Способ изготовления железоалюминиевых отливок и устройство для его осуществления

 

Использование: в литейном производстве, при изготовлении железо-алюминиевых отливок, преимущественно тормозных барабанов. Способ включает размещение на стержне в рабочей полости формы вкладыша из сплава на основе железа, нагрев его и заливку перегретого расплава на основе алюминия, причем на участки рабочей полости, формирующие торцевые поверхности отливки, наносят слой краски, в 2 - 3 раза превышающий толщину слоя краски на участках, формирующих боковые поверхности отливки, используют нагретый до 180 - 220^oС вкладыш в виде кольца с буртом, расплав заливают при 835 - 865^oС в течение 7 - 10 с. в устройство, наклоненное под углом 5 - 10^o к горизонту. Устройство содержит две полуформы, стержень с размещенным на нем вкладышем и центральную литниковую систему, контактирующие с вкладышем толкатели, размещенные в верхней полуформе, и конические штыри, установленные в нижней полуформе с возможностью перемещения, при этом вкладыш снабжен буртом, а стержень выполнен в виде ступенчатого болвана с первой ступенью цилиндрической формы наибольшего диаметра, второй - конической, и третьей - цилиндрической наименьшего диаметра, сопряженной со второй ступенью запирающей площадкой, контактирующей с буртом вкладыша, причем высота первой ступени составляет 0,1 - 0,2, высота третьей ступени 0,05 - 0,1 общей высоты вкладыша, а внутренний диаметр бурта вкладыша равен 0,990 - 0,985 от наибольшего диаметра запирающей площадки. Экономический эффект достигается за счет отказа от дорогостоящего оборудования. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к методам литья железо-алюминиевых отливок, преимущественно тормозных барабанов.

Известен способ изготовления железо-алюминиевых отливок, включающий размещение на стержне в рабочей полости формы вкладыша из сплава на основе железа, нагрев его и заливку в рабочую полость перегретого расплава на основе алюминия [1] Известно и устройство для изготовления биметаллических и армированных отливок, содержащее две полуформы, стержень с размещенным на нем вкладышем и центральную литниковую систему [2] Указанные технические решения не позволяют получить отливки тормозных барабанов высокого качества и с низкой себестоимостью.

Цель изобретения расширение технологических возможностей.

На чертеже представлена схема устройства, подготовленного к заливке.

Устройство включает верхнюю 1 и нижнюю 2 полуформы. В верхней полуформе выполнен стержень-болван с рядом ступеней: первой цилиндрической формы 3, имеющей наибольший диаметр, второй конической формы 4 и третьей цилиндрической формы 5, имеющей наименьший диаметр. Вторая и третья ступени сопряжены запирающей площадкой 6. В верхней полуформе размещены толкатели 7, взаимодействующие с ограничителями 8 и вкладышем 9, снабженным буртом 10. Внутри стержня выполнен стояк 11. В нижней полуформе размещены центральный толкатель 12 и расположенные по периферии конические штыри 13 с ограничителями хода 14, позволяющими им смещаться на величину А. Конические штыри в собранном устройстве контактируют со вставкой-вкладышем 9 со стороны бурта 10. Торцевые поверхности обозначены позицией 15, а боковые 16.

Способ реализуется следующим образом.

Полуформы разогревают до 200-210^оС, устройство раскрывают и окрашивают из пульверизатора, при этом толщина слоя краски на торцевых поверхностях 15 в 2-3 раза превышает толщину слоя краски на боковых поверхностях 16. Полуформы (кокиль) нагревают до 340-350^оС. На болван одевают вкладыш 9, нагретый до 180-220^оС, при этом добиваются плотного прилегания бурта к запирающей площадке 6. Вкладыш удерживают фиксатором (не показан). Полуформы спаривают, устройство переводят в наклоненное под углом 5-10^о к горизонту положение, в рабочую полость заливают расплав. Усаживаясь, отливка отходит от боковых поверхностей нижней полуформы и обжимает препятствующие усадке вкладыш 9 и конические штыри 13. При достижении отливкой температуры ниже 400^оС полуформы раскрывают, при этом отливка остается в верхней полуформе. Отливку охлаждают до 350-370^оС и с помощью толкателей 7 снимают со стержня.

Устройство работает следующим образом.

Соблюдается упомянутая выше последовательность технологических операций. В случае затруднения извлечения отливки из нижней полуформы используют центральный толкатель 12, для улучшения условий заливки на стояк надевают съемную воронку (не показана). Рабочую температуру полуформ поддерживают за счет темпа работы 8-9 заливок в 1 ч и естественно теплоотвода.

Большая (в 2-3 раза) толщина слоя краски на торцевых поверхностях рабочей полости позволяет получить направленную кристаллизацию в отливке, что предотвращает появление усадочных дефектов в тепловых узлах. Кроме того, слоя краски в стояке в 5 и более раз должен превышать минимальную. Уменьшение соотношения толщин слоя краски в рабочей полости приводит к появлению усадочных дефектов, а увеличение к неоправданному увеличению времени охлаждения отливки, возрастанию уровня остаточных напряжений и затруднению съема отливки со стержня.

Нагрев вкладыша ниже 180^оС приводит к газовым раковинам на поверхности контакта вкладыша с алюминиевым сплавом, при нагреве свыше 220^оС возникает увеличенный зазор между вкладышем и первой ступенью стержня, что формирует разностенность и дебаланс.

Снижение температуры расплава ниже 835^оС, как и увеличение времени заливки более 10 с, вызывает дефекты, обусловленные низкой жидкотекучестью. Увеличение температуры расплава свыше 865^оС снижает стойкость кокиля, приводит к подливам металла. При сокращении времени заливки менее 7 с возрастает скорость заливки, в результате в расплав затягиваются воздушные пузыри и возникают поверхностные раковины, возможны и усадочные дефекты из-за сокращения времени питания.

При наклоне устройства к горизонту менее 5о на верхнем торце отливки появляются поверхностные раковины, наклон более 10о затрудняет заливку и ухудшает питание отливки из стояка.

Выполнение вкладыша с буртом и стержня ступенчатым позволяет существенно уменьшить усилие снятия отливки со стержня, поскольку контакт отливки со стержнем осуществляется только по первой и третьей ступеням. Вторая ступень имеет зазор с вкладышем и выполняет также направляющую функцию.

Вкладыш по отношению к первой ступени имеет гарантированный натяг, что обеспечивает его точное позиционирование. Примыкание вкладыша к запирающей площадке 6 предотвращает подлив металла в конический зазор. При этом важно иметь гарантированное перекрытие, которое обеспечивается соотношением внутреннего диаметра бурта и наружного запирающей площадки. Увеличение внутреннего диаметра бурта более 0,990 повышает риск подлива, уменьшение усложняет механическую обработку вкладыша и изделия в целом, увеличивает массу металла, уходящего в стружку. Увеличение высоты первой ступени стержня усложняет съем отливки, приводя к резкому росту усилия съема. Уменьшение высоты вызывает повышенный износ стержня, что снижает точность позиционирования вкладыша. Высота третьей ступени, равна высоте бурта, обусловлена конструктивными и технологическими соображениями. При уменьшении высоты третьей ступени происходят поломки бурта при надевании вкладыша, при увеличении возрастает залив металла в зазор между буртом и боковой поверхностью третьей ступени, что усложняет съем отливки.

Контактирование вкладыша с толкателями в верхней полуформе предотвращает глубокие вмятины на отливке при съеме, а с коническими штырями в нижней полуформе обеспечивает прижатие бурта вкладыша к запорной поверхности. Осевое перемещение конических штырей улучшает условия извлечения отливки из нижней полуформы.

По сравнению с традиционным литьем в кокиль способ в сочетании с устройством расширяет технологические возможности, что достигается заявленными технологическими параметрами и особенностями конструкции.

По сравнению с литьем под давлением появляется возможность повысить качество отливок за счет облегчения съема со стержня и управления процессом кристаллизации, снижаются капитальные затраты, что снижает себестоимость изделия. Повышение производительности в данном случае возможно за счет применения устройства на многопозиционных установках.

Формула изобретения

1. Способ изготовления железоалюминиевых отливок преимущественно тормозных барабанов, включающий размещение на стержне в рабочей полости формы вкладыша из сплава на основе железа, нагрев его и заливку в рабочую полость перегретого расплава на основе алюминия, отличающийся тем, что на участки рабочей полости формы, формирующие торцевые поверхности отливки, наносят слой краски, в 2 - 3 раза превышающий толщину слоя краски на участках, формирующих боковые поверхности отливки, вкладыш используют в виде кольца с буртом, нагретым до 180 - 220^oС, расплав заливают при 835 - 865^oС в течение 7 - 10 с в устройство, наклоненное под углом 5 - 10^o к горизонту.

2. Устройство для изготовления железо-алюминиевых отливок преимущественно тормозных барабанов, содержащее две полуформы, стержень с размещенным на нем вкладышем и центральную литниковую систему, отличающееся тем, что оно снабжено контактирующими с вкладышем толкателями, размещенными в верхней полуформе, и коническими штырями, установленными в нижней полуформе с возможностью перемещения, вкладыш снабжен буртом, а стержень выполнен в виде ступенчатого болвана с первой ступенью цилиндрической формы наибольшего диаметра, второй ступенью - конической и третьей ступенью - цилиндрической наименьшего диаметра, сопряженной с второй ступенью запирающей площадкой, контактирующей с буртом вкладыша, причем высота первой ступени составляет 0,1 - 0,2, высота третьей ступени 0,05 - 0,1 общей высоты вкладыша, а внутренний диаметр бурта вкладыша равен 0,990 - 0,985 наибольшего диаметра запирающей площадки.

РИСУНКИ

Рисунок 1