Способ изготовления отливок гребных винтов из сплавов на медной основе

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению отливок гребных винтов из сплавов на медной основе, применяемых в судостроении. Сущность изобретения: по однолопастной деревянной модели изготавливают литейную форму, устанавливают стержни литниковой системы и центровой стержень, изготавливают прибыльную надставку, крепят форму посредством балок и анкерных болтов и осуществляют заливку формы с регулируемой скоростью посредством стопора литниковой чаши. После окончания заливки производят доливку металла в прибыль. Во время охлаждения отливки через 10-15 мин после заливки раскрепляют центровой стержень, а через 24 ч для отливок массой до 40 т и через 48 ч для отливок массой более 40 т раскрепляют анкерные болты и удаляют крепежные приспособления, ограничивающие движение формы при охлаждении отливки. 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 табл.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению отливок гребных винтов из сплавов на медной основе, применяемых в судостроении.

Известен способ изготовления отливок гребных винтов из сплавов на медной основе, включающий изготовление литейной формы по однолопастной модели на формовочном стенде, оборудованном центрирующими и делительными устройствами. Модель последовательно устанавливают и фиксируют в каждом положении, равном количеству лопастей гребного винта, причем модельная оснастка для формовки состоит из однолопастной модели с жестко закрепленным делительным диском, модели ступицы, модели прибыли и модели подъемных элементов для транспортировки отливок. После изготовления нижних и верхних частей формы устанавливают стержни литниковой системы и центровой стержень, собирают и скрепляют форму, осуществляют сушку и заливку формы и ее прибыльной части жидким расплавом, охлаждают отливку, разбирают форму, извлекают отливку, которую подвергают очистке и обрубке.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, в отливках присутствуют дефекты типа газовых раковин и ужимин.

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков.

Эта задача обеспечивается тем, что заливку формы осуществляют с регулируемой посредством стопора литниковой чаши скоростью, при изготовлении отливок гребных винтов массой более двух тонн после окончания заливки удаляют шлак с поверхности металла в прибыли и производят доливку металла в прибыль через дополнительную литниковую чашу и присыпку зеркала металла сухим перлитовым песком, через 10-15 мин после заливки раскрепляют центровой стержень, через 24 ч для отливок массой до 40 т и через 48 ч для отливок массой более 40 т раскрепляют анкерные болты и удаляют крепежные приспособления, ограничивающие движение формы при охлаждении отливки, и литниковую чашу.

На фиг. 1 представлена однолопастная модель гребного винта; на фиг. 2 - центровой стержень; на фиг. 3 делительная шайба; на фиг. 4 разрез А А на фиг. 3; на фиг. 5 фиксирующее устройство к однолопастной модели; на фиг. 6 - литниковая система; на фиг. 7 литейная форма в сборе; на фиг. 8 то же, вид сверху.

Литниковая система состоит из питателя 1, шлаковика 2, литниковой чаши 3, стояка 4, стопора 5.

Способ включает следующие этапы: изготовление стержней, изготовление литейной формы по модели, сушку формы, заливку металла, охлаждение отливки, разборку формы, очистку и обрубку отливок. Для изготовления литейных форм применяют облицовочную быстротвердеющую смесь и наполнительную смесь для сырых форм. Для изготовления стержней литниковой системы, а также центровых стержней диаметром 200 мм и более применяют песчано-цементную смесь. Кварцевый песок для песчано-цементной смеси предварительно рассеивают до получения газопроницаемости не менее 500 единиц и охлаждают до 20-25^oC.

Изготовление центровых стержней из песчано-цементных смесей производят следующим образом.

Устанавливают подмодельную опалубку на подмодельную доску. Затем закрепляют два полукольца к внутренним поверхностям обоих торцов и одно полукольцо в центре. Расстояние между полукольцами составляет не более 1000 мм.

После уплотнения смеси путем перемещения шаблона вокруг опорных полуколец и постепенного удаления излишков смеси готовят цементный ящик.

После сушки на воздухе в течение 24 ч на внутреннюю поверхность наносят тонкий слой графита с керосином в соотношении 2:1. Для изготовления каркаса стержня необходима стальная труба 10 с просверленными в ней вентиляционными отверстиями 11 диаметром 20-40 мм по всей длине трубы, ряды отверстий располагают в шахматном порядке (фиг.2).

На трубу приваривают прутки диаметром 5-8 мм в диаметрально противоположных точках на расстоянии 300-350 мм друг от друга по всей длине трубы, отступив от торцов на 150 мм.

Прутки изгибают по диаметру так, чтобы расстояние до стенок ящика составляло 40-60 мм. Вдоль трубы прокладывают и закрепляют пеньковый канат диаметром 25-35 мм в количестве 4 штук на всю длину, за исключением отрезка 150 мм с торца, вставляемого в стержень питателя. Пеньковый канат лежит на отверстиях и закрывает их. Устанавливают каркас стержня в стержневой ящик (цементный или деревянный), причем для изготовления нижней части стержня наносят в стержневой ящик свежую песчано-цементную смесь и производят равномерное уплотнение по всему объему. Пространство вокруг ствола стержня заполняют гарью или керамзитом слоем 20-30 мм. Для изготовления верхней части стержня добавляют смесь и равномерным уплотнением образуют валик стержня и устанавливают опорные полукольца. Шаблоном, перемещаемым по опорным полукольцам, доводят размеры стержня до требуемых и производят окончательную отделку стержня, который выдерживают на воздухе по режиму, приведенному в табл. 1.

Затем извлекают стержень из стержневого ящика и помещают на опоры тележки сушила, закатывают тележку в сушило и просушивают стержень по режиму, приведенному в табл. 2.

Центровые стержни диаметром до 200 мм изготавливают из песчано-глинистых смесей. Устанавливают стержневой ящик на опоры, изготавливают каркас стержня, представляющий собой стальную трубу 10 диаметром до 60 мм с просверленными в ней вентиляционными отверстиями 11 диаметром 10-25 мм. Вентиляционные отверстия располагают через интервалы 150-250 мм по всей длине трубы, ряды отверстий располагают в шахматном порядке и приваривают прутки диаметром 3-5 мм в диаметрально противоположных точках на расстоянии 150 мм друг от друга по всей длине трубы, отступив от торцов на 150 мм.

Прутки изгибают по диаметру так, чтобы расстояние до стенок стержневого ящика составляло 20-25 мм.

Прокладывают и закрепляют пеньковый канат диаметром до 25 мм в количестве 4 штук вдоль трубы на всю длину, за исключением отрезков до 150 мм от обоих торцов.

Пеньковый канат лежит на отверстиях и закрывает их. Для изготовления нижней части стержня наносят в стержневой ящик песчано-глинистую смесь и производят равномерное уплотнение ее по всему объему.

Затем устанавливают каркас стержня в стержневой ящик.

Для изготовления верхней части стержня добавляют смесь и образуют валик стержня, устанавливают опорные полукольца.

Шаблоном доводят размеры стержня до требуемых и производят окончательную отделку стержня.

Затем выдерживают стержень на воздухе не менее 24 ч.

При помощи мостового крана извлекают стержень из стержневого ящика и помещают на опоры тележки сушила, которую закатывают затем в сушило и производят сушку стержня по режиму, приведенному в табл. 3.

Верхнюю часть стержня (по положению к заливке), находящуюся в полости прибыли, обматывают отожженной проволокой с шагом 150 мм и покрывают наружную поверхность стержня краской.

Помещают стержень в сушило для повторной сушки, режим которой приведен в табл. 4.

Для изготовления стержней шлаковика и питателя применяют песчано-цементную смесь, для изготовления разделительного стержня прибыли и стержней элементов подъема используют быстротвердеющую смесь.

Изготовление литейной формы выполняют на специально оборудованном стенде (напольном или кессоне). Стенд оборудуют шпинделями, подпятником под соответствующий шпиндель, прижимным хомутиком и делительной шайбой. Модельная оснастка для формовки состоит из однолопастной модели 6 (фиг.1) с жестко закрепленным делительным диском 7 (фиг.5), модели ступицы, модели прибыли и модели подъемных элементов для транспортировки отливок и отрезанной прибыли.

Литейная оснастка состоит из разборного кожуха 8 (фиг.7), плиты (цельной или составной), специальных балок, анкерных болтов с гайками и шайбами, специального ключа, кожуха (опоки) для изготовления прибыльной части формы и приспособления для крепления центрового стержня.

Изготовление литейной формы осуществляют следующим образом: формовку производят в кессоне или напольном стенде в зависимости от конкретной производственной обстановки и размеров гребного винта. Модель устанавливают таким образом, чтобы фиксирующие пальцы на диске вошли в соответствующие отверстия делительной шайбы и проверяют люфт в делительном устройстве. Эту операцию выполняют перед началом формовки каждой нижней горки. При наличии люфта его устраняют затягиванием шурупов, крепящих делительный диск к модели.

Для предотвращения перемещения модели вдоль вертикальной оси на шпинделе вплотную к носовому торцу модели устанавливают и закрепляют прижимной хомутик.

Затем изготавливают первую нижнюю горку, для чего перед моделью лопасти выполняют кладку из шамотного кирпича. Высота кладки должна быть такой, чтобы зазор между ее поверхностью и нагнетательной поверхностью модели был равномерным и составлял не менее 100 мм. Размеры кладки по периметру должны быть такими, чтобы на ней можно было выполнить площадку шириной не менее 100 мм. При изготовлении нижней горки для отливки гребного винта с дисковым отношением близким к "1" кладу изготавливают с учетом удобства изготовления последующих горок. В зазор между кладкой и моделью послойно (толщиной 100-250 мм) наносят облицовочную смесь и уплотняют ее ручной трамбовкой. На уровне середины толщины кромки модели лопастей из облицовочной смеси выполняют площадку и вручную гладилкой три углубления ("замка"), расположенных в районе входящей и выходящей кромок и со стороны конца модели лопасти. Указанные "замки" служат для облегчения и контроля сборки форм.

При заполнении смесью устанавливают модели проушин. Продувку облицовочного слоя производят углекислым газом через отверстия, выполненные душником. На расстоянии не менее 40 мм от засасывающей поверхности модели, используя в качестве опоры площадки, заточенные на нижней горке, предварительно устанавливают изготовленный сварной каркас. В зависимости от размера гребного винта для каркаса используют стальные прутки диаметром 16-30 мм. Перед сваркой прутки изгибают по соответствующему профилю поверхности модели лопасти. Расстояние между прутками выдерживают в пределах 100-200 мм. К каркасу приваривают три рым-болта. Изготавливают съемную часть верхней горки, для чего пространство между установленным каркасом и моделью заполняют облицовочной смесью и уплотняют. Общая толщина съемной части верхней горки составляет не менее 100 мм. Уплотненную смесь продувают углекислым газом. На боковых поверхностях нижней горки и съемной части верхней горки в районе плоскости разъема гладилкой в трех местах выполняют контрольные риски. Поднимают съемную часть верхней горки и устанавливают ее над специальными подставками. Производят зачистку и окраску кистью рабочей поверхности съемного куска. Поднимают модель, предварительно удалив прижимной хомутик, разворачивают и, не снимая шпинделя, ставят на специальную подставку. Заделывают углубление от ребра жесткости на модели заподлицо с рабочей поверхностью нижней горки облицовочной смесью, уплотняют и через каналы продувают ее углекислым газом. На рабочей поверхности первой нижней горки наносят соответствующую маркировку. Зачищают рабочую поверхность нижней горки и кистью наносят краску. Устанавливают съемную часть верхней горки на нижнюю по углублениям ("замкам") и контрольным рискам.

Устанавливают модель для формовки следующей нижней горки, предварительно проверив отсутствие люфта в делительном устройстве и закрепляют модель на шпинделе прижимным хомутиком. Исходя из удобства заливки в одной нижней горке из шамотных стаканов монтируют литниковую систему. Перед установкой съемной верхней части на изготовленную последней нижнюю горку удаляют шпиндель и однолопастную модель и устанавливают до упора на делительную шайбу модель ступицы. Полости между горками заполняют кирпичной кладкой. По наружному диаметру кладку выполняют заподлицо с соответствующими поверхностями изготовленных горок, а по внутреннему обеспечивают зазор между кладкой и наружной поверхностью модели ступицы. Величина зазора составляет не менее 100 мм. При изготовлении кирпичной кладки устанавливают анкерные болты, чтобы их головки попали в пазы плиты стенда. Кладку на высоте выполняют заподлицо с верхним торцом модели ступицы. В зазор наносят слой облицовочной смеси, уплотняют ее и продувают углекислым газом. Удаляют из формы модель ступицы и наносят слой быстросохнущей краски на боковую поверхность формы ступицы. Наносят слой дополнительной смеси толщиной 10-15 мм на верхней торец изготовленной формы и устанавливают на него круглую плиту. Устанавливают по наружному периметру горок и кирпичной кладки кожух 8 на расстоянии не менее 100 мм от боковой поверхности кирпичной кладки и горок, высота его составляет не менее 80% высоты кладки. По высоте кожух выполняют в несколько ярусов. Устанавливают в полости между формой и кожухом в месте выхода из формы литникового хода стояк с сужением 9 (фиг.6). Засыпают в зазор между кожухом и формой наполнительную смесь и уплотняют пневматической трамбовкой. Устанавливают в полость формы модель прибыли, на плиту ставят кожух (опоку) требуемой высоты и из наполнительной смеси готовят форму для прибыли. При изготовлении прибыльной части формы по моделям изготавливают полости для двух диаметрально расположенных подъемных элементов либо полость для установки двух стержней, предназначенных для отливки этих элементов. Окрашивают поверхность прибыльной части формы быстросохнущей краской. Устанавливают в нижнюю часть формы ступицы два стержня литниковой системы. Устанавливают балки и производят предварительное крепление формы специальным ключом. Устанавливают предварительно подготовленную литниковую чашу 3.

Во входное отверстие стояка помещают модель шаблона под стопор, в полость между ним и отверстием в литниковой чаше наносят слой облицовочной смеси и уплотняют ее. Удаляют модель шаблона и накрывают чашу листовым железом, обеспечивая максимальную герметичность. Сушку формы производят электрическим сушилом по заданному режиму. Прокладывают шнуровой асбест диаметром до 20 мм на верхний торец формы прибыли и устанавливают сушило, смонтированное на специальной плите. Заданное режимом избыточное давление обеспечивают созданием необходимой герметичности между плитой сушила и формой прибыли либо заслонкой на сушиле. Сушку завершают не ранее, чем за два часа до начала заливки. Простой формы после окончания сушки до заливки не превышает двух часов. После завершения сушки сушило снимают с формы и устанавливают на специально отведенное место. Производят окончательное крепление формы и для крепления литейных форм отливок гребных винтов диаметром до 3 м вместо применения анкерных болтов применяют установку груза на плиту из расчета, что его масса должна быть в три раза больше его заливочной массы. Устанавливают центровой стержень и закрепляют его. Температура стержня перед сборкой примерно равна температуре формы. Устанавливают в форму стержни для подъемных элементов, а также устанавливают в литниковую чашу стопор, которым осуществляют регулирование скорости заливки жидкого расплава в форму. Для отливок гребных винтов массой более 2 т после окончания заливки производят доливку металла в прибыль, причем количество добавок и интервалы между ними зависят от массы отливок. Добавки металла производят после снятия шлака с поверхности металла в прибыли через специальную литниковую чашу. Через 10-15 мин после заливки раскрепляют центровой стержень. Через 24 ч после заливки для отливок массой до 40 т и через 48 ч для отливок массой свыше 40 т раскрепляют анкерные болты, а также удаляют все крепежные приспособления, ограничивающие движение формы при охлаждении отливки, и литниковую чашу. В процессе охлаждения отливки удаляют прибыльную надставку и освобождают от всех крепежных приспособлений. Разбирают форму, извлекают отливку и устанавливают на полу цеха.

Удаляют остатки кирпичной кладки и формовочной смеси из полостей между лопастями отливки, удаляют верхние части формы.

Операции по удалению остатков смеси и кладки из полостей между лопастями и удаление кусков верхних горок выполняют в течение 0,5-1,0 ч после извлечения отливки их формы.

На участке обрубки производят: очистку отливок от смеси, выбивку центрового стержня, отрезку литниковой системы, обрубку поверхности лопастей и кромок.

Изобретение позволяет за счет оптимальных режимов сушки стержней и форм, выбора формовочных смесей и создания отечественных сплавов на медной основе с улучшенными физико-химическими и механическими свойствами значительно повысить качество отливок гребных винтов и снизить на 30% энергоемкость процесса изготовления в совокупности с увеличением производительности труда и увеличения срока службы изделий на 60-70%

Формула изобретения

1. Способ изготовления отливок гребных винтов из сплавов на медной основе, включающий изготовление на формовочном стенде, оборудованном центрирующими и делительными устройствами, литейной формы по однолопастной деревянной модели с делительным диском, которую последовательно устанавливают и фиксируют в каждом положении, равном количеству лопастей, по моделям ступицы, прибыли и подъемных элементов для транспортировки отливки, установку стержней литниковой системы и центрового стержня, изготовление прибыльной надставки, сборку формы, крепление формы посредством балок и анкерных болтов, сушку формы, заливку формы и прибыльной части жидким металлом, охлаждение отливки, разборку формы, извлечение отливки, очистку и обрубку отливки, отличающийся тем, что заливку формы осуществляют с регулируемой посредством стопора литниковой чаши скоростью, при изготовлении отливок гребных винтов массой более 2 т после окончания заливки удаляют шлак с поверхности металла в прибыли и производят доливку металла в прибыль через дополнительную литниковую чашу и присыпку зеркала металла сухим перлитовым песком, через 10 15 мин после заливки раскрепляют центровой стержень, через 24 ч после заливки для отливок массой до 40 т и через 48 ч для отливок массой более 40 т раскрепляют анкерные болты и удаляют крепежные приспособления, ограничивающие движение формы при охлаждении отливки, и литниковую чашу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стержни литниковой системы и центровой стержень диаметром 200 мм и более изготавливают из песчано-цементной смеси.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что кварцевый песок для приготовления песчано-цементной смеси предварительно рассеивают до получения газопроницаемости не менее 500 единиц.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что кварцевый песок для приготовления песчано-цементной смеси предварительно охлаждают до 20 25^oС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку формы производят электросушилом, которое устанавливают на верхний торец прибыльной надставки, причем для создания герметичности между плитой сушила и прибыльной надставкой прокладывают асбестовый шнур диаметром до 20 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9