Способ получения тонкостенных отливок направленной кристаллизацией

 

Использование, получение отливок ячеистых коллиматоров с толщиной стенок 0,42 ,5 мм Цель - повышение качества отливок Сущность изобретения: способ включает нагрев литейной формы до температуры, превышающей температуру затвердевания сплава, заливку жидкого сплава и последующее охлаждение литейной формы в жидком охладителе с направленным затвердеванием При этом перед заливкой сплава литейную форму предварительно заполняют жидким теплоносителем с температурой , равной температуре кристаллизации заливаемого сплава, и плотностью меньшей плотности заливаемого сплава 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 22 D 27/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4709328/02 (22) 23,06.89 (46) 30.06.92, Бюл, М 24 (71) Специальное конструкторское бюро диагностической аппаратуры (72) Ю.П,Кульков и И.И.Брусиловский (53) 621.746,58(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 977108, кл. В 22 0 27/20, 1980. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ TOHKOCTEHH bl X ОТЛ И В О К НАП РАВЛ Е Н НО Й КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ (57) Использование: получение отливок ячеистых коллиматоров с толщиной стенок 0,4-Изобрет,".ние относится к технологии изготовления фасонных отливок, преимущественно сверхтонкостенных с большим количеством отверстий и каналов, может найти применение в различных областях техники, например, в медицинском приборостроении в производстве коллиматоров радиологической аппаратуры.

Известны способы изготовления отливок в формах как в металлических. так и в керамических (оболочковых) формах.

Сущность состоит в заполнении жидким металлом под действием гравитационных сил металлических и керамических форм, Процесс изготовления сводится к нагреву форм или прокалке их, заливке форм расплавом, охлаждению на воздухе и извлечению отливки. Этим способом затруднительно получать тон косте н н ые отливки, а если в некоторых случаях получают, то с толщиной стенок не менее 2 — 6 мм и ограниченной протяженности; как правило. такие отливки считаются нетехнологичными.

Я2 1743684 А1

2,5 мм, Цель — повышение качества отливок.

Сущность изобретения: способ включает нагрев литейной формы до температуры, превышающей те.лпературу затвердевания сплава, заливку жидкого сплава и последующее охлаждение литейной формы в жидком охладителе с направленным затвердеванием, При этом перед заливкой сплава литейную форму предварительно заполняют жидким теплоносителем с температурой, равной температуре кристаллизации заливаемого сплава, и. плотностью. меньшей плотности заливаемого сплава.

3 ил.

В этих случаях возникает брак отливок из-за недоливов, неспаев, негерметичности.

Для получения тонкостенных отливок требуется повышенная температура нагрева формы и перегрева расплава, что приводит к дополнитегьному браку отливок (пористость, увеличенная усадка). Сравнительно медленное остывание отливок Bblзывает появление неоднородности, повышенной пористости. Кроме того, для получения "здоровых" отливок необходима обширная литниковая система, требующая увеличения расхода металла, Имеющий место неравномерный прогрев формы вызывает образование трещин в отливках.

Кроме того, к конструкции отливок предъявляются особые. требования, невыполнение которых снижает технологичность литья, например: ограниченная разностенность отливок; ограниченная глубина отверстий (меньше 2 — 3 0); ограниченное соотношение толщин стенок отливки к средним размерам дл.".Ны и высоты (не более

1743684

0,5 ); ограниченная номенклатура отливок из-за ухудшения шероховатости поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления отливок направленным затвердеванием, Сущность его заключается в нагреве наружной части керамической оболочковой формы легкоплавким расплавом, заполнении ее металлом с последующим остыванием в охлажденном расплаве, Расплав находится в полости между нагревателем и формой, которую размещают в тигле перед заливкой в него легкоплавкого расплава. В последнем форму нагревают до температуры, превышающей температуру кристаллизации металла отливки, а после заливки формы металлом осуществляют охлаждение путем вытеснения горячего легкоплавкого сплава таким же по составу сплавом, имеющим температуру ниже температуры кристаллизации металла отливки, подаваемого в нижнюю часть тигля, что создает смывание им формы с металлом и охлаждение, и этим обеспечивается направленное затвердевание отливки, вытесненный же- горячий легкоплавкий расплав переливается в другую емкость.

Недостатками данного способа является следующее: устройство для реализации этого способа громоздкое и сложное, требует надежной герметичности и создания принудительного давления, отсюда повышенные капзатраты; поскольку нагрев формы осуществляется только снаружи, внутренняя (т.е, рабочая) часть формы прогревается недостаточно, что затрудняет получение тонкостенных отливок (д=1 мм) с большим количеством отверстий и каналов большой протяженности, возможен пригар металла отливки к стенкам формы, что ухудшает шероховатость поверхности отливки и затрудняет извлечение ее из формы, при заливке расплава в форму возможны попадания инородных частиц, что увеличивает брак отливок по неметаллическим включениям; не обеспечивается защита металла от окисления при разливке, что ухудшает качество отливок; излишние потери металла на прибыльную часть и литниковую систему: быстрое образование корки на зеркале металла отливки, что способствует увеличенному расходу металла за счет усадочной раковины.

Цель изобретения — повышение качества и расширение технологических возможностей способа изготовления отливок, Поставленная цель достигается тем; что согласно способу получения тонкостенных отливок направленной кристаллизацией, 10

55 преимущественно отливок ячеистых коллиматоров с толщиной стенок 0,4 — 2,5 мм, включающему нагрев литейной формы до температуры, превышающей температуру затвердевания сплава, заливку жидкого сплава в литейную форму и последующее ее охлаждение в жидком охладителе с направленным затвердеванием, перед заливкой жидкого сплава в литейную форму последнюю заполняют жидким теплоносителем с" температурой, равной температуре кристаллизации заливаемого сплава, и плотностью, меньшей, чем плотность заливаемого сплава.

При использовании предложенного способа нагретый теплоноситель поддерживает при заливке расплавом температуру внутренних полостей формы постоянной, создавая этим благоприятные условия для заполнения металлом труднодоступных мест формы; теплоноситель, играя роль смазки, предохраняет стенки формы от пригара расплавом; слой теплоносителя, покрывающий зеркало металла отливки, предохраняет его от окисления, кроме того, замедляет остывание верхнего слоя отливки, играя роль теплоизолятора; регулируемое заполнение емкости, в которой находится форма с металлом, охлажденным теплоносителем, создает эффект направленного затвердевания.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа; на фиг, 2 — схема изготовления отливок коллиматоров; на фиг, 3— литейная форма.

Устройство содержит (фиг. 1) плавильный агрегат 1, емкости 2 с литейной формой

3 для заливки теплоносителя, нагревательное устройство 4 для нагрева теплоносителя, емкость 5 для охлаждения теплоносителя.

Способ осуществляют следующим образом.

В плавильном агрегате 1 плавят металл отливки, одновременно нагревают литейную форму 3 и нагревают теплоноситель в нагревательном устройстве 4 до требуемой температуры. Нагретую форму 3 помещают в емкость 2. и в первую очередь заливают наг етый теплоноситель из устройства 4, после заполнения формы теплоносителем заливают через его слой расплавленный металл, который, вытесняя теплоноситель, заполняет форму, а вытесненный в емкость 2 теплоноситель сливают. Зеркало металла в форме до затвердевания должно быть покрыто теплоносителем. Затем в емкость 2 заливают охлажденный теплоноситель (охладитель) из емкости 5, который омывает форму с расплавленным металлом, охлаж1743684

50

55 дает ее и по мере заполнения емкости 2 охладителем способствует таким образом направленному затвердеванию отливки в форме снизу вверх.

Для изготовления отливок коллимато.ров с толщиной стенок 0,4 мм (фиг, 2) указанным способом применялся сплав следующего состава, : свинец 45, висмут

45, олово 10, B качестве теплоносителя применялся глицерин, охладителя — вода.

Литейная форма (фиг. 3) содержит разьемный корпус 1, изготовленный из алюминиевого сплава (Д16), 2 стальные матрицы 2 и 3 с отверстиями для стержней 4.

Сплав нагревали до 130 +.10 С, форму и теплоноситель — до 120 10 С.

Литейную форму с тонкими стенками (малогабаритную) нагревали в теплоносителе и заливали металл в этот же теплоноситель, затем охлаждали в воде, Отливки изготовлены качественные плотные, поверхность металла блестящая с шероховатостью поверхности Rz40 — Rz20 и выше, Наружные и внутренние поверхности механически не обрабатывались.

Механической обработке подвергались только торцы отливок, т,е. припуски по нижнему торцу 1 — 2 мм, по верхнему 8 — 10, которые одновременно являются прибыльной частью отливки. В литниковой системе не было необходимости, следовательно. в целом, расход металла минимальный.

После затвердевания отливки охладитель сливают, вынимают форму 3 и извлекают из нее отливку, Процесс поддается механизации, Процесс изготовления отливок с толщиной стенок 0,4 мм требует наибольшей тщательности и скрупулезности при слежении за значением температур, Процессы изготовления отливки коллиматоров с другими толщинами стенок по сути не отличаются от изложенного за исключением нагрева форм, Нагрев может производиться либо в отдельных нагревательных устройствах, либо в самом нагретом теплоносителе, что зависит от габарита и конструкции коллиматоров.

В способе созданы благоприятные условия для заполнения металлом формы, состоящие в том, что заливаемый металл защищен от окисления воздухом, так как заливка производится через слой теплоносителя, металл отливки не соприкасается со стенками формы, так как они смазаны теплоносителем, и грубые поверхности внутренних частей формы сглажены, одинаковый прогрев всех частей формы теплоносителем и поддержание их. теплоносителя

40 и заливаемого металла при постоянной и одинаковой температуре. этим создаются условия для беспрепятственного проникновения металла в труднопроходимые при обычной заливке места формы и дает возможность получения тонкостенных отливок с хорошей плотностью.

Снижается расход металла за счет ликвидации литниковой системы, Верхнюю часть формы можно делать открытой в зависимости от конструкции отливки, зеркало металла отливки постоянно закрыто слоем теплоносителя, который играет роль теплоизоляции и препятствует образованию корки в верхней части отливки, усадочная раковина не образовывалась.

Заливаемый металл, проходя через слой теплоносителя, дополнительно очищается от газовых пузырьков и засоров, создавая этим условия для получения плотной отливки, что особенно важно для коллиматоров (деталей радиологической аппаратуры), Использование предлагаемого способа позволит получить отливки сложной конфигурации со сверхтонкими стенками большой протяженности и большим количеством отверстий (каналов) и расширить номенклатуру отливок как по тонкостенности, так и по глубине и количеству получаемых каналов и отверстий; даст возможность получать отливки беэ литейных уклонов за счет применения безусадочных сплавов; снизить трудоемкость механической обработки за счет уменьшения припусков на мехобработку или без обработки за счет повышения чистоты поверхности; обойтись без специальной литниковой системы и таким образом уменьшить расход металла; обойтись беэ спецоборудования для принудительного заполнения формы металлом, применяемого для получения тонкостенных отливок; увеличить долговечность форм за счет гарниссажа, создаваемого теплоносителем в форме; снизить вес форм за счет уменьшения толщин их стенок: повысить служебные свойства отливки за счет увеличения плотности и герметичности, например отливок из свинцовых сплавов. что увеличивает степень поглощения гамма-излучения коллиматорами, применяемыми в приборах радиологической аппаратуры

Формула изобретения

Способ получения тонкостенных отливок направленной кристаллизацией, преимущественно отливок ячеистых коллиматоров с толщиной стенок 0,4-2,5 мм. включающий нагрев литейной формы до температуры. превышающей температуру

1743684 затвердевания сплава, заливку жидкого сплава в литейную форму и последующее ее охлаждение в жидком охладителе с направленным затвердеванием, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества отливок, перед заливкой жидкого сплава в литейную форму последнюю заполняют жидким теплоносителем с температурой, равной температуре кристаллизации заливаемого сплава, и плотностью мень5 шей, чем плотность заливаемого сплава, 1743684

Составитель Т.Королева

Редактор А,Долинич Техред М.Моргентал Корректор H,Ðåâñêàÿ

Заказ 2148 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101