Обогреваемая прибыль

 

Изобретение относится к линейному производству, в частности к конфигурации обогреваемых прибылей, применяемых для мелких и средних отливок из цветных сплавов и легированных сталей. Сущность изобретения: прибыль имеет сложную поверхность, ограничивающую по высоте отдельные полости, объемы которых соответствуют объему металла, необходимому для компенсации отливки при определенном металлостатическом напоре. Форма отдельных объемов может быть любой. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к конфигурации обогреваемых прибылей.

Эффективность работы прибылей зависит в основном от способности прибыли оставаться в жидком состоянии длительное время, а центральной части отливки обеспечивать свободное поступление жидкого металла к любой затвердевающей части отливки.

Оценка качества питания отливки определяется отношением действительного давления (силы весового давления) металла в прибыли P_p над питаемым узлом, на котором установлена прибыль, к давлению P_пит необходимому для обеспечения расхода сплава из прибыли, обеспечивающему полную компенсацию усадки затвердевающей отливки (стенок и узла питания).

Если при оценке процесса питания P_p/P_пит≥ 1, то выбранные теплосиловые параметры процесса формирования отливки обеспечивают ее качественное питание.

Создание минимального небольшого (0,01 0,03 МПА) избыточного давления P_p над узлом питания обеспечивает питание отливки. Температуру металла в прибыли в жидком состоянии возможно сохранить за счет применения тепла электрической дуги или индукционного нагрева, либо экзотермическим обогревом.

Известна закрытия обогреваемая прибыль шаровой формы [1] Для обогрева прибыли используют либо экзотермические, либо теплоизоляционные материалы.

Задачей изобретения является повышение выхода годного литья.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана обогреваемая прибыль конической формы; на фиг. 2 прибыль сложной формы, состоящей из отдельных частей; на фиг. 3 пример обогрева прибыли экзотеплоизоляционными материалами; на фиг. 4 часть затвердевшей отливки; на фиг. 5 часть фасонной отливки с прибылью.

Прибыль состоит из конического резервуара 2 с основанием, выполненным по конфигурации питаемого узла отливки 1 и вертикальной части 3, форма которой зависит от расхода металла на компрессию усадки отливки при затвердевании с желаемой высотой металлостатического напора, установленной на коническую часть. Прибыль обогревается пакетами 4 с экзотермической или пакетами 5 с экзотеплоизоляционной смесью (фиг. 3). Возможно применение пакета с экзотеплоизоляционной смесью. Для удержания смеси в пакетах над узлом питания установлена модель прибыли 6, которая в зависимости от формы прибыли может быть выполнена из различных материалов: материала, из которого выполнена модельная оснастка, в этом случае она должна удаляться вместе с моделью, из пенопласта сжигается в процессе заливки металла модель прибыли; сжигаемая тонкостенная модель прибыли может быть выполнена из бумаги или пластмассы. Постоянные модели прибылей могут быть облицованы пакетами из фольги.

Как видно из фиг. 1 и фиг. 2, на питаемый узел отливки 1 D_отл устанавливается конический резервуар 2 металла объемом V₁, служащий для питания верхней части отливки в конце затвердевания. На него устанавливается вертикальная часть 3 прибыли объемом V₂, создающая металлостатическое давление при затвердевании отливки. Объем металла прибыли V_пр равняется сумме объемов части прибыли V_пр=V₁+V₂ и должен быть равен объему, расходуемому для компенсации металла при затвердевании.

V_пр≥ V_отл·ε где e - коэффициент объемной усадки.

При неравномерном расходовании металла из прибыли на компенсацию усадки затвердевающей отливки, а также для регулирования металлостатического напора в определенные периоды процесса затвердевания отливки, часть прибыли 3 может иметь форму, показанную на фиг. 2.

Объем части прибыли 3 V₂ будет состоять из комбинации отдельных различной формы объемов Форма объемов прибыли зависит от потребности металла на компенсацию объемной усадки при затвердевании, отливки в различные периоды времени. Полное расходование металла прибыли на компенсацию металла при затвердевании отливки возможно только в том случае, если металл в резервуаре 2 прибыли участок (фиг. 1) будет затвердевать после полного затвердевания отливки 1.

Процесс питания отливки, обогреваемой прибылью (фиг. 1) предложенной формы, разделяется на три непрерывно протекающих периода.

Первоначально отливка питается под действием столба жидкого металла, находящегося в стояке и литниковой воронке. Время продолжительности питания отливки металлом будет продолжаться до затвердевания тонкого сечения питателя. За данный период времени происходит остывание тонких стенок отливки, снимается температура перегрева, нагревается экзотеплоизоляционный материал облицованной прибыли до ее воспламенения.

Второй период связан с расходованием металла прибыли (прибылей) на компенсацию затвердевающего металла в стенках и узлах отливки. В этот период в результате воспламенения экзотермического материала жидкий металл в прибыли перегревается, особенно в вертикальной части 3 прибыли (фиг. 1, фиг. 2). За счет повышенного металлостатического давления перегретый металл поступает в центральную часть узла. За счет теплосилового воздействия изменяется граница между затвердевшим металлом и жидким, ускоряется затвердевание отливных снизу за счет отвода теплоты затвердевшими стенками отливки. Изменяется характер затвердевания узла и температурный градиент. Окончание данного периода характеризуется изменением фронта затвердевания на плоскопараллельный. Жидкий металл в прибыли по мере расходования опускается по высоте с желаемой скоростью.

В третий период происходит окончательное затвердевание термического узла под прибылью и прибыли. Верхняя часть узла под прибылью будет затвердевать плоскопараллельно без усадочных дефектов под металлостатическим давлением h= P_p≥0,01 МПа. Форма прибыли после затвердевания принимает вид, показанный на фиг. 4. Незначительное увеличение припуска на механическую обработку δ за счет прибыли связано с незначительным запасом объема металла в прибыли. Объем металла можно уменьшить за счет части 3 прибыли по высоте опытным путем. Следовательно, и припуск на механическую обработку уменьшится.

Обогреваемая прибыль предлагаемой формы тоже позволит получить отливки при повышенном металлостатическом напоре в конце затвердевания отливки при незначительном дополнительном расходе металла на прибыль. В этом случае сечение части прибыли 3, прилегающей к части 2, должно быть минимальным (фиг. 3), чтобы обеспечить легкое отделение прибыли путем незначительной ударной нагрузки.

Расчет профиля и размеров прибыли выполняется из следующих предпосылок: максимальный объем металла прибыли будет равен объему питаемой части отливки, умноженной на коэффициент объемной усадки и гарантированного запаса, который образуется за счет расходования металла из стояка; расчета времени затвердевания стенок и узлов отливки; температура нагрева металла прибыли; расчета веса экзотермического материала.

Пример расчета сложной прибыли. Для цилиндрической отливки диаметром 100 мм и высотой 150 мм объем отливки V 1177500 мм³ и объем прибыли V_пр= V·ε = 52987,5 мм³ где ε коэффициент объемной усадки, равный 0,045
Объем прибыли V_пр состоит из отдельных объемов.

V_пр=V₁+V₂
где V₁ объем сплава конической части 2 прибыли,
V₂ объем сплава части 3 прибыли, состоящей из отдельных полостей объемом тогда

После заполнения формы сплавом и загорания экзотермического материала 4 облицовки прибыли перегретый сплав из прибыли 3 (объем ) под действием металлостатического давления поступает в затвердевающую часть отливки. Первоначально затвердевают тонкостенные части. Для компенсации объемной усадки протяженных тонкостенных частей с обеспечением последовательно направленной кристаллизацией необходим максимальный металлостатический напор и высокая температура сплава. При этом учитывается, что термическое действие прибыли важнее металлостатического давления. Так как перегретый сплав, поступая в затвердевающие стенки, разогревает центральную часть, стенка затвердевает последовательно по направлению к прибыли. Одновременно с затвердеванием стенки происходит и затвердевание части объема бобышки удаленной от прибыли.

Общий объем затвердевшей части отливки будет равен объему На фиг. 5 он ограничен сплошной тонкой линией Затем начинается затвердевание центральной части бобышки, ограниченной пунктирной линией. Отвод теплоты формой происходит через стенку и затвердевшую часть бобышки. В этот период поступление перегретого сплава начинается из объема прибыли при меньшем металлостатическом давлении. Протяженность зоны питания резко сокращается. Фронт затвердевшего сплава в бобышке принимает форму почти параллельную дну бобышки. Объем затвердевшего сплава ограничен пунктирной линией. Дальнейшее питание бобышки будет осуществляться из объема прибыли Объем затвердевшего сплава ограничен штрихпунктирной линией V_σ·V_б Окончательное затвердевание отливки будет происходить под металлостатическим давлением P_p с объемом сплава в прибыли V₁. Объем прибыли V₁ незначителен и его расчет не производим, считаем его дополнительным к V_пр (гарантийным).

Процесс затвердевания отливки и питания перегретым сплавом из прибыли затвердевающих участков отливки является процессом непрерывным, поэтому в точном расчете отдельных объемов сплава в прибыли нет необходимости, так как достаточен приблизительный расчет, причем объем сплава в прибыли V_пр должен быть равен V_пр= V·ε с незначительным гарантийным запасом V_1з.

Объем фасонной отливки V 1177500 мм³ принимаем состоящим из объема сплава в бобышке и стенке. Размер бобышки равен D_отл. 100 мм, высота бобышки h₁ 70 мм, толщина стенки b 20 мм, тогда объем бобышки V_σ будет равен
.

Учитывая, что общий объем отливки нами принят V 1177500 мм₃, объем стенок в отливке V_с будет равен V_c = V - V_σ 1177500 542500 635000 мм³.

Учитывая, что чем выше металлостатический напор, тем выше плотность отливки, в верхней части прибыли должен располагаться максимальный объем сплава в полости прибыли.

Затвердевание отливки начинается от поверхности формы и в первую очередь полностью затвердевают тонкостенные части, а затем более толстые. За время полного затвердевания стенки отливки происходит затвердевание и части объема бобышки 10 мм от низа. На фиг. 5 затвердевшая часть показана тонкой сплошной линией. Тогда объем верхней полости прибыли будет равен

В дальнейшем затвердевает часть бобышки. На чертеже показана пунктирной линией. В этот период затвердевает радиусный переход от стенки к бобышке и сама бобышка на высоту 40 мм от низа. Тогда объем полости прибыли будет равен

Затем при уменьшенном металлостатическом напоре затвердевает участок бобышки, ограниченный штрихпунктирной линией. Питание участка происходит от части объема прибыли

Окончательное затвердевание осуществляется под воздействием конусообразной части прибыли объемом V₁ при металлостатическом напоре P_p 0,01 МПа.

Зная объемы выбранных отдельных полостей, определяют их размеры и расположение по высоте, с учетом обеспечения максимального гидростатического напора и перегрева сплава и прибыли экзотеплоизоляционным материалом.

шар диаметром ⊘ 39 мм
шар диаметром ⊘ 25 мм с цилиндром o 20 мм длиной 7 мм.

цилиндр диаметром ⊘ 17 мм и длиной 29 мм.

Общая высота прибыли 100 мм.

Расположение отдельных полостей по высоте прибыли связано с обеспечением максимального металлостатического напора и перегревом прибыли.

Пережимы между отдельными объемами способствуют быстрому возгоранию экзотермической смеси.

Наличие современных средств получения тонкостенных емкостей из пластмассы, бумаги, картона и т. д. позволяет организовать массовое производство облицовок прибыли для питания отливок для различных сплавов с заранее проверенным временем нахождения перегретого сплава в прибыли до ее затвердевания.

Формула изобретения

1. Обогреваемая прибыль для отливок, отличающаяся тем, что она имеет сложную поверхность, ограничивающую по высоте отдельные полости, объемы которых соответствуют объему металла, необходимому для компенсации усадки отливки при определенном металлостатическом напоре.

2. Прибыль по п. 1, отличающаяся тем, что отдельные полости имеют любую форму.

3. Прибыль по п. 1, отличающаяся тем, что объем прибыли равен объему металла, необходимому для компенсации усадки отливки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5