Заливочное устройство для центробежнолитейных машин Советский патент 1981 года по МПК B22D13/02 

(54) ЗАЛИВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЛИТЕЙНЫХ МАШИН Изобретение относится к литейному производству, в частности к оборудованию и оснастке для центробежного литья. Распределение жидкого металла по диаметру и длине центробежной формы в процессе заливки с помощью заливочных устройств (желобов) представляет сложную техническую задачу, так как при этом необходитио подавать металл без разбрызгивания струи (особенно в пёрвбнЭТ Льныи период заливки) с тем, чтобы избежать образования дефектов на внешней поверхности отливки и обеспечить равномерную подачу струи металла по всей длине формы с тем, чтобы избежать усадочных дефектов со стороны внутренлей поверхности отливки и с целью обеспечения равномерного разогрева формы, и следовательно, повышения долговечности оснастки, оборудования. Известны заливочные устройства для горизонтальных центробежных машин, обеспечивающие благоприятные условия заливки в местах падения струй металла на поверхность формы 11. Недостатками этих устройств являются отсутствие регулирования перемещения падающих струй жидкого металла по всей длине формы, в результате чего в отливках со стороны внутренней цилиндрической поверхности в местах падения струй образуются дефекты в виде кольцевых раковин и пористости, повышенный местный разогрев центробежной формы и отливки, в силу чего уменьшается срок службы оснастки и оборудования, а в отливке возникает возможность образования трещин и деформации из-за неравномерного разогрева, вызывающего повышенные внутренние напряжения. Кроме того, в данно.м устройстве велика сложность приводного оборудования и условий эксплуатации, так как заливочные устройства вращаются с большой угловой скоростью, требуют постоянной статической и динамической балансировки вращающихся масс с целью обеспечения безопасных условий работы. Известно заливочное устройство с применением винтообразного желоба, обеспечивающего перемещение струи металла вдоль формы при вращении желоба 2. Недостаток такого решения - необходимость сложного приводного поворотного механизма, трудность регулирования истечения падающей струи, ограниченное применение (только для тонкостенных труб).

Известно также заливочное устройство для центробежных машин, содержащее приемную воронку, желоб со сливным продольным отверстием в дне 3.

Недостаток известного устройства - отсутствие плавной подачи падающей струи расплава по диаметру формы в первоначальный момент заливки, при этом имеет место разбрызгивание металла по поверхности формы, повышенный гидроудар падающей струи металла, разрущающего футеровку по месту падения струи, в результате чего металл отливки засоряется разрущенными частицами футеровки, а на внещней поверхности атливки возникает возможность образования таких литейных дефектов, как корольки, спаи, засоры.

Известно неподвижное в процессе заливки металла заливочное устройство для горизонтальной центробежной формы, включающее заливочную воронку, чашу с желобом, заливочная часть которого в дне стенки снабжена системой сливных отверстий, разобщенных друг от друга и расположенных вдоль полости формы по всей длине 4.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство, содержащее воронку и неподвижный желоб с системой отверстий и патрубками - удлинителями отверстий 5.

Недостатки этих устройств заключаются в том, что они не дают возможности в процессе заливки обеспечить истечение струй расплава на рабочую поверхность формы с меньшим гидроударом и с меньшим образованием брызг металла и регулирования подачи истекающих струй расплава по длине формы, в результате чего на внешней поверхности отливки образуются такие литейные дефекты, как корольки, спаи, засоры; на внутренней поверхности отливки - кольцевые раковины, пористость, засоры, повышенные внутренние термические напряжения отливки и центробежной формы из-за неравномерности нагрева, вызванного тем, что истекающие струи расплава поступают в одни и те же места.

Цель изобретения - уменьщение гидроудара и брызг при истечении струи расплава из желоба и регулирования подачи расплава по длине формы.

Поставленная цель достигается тем, что заливочное устройство, содержащее приемную воронку и неподвижный желоб с системой отверстий и патрубками - удлинителями отверстий, снабжено штоком и отводными желобами с приемными воронками, закрепленными на патрубках - удлинителях с возможностью поворота, причем консоли отводных желобов шарнирно соединены тягами между собой и со штоком, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения.

На фиг. 1 изображено заливочное устройство для центробежнолитейных машин, вид сверху; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - центробежная горизонтальная форма совместно с заливочным устройством на промежуточной стадии заливки, продольно-горизонтальный разрез; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 4.

Заливочное устройство для центробежнолитейных мащин состоит из воронки 1, неподвижного желоба 2 с системой сквозных отверстий 3 и 4 в дне 5, патрубков - удлинителей 6, отводных желобов 7 и 8, тяг 9 и 10 и штока 11.

Неподвижный желоб 2 с нижней стороны дна 5 (фиг. 3) снабжен патрубками 6, которые являются удлинителями сквозных отверстий 3 и 4, при этом на патрубках 6 закрепление возможностью поворота отводные желоба 7 и 8, так, что приемные воронки 12 желобов 7 и 8 расположены под отверстиями 3 и 4.

Консоли отводных желобов 7 и 8 с помощью шарнирных соединений 13 и 14 закреплены между собой тягой 9, а со штоком II соединены тягой 10 и шарнирами 14 и 15.

Шток 11 закреплен в направляющей 16 с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения.

В качестве примера на фигурах коливество компонентов - элементов устройства ограничено небольшим числом, например, двумя сквозными отверстиями 3 и 4, двумя отводными желобами 7 и 8 и т. д.

В зависимости от производственной необходимости заливочным устройством может быть снабжена каждая в отдельности центробежная горизонтальная машина.

Заливочное устройство может быть установлено на маневровой передвижной самоходной установке и обслуживать определенный парк центробежных машин. Выбор того или иного варианта устанавливается исходя из конкретных производственных условий: масштабов производства (серийности, числа и производительности центробежных машин, наличия производственных площадей и др. факторов).

При монтаже заливочного устройства на платформах передвижных самоходных установок или на стационарных механизмах, обслуживающих индивидуально каждую мащину, необходимо предусматривать возможность передвижения платформы совместно с заливочным устройством как по высоте, так и в горизонтальной плоскости, благодаря чему обеспечивается необходимая оперативная подрегулировка, поднастройка заливочного устройства в процессе работы. Заливочное устройство работает следующим образом. В центробежную форму (фиг. 4 и 5), состоящую из изложницы 17, крышки 18, через центровое отверстие 19 в крыщке 18 вводят заливочное устройство, причем для удобства ввода желоба 2 с отводными желобами 7 и 8 через центровое отверстие 19 в полость формы 20 щток 11 устанавливают в крайнее правое (или левое) положение, при этом отводные желоба 7 и 8 занимают относительно желоба 2 продольные (почти параллельные ему) положения или становятся под небольшими острыми углами. Затем с помощью приводного механизма, щтока 11, тяг 9 и 10 отводные желоба 7 и 8 фиксируют в таком положении, чтобы они были расположены к неподвижному желобу 2 примерно под прямыми углами (фиг. 4),причем своими консолями (или что то же самое, своими сливными торцами) отводные желоба 7 и 8 должны быть обращены к боковой стенке изложницы 17, которая при вращении движется сверху вниз (на фиг. 5 направление движения формы условно показано стрелкой 21, поэтому отводные желоба 7 и 8 своими сливными торцами направлены вправо). Если бы вращение формы происходило в противоположном (в обратном) указанному стрелкой 21 направлении, тогда отводные желобы 7 и 8 своими сливными торцами были бы обращены влево, так как в этом случае левая стенка изложницы 17 имела бы направление движения сверху вниз (на чертежах такой вариант не представлен). После настройки заливочного устройства приводят центробежную форму во вращение с заданной угловой скоростью и осуществляют процесс заливки путем подачи жидкого металла (расплава) 22 в воронку 1, который по каналу 23 и сквозным отверстиям 3 и 4 в неподвижом желобе 2 поступает в приемные воронки 12 и по каналам 24 и 25 и сливным торцам в отводных желобах 7 и 8 истекает струями 26 и 27 на внутреннюю рабочую поверхность изложницы 17, заполняя расплавом 22 полость формы 20, образуя тело отливки 28 (фиг. 4 и 5). После выхода расплава из отверстий 3 и 4 и по поступлении его в приемные воронки 12 с последующим протеканием по каналам 24 и 25 отводных желобов 7 и 8 потоки жидкого металла резко теряют скорость вследствие трения о стенки, так что при истекании со сливных торцов падающие струи 26 и 27 расплава обладают значительно пониженной кинетической энергией. Поскольку сливные торцы отводных желобов 7 и 8 вплотную подведены к стенке изложницы 17 (расстояния между сливными носками отводных желобов 7 и 8 и рабочей поверхностью изложницы 7 могут быть сколь угодно малы и, при необходимости, регулируемы), то углы oi и будут острыми и составляют небольшие градусные величины. Угол сообразован касательными 29 и 30, проведенными через точку 31, угол /3 - касательными 32 и 33, проведенными через точку 34, где 29 и 32 - касательные к окружности внутренней рабочей поверхности изложницы 17; 30 и 33 - касательные к верхней и нижней поверхностям падающих струй 26 и 27; точка 31 - верхняя граница соприкосновения падающих струй 26 и 27 с внутренней рабочей поверхностью изложницы 17; точка 34 - нижняя граница соприкосновения падающих струй 26 и 27 с внутренней рабочей поверхностью изложницы 17 и 35 - величина длины дуги между точками 31 и 34 по границе контакта падающих струй 26 и 27 с внутренней рабочей поверхностью изложницы 17 в первоначальный момент заливки. Также в силу того, что сливные торцы отводных желобов 7 и 8 близко подведены к стенке изложницы 17, высоты падения истекающих струй 26 и 27 уменьшаются в несколько раз (по сравнению с известными решениями, когда они используются без поворотных отводных желобов), благодаря чему в значительной мере гасится (уменьщается) гидроудар истекающих струй 26 и 27 расплава 22 при столкновении с рабочей поверхностью изложницы 17 и этим самым предотвращается разрушение (размывание) футеровки или теплоизоляционной краски и по этой причине исключается или в значительной степени уменьшается засорение металла отливки 28 неметаллическими включениями материала футеровки. Учитывая эти положительные факторы (уменьщение кинетической энергии, высоты падения, острые углы входа и отсутствие гидроударов истекающих струй расплава),, а также то, что направления движения истекающих струй расплава и изложницы (или, что то же самое, формы) по границе контакта 35 совпадают, предложенное устройство обеспечивает благоприятные условия осуществления процесса заливки центробежной формы без образования брызг, следовательно, без возникновения на внещних поверхностях отливок (т. е. на поверхностях, контактирующих с рабочими поверхностями футеровки), таких литейных дефектов, как корольки, спаи, засоры, ужимины и др. Предлагаемое заливочное устройство позволяет в процессе заливки подавать жидкий металл не в одни и те же места центробежной- формы, а распределять по всей длине формы путем непрерывного перемещения истекающих струй 26 и 27, для его достаточно сообщить щтоку 11 возвратно-поступательные колебательные перемещения на заданный ход и желоба 7 и 8, осредством воздействия тяг 9 и 10, будут овершать колебательные движения около

патрубков 6 (около отверстий 3 и 4) в определенных секторах (фиг. 4 и 5).

При перемещении штока 11 в крайнее правое положение (по стрелке 36) отводной желоб 7 станет в крайнее правое положене 37 и истекающая струя 26 сместится из исходного в крайнее правое положение 38, отводной желоб 8 станет в крайнее правое по ложение 39 и истекающая струя 27 сместится из исходного в крайнее правое положение 40. При перемещении штока 11 в крайнее левое положение (по стрелке 41) желоб 7 станет в крайнее левое положение 42 и истекающая струя 26 сместится влево в положение 43, желоб 8 станет в крайнее левое положение 44 и истекающая струя 27 сместится Б левое положение 45 (на фиг. 4 крайние левые и правые положения желобов 7 и 8 изображены короткими щтриховыми линиями).

За счет того, что предложенное заливочное устройство совершает непрерывное колебательное перемещение истекающих струй расплава по всей длине центробежной формы, достигаются следующие положительные эф фекты:

1.Обеспечивается равномерный нагрев формы (местный перегрев деталей формы исключается) в результате чего предотвращается возникновение повышенных внутренних термических напряжений и этим самым достигается увеличение срока службы металлической оснастки и оборудования.

2.Достигается выравнивание температуры металла центробежных отливок по всей и по этой причине исключается возможность возникновения значительных внутренних напряжений, следовательно, исключается возможность возникновения в стенках отливки горячих и холодных трещин в процессе кристаллизации металла и последующем охлаждении, что является возможным применять заливочное устройство для изготовления отливок ответственного назначения, например, из износостойких сплавов (сталей и чугунов), в значительной степени склонных к трещинообразованию.

3.Обеспечивается равномерная высококачественная подпитка кристаллизующегося металла отливки по всей длине в силу того, что наиболее горячие (подпитывающие) порции расплава поступают периодически со стороны внутренней свободной поверхности, создавая благоприятные условия для протекания направленной кристаллизации от внешних слоев металла, контактирующих с материалом формы, к внутренним слоям, со стороны свободной поверхности.

4.Отсутствие местных перегревов отливки предотвращает возникновение в атливке кольцевых раковин и пористости со стороны внутренней свободной поверхности, что дает возможность уменьшить расход металла на механическую обработку резанием и, этим самым,сэкономить металл, уменьшить трудозатраты на механическую

обработку, уменьщить расход металлорежущего инструмента, снизить себестоимость изготовления литых деталей.

5. Обеспечивается принудительная турбулизация (турбулентное перемешивание)

расплава по всей длине отливки истекающими струями жидкого расплава, перемещающимися по всей длине центробежной формы, что является эффективным средством повышения качества отливок (для достижения такой цели применяют специальные механические устройства), так как в результате интенсивного периодического турбулентного перемешивания истекающими (падающими) струями расплава отливки повышается однородность химического состава металла отливки как по толщине стенки, так и по всей длине, при этом разрушаются первичные кристаллы в первоначальный момент затвердевания, т. е. в значительной мере препятствуется их рост, количество кристаллов возрастает, происходит

своего рода модифицирующий эффект, конечный результат которого - измельчение структуры металла, улучшение его служебных свойств.

После окончания заливки работу устройства прекращают, шток 11 отводят в крайнее правое (или левое) положение и устройство удаляют из полости формы.

Наиболее целесообразным является применение заливочного устройства при производстве крупных отливок (по величине диаметра и длины) центробежным способом отливки.

Использование предложенного устройства позволит снизить отходы металла в стружку: со стороны внутренней свободной поверхности отливки на 40-60%; с внешней стороны, со стороны поверхности, контактирующей с материалом формы, на 50% и более, вплоть до исключения механической обработки. Кроме того, полностью ликвидировать брак отливок по таким дефектам, как корольки, спаи и усадочные кольцевые раковины.

Формула изобретения

Заливочное устройство для центробежнолитейных мащин, содержащее воронку и неподвижный желоб с системой отверстий и патрубками-удлинителями отверстий, отличающееся тем, что, с целью уменьшения гидроудара и брызг при истечении струи расплава из желоба и регулирования подачи расплава по длине формы, оно снабжено щтоком и отводными желобами с приемными воронками, закрепленными на патрубкахудлинителях с возможностью поворота, причем консоли отводных желобов шарнирно соединены тягами, между собой и со штоком, установленным с возможностью возвратнопоступательного перемещения. Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе t пллпг М- 1огл1о-7с 01 и о 10/ло 1. Патент ФРГ № 1301876, кл. 31 Ь 13/02,. 2. Юдин С. Б. и др. Центробежное литье. 5 М., «Машиностроение, 1972, с. 8.

т

гг

5 W

//

X

1Л

8

Фиг.1 3. Патент Германии № 486025, кл. 31 Ъ 13/10, 1929. - Липницкий А. М. Литье в металличес . Л., «Машиностроение, 1969, 5. Патент Германии № 642652, кл. 31 Ь, 13/06, 1937.

Фиг. 2

5 34

23

/J./4

%г.5

i8