенок, в том числе в тепловых узлах. Цель изобретения - разработка це робежной горизонтальной формы, позв ляющей обеспечить оптимальный режим регулирования подачи и распределени жидкого металла в полости формы в процессе заливки, выравнивания (усреднения) температуры металла по всему сечению стенок отливки с пере менной толщиной тела, повышения кач ства литья, уменьшения припусков на механическую обработку резанием (уменьшение отходов металла в стружку) , повышение долговечности деталей оснастки центробежной формы. Поставленная цель достигается те что заливочный желоб центробежной горизонтальной установки, включакнце центробежную форму, содержащую изло ницу, крышку, футеровку с кольцеобразными выступами и каналами на внутренней рабочей поверхности, снабжен системой сливных отверстий количество которых равно количеству выступов футеровки, и ориентирован относительно продольного профил внутренней рабочей поверхности поло ти формы таким образом, что сливные отверстия расположены против кольцеобразных выступов футеровки. причем длины сливных отверстий заливочного желоба равны 0,6-1,0 длины соответствующих выступов футеровки центробежной формы. На фиг.1 изображена центробежная вертикальная установка (центробеж.ная форма в сборе совместно со сливной частью заливочного желоба), продольный вертикально-осевой разрез; на фиг. 2 - то же, в первоначальный период заливкиj на фиг. 3 - то же, совместно с жидким металлом непосредственно после окончания заливки, в первоначальный период кристаллизации металла отливки; на фиг. 4 - то же, на промежуточной стадии кристаллизации металла отливки. Центробежная горизонтальная установка состоит из центробежной формы 1, содержащей изложницу 2 с цент.ровым отверстием 3, крьшку 4 с центровым отверстием 5, футеровку, б с системой кольцеобразных выступов 7-9 и каналов 10,11 на внутренней рабочей поверхности полости формы .12 и заливочный желоб 13 с системой сливных отверстий, 14-16. Торцовые стенки центробежной формы (изложницы 2 и крышки 4), футеровки 6 с кольцеобразными выступами 7-9 и каналами 10,11 образуют полость формы 12, предназначенную для приема жидкого металла при заливке и формирования центробежной отливки. Сливные отверстия 14-16 в заливочном желобе 13 предназначены для разъединения подаваемого по каналу желоба потока металла на отдельные, заданные технологическим процессом, струи и подачи их в определенные зоны плоскости формы 12. Футеровка 6 может быть изготовлена из материалов, используемых в литейном деле для производства форм, например из песчано-глинистых смесей, керамических огнеупорных масс, различных металлов и сплавов, причем она может быть цельной или состоять из отдельных элементов, например из стержневых вставок. Заливочный желоб 13 в рабочем положении ориентирован относительно продольного профиля внутренней рабочей поверхности полости формы 12 таким образом, что сливные отверстия 14-16 расположены против соответствующих выступов.7-9 футеровки 6, а именно сливному отверстию 14 соответствует выступ 7, сливному отверстию 15 - выступ 8 и сливному отверстию 16выступ 9. Оптимальным является вариант, когда длины сливных отверстий равны длинам соответствующих выступов футеровки, т.е. когда длина 17 сливного отверстия 14 равна длине 18 выступа 7, длина 19 сливного отверстия 15длине 20 выступа 8 и длина 21 сливного отверстия 16 - длине 22 выступа 9. Однако при истечении металла через сливные отверстия отдельные струи металла по длине геометричес не равны соответствующим длинам слных отверстий, вследствие образования факелов под влиянием различных возмущающих воздействий, имеющих место в реальных условиях, таких к трение жидкого металла о стенки жеба, шероховатость, неоднородность поверхности канала желоба, вибраци желоба при работающей центробежной установке, завихрений струй металла под воздействием вращающихся газов в полости формы, величины размеров центробежной формы, угла наклона желоба, рода, температуры и скорости потоков, металла,и т.д. По этой причине длины одних и тех же падающих струй металла, истекающих из одних и тех же сливных отверсг;тий, в месте падения (в месте

соприкосновения с поверхностью кольцеобразных выступов футеровки) значительно превышают длины сливных отверстий, т.е. накрываемые падающими струями зоны поверхностей выступов футеровкии по длине существенно превышают геометрическую длину соответствующих сливных отверстий.. Для практических условий является целесообразным выполнять сливные отверстия по длине меньшими, чем длины соответствующих кольцеобразных выступов футеровки, при этом допусти1иыми являются соотношения, когда длины сливных отверстий заливочного желоба равны 0,6-1,0 длины соответствующих кольцеобразных выступов футеровки центробежной формы, например, длина 17 сливного отверстия

14 равна 0,6-1,0 длины 18 кольцеобразного выступа 7, длина 19 сливного отверстия 15 - 0,6-1,0 длины 20 кольцеобразного выступа 8 и длина 21 сливного отверстия 16 - 0,6-1,0 длины 22 кольцеобразного выступа 9 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

После изготовления футеровки 6 например путем простановки в изложницу 2 заранее подготовленных песчаных стержневых или металлических вставок или путем засыпки формовочной смеси с« последующей накаткой необходимого профиля рабочей поверхности, закрепляют крышку в посадочном гнезде переднего торца корпуса изложницы 2 (механизм крепления на чертежах не показан), вводят через центровые отверстия 5 и 3 в полость формы 12 заливочный желоб 13, фиксируют его относительно продольного профиля футеровки 6 таким образом, что сливные отверстия 14-16 расположены соответственно против выступов 7-9, закрепляют жестко заливочный желоб 13, приводят центробежную форму 1 во вращение с заданной угловой скоростью и осуществляют заливку, при этом жидкий металл 23 по продольному каналу 24 желоба 13 поступает к сливным отверстиям 14-16 и истекает в полость формы 12 в виде отдельных изолированных друг от друга струй 25-27 (фиг. 1 и 2).

При попадании струй25-27 на по0верхности выступов 7-9 футеровки 6 жидкий металл в виде отдельных потоков направляется в сторону кольцеобразных каналов и заполняет их, а именно поток 28 металла от падаю5щей струи 25 и поток 29 от падающей струи направляются к кольцеобразному каналу 10 и заполняют его, поток 30 от падающей струи 26 и поток 31 от падающей струи 27 устремляются к кольцеобразному каналу 11

0 и заполняют его. Поступившие и накопившиеся в кольцеобразных каналах 10,11 массы жидкого металла 32, 33 имеют пониженную температуру по (сравнению с температурой ме5 i талла падающих струй 25-27) в силу того, что одна часть теплоты поглощается и аккумулируется материалом футеровки 6 в области кольцеобразных выступов 7-9, другая часть теп0лоты теряется вследствие отдачи в воздушную среду полости формы 12 по пути течения жидкого металла по поверхности формы, так что в полости каналов 10, 11 массы жидкого метал5ла 32, 33 поступают в значительной степени уже переохлажденными.

Дальнейший процесс заливки осуществляют до момента получения заданшлх размеров центробежной отливки в жидком состоянии металла (фиг.З)

0 путем, например дозированной подачи расплава по массе, объему или с помощью других .контролирующих устройств.

Предлагаемая центробежная горизон5тальная установка осуществляет оптимальный (управляемый, регулируемый в заданном режиме) процесс подачи и распределения жидкого металла в полости формы в течение всего пе0риода производства згшивки, а в известных установках процесс распределения металла по поверхности профильной формы нерегулируемый, неупорядоченный.

5

Поскольку наиболее массивные части футеровки 6 в областях кольцеобразных выступов 7-9 подвергаются воздействию наибольших масс жидкого металла падающих струй 25-27 и наибо0лее разогретого металла, то при этом имеет место повышенная отдача теплоты жидким металлом этим участкам футеровки, по сравнению с участками футеровки в зонах кольцеобразных каналов 10, 11, так как эти участ5ки соприкасаются с переохлажденными массами металла 32,33. Процесс кристаллизации металла отливки в полости формы 12 протекает в следукадей последовательности. В первоначальный период происходит затвердевание внешних слоев 34,35 металла отливки, находящихся непосре ственно в .полостях кольцеобразных каналов и соприкасающихся с поверхностью футеровки 6 в зоне каналов, благодаря наличию наиболее переохлаж денных в этих местах масс металла и наиболее холодных слоев футеровки вследствие этого в этих местах имеют место наиболее интенсивные процессы охлаждения слоев 34, 35 металлы из-за наиболее ускоренного поглощения теплоты холодными слоями футеровки (фиг, 3). В последукадий . период кристаллизсщии металла отливки (на промежуточной стадии) фронт зойг.вердевшего слоя 36 распространяет сяна-вею длину внутренней рабочей полости центробежной формы 12 (грани цу 37 раздела между затвердевшим 36 и жидк-им 38 слоями металла изображена двумя продольными горизонтал ными волнистыми линиями {tia фиг. 4) Отличительной чертой, предлагаемой центробежной горизонтальной уст новки (по сравлению с известными)является то, что она обеспечивает кри таллизацию металла отливки без обра вания усадочных кольцевых раковин со стороны внутренней цилиндрическо поверхности, как в массивных узлах (в полостях кольцеобразных каналов) так и в местах падения струй, истек щих из сливных отверстий заливочного желоба. Происходит это по следующей причине. Несмотря на тот факт,,что мас сивные узлы отливки, расположенные против кольцеобразных выступов футе ровки 6 (изображены в виде трех малых окрухсностей 30, 40, 41, вписанных в местные сечения стенки отливки) меньше, чем массивные узлы отлив ки, расположенные против кольцеобраз ных каналов (изображены в виде двух больших окружностей 42, 43, вписанных в местные сечения стенки отливки), процесс кристаллизации металла как в малых 39-41, так и в больших 42,43 массивных узлах отливки проте кает практически одновременно (фиг,4 Обусловлено это тем, что в больших узлах 42,43 скапливаются наиболее переохлажденные массы металла и футеровка в местах кольцеобразных каналов 10,11 Нс1именее разогрета пото ками металла при заливке, а в малых узлах 39-41 скапливаются наиболее разогретые массы металла и футеровка в местах кольцеобразных выступов 7-9 наиболее разогрета падающими струями 25-27 металла в процессе заливки и благодаря этому температу ое поле по всей толщине стенки тливки как в продольных, так и в оперечных сечениях усредняется ыравнивается. В дальнейшем процессе кристаллизации происходит наращение толщины слоя 36 затвердевшего металла за счет подпитки металлом из жидкого слоя 38. После окончания кристаллизации отливки внутренняя свободная цилиндрическая поверхность получается без кольцеобразных раковин, благодаря чему является возможным существенно уменьшить технологические припуски на механическую обработку резанием, следовательно, уменьшить отходы металла в стружку со стороны внутренней цилиндрической поверхности. Поскольку кольцеобразные выступы 7-9, составляющие наиболее массивные участки футеровки 6, подвержены наибольшему тепловому нагреву в результате непосредственного воздействия потоков падающих : струй 25-27 расплава, имеющего повышенную температуру, а кольцеобразные каналы 10,11 составляющие наименее массивные участки футеровки 6, подвержены меньшему .тепловому нагреву в связи с тем, что в эти места расплав поступает в значительной мере переохлажденный, то температурный режим футеровки выравнивается, усредняется, благодаря чему создаются благоприятные условия эксплуатации деталей (оснастки формы/, в особенности в том случае, когда в качестве футеровки б применяются металлические вставки, так как при этом в них возникают меньшие напряжения, следовательно, меньшее коробление и меньшая скорость возникновения и развития тепловых трещин, что способствует существенному увеличению долговечности (стойкости) . изобретения 1. Центробежная горизонтальная установка, содержащая центробегкную форму с изложницей, крышкой и футеровкой с кольцеобразными выступами и каналами на внутренней рабочей поверхности и введенный в полость. центробежной формы сквозь центровое отверстие заливочный желоб, от ли чающая ся тем, что, с целью обеспечения оптимального режима регулирования подачи и распределения жидкого металла в полости формы в процессе заливки путем выравнивания температуры металла по всему сечению стенок отливки, заливочный желоб снабжен системой сливных отверстий, по количеству соответствуквдих количеству кольцеоб