Способ литья под газовым давлением

 

1. СПОСОБ ЛИТЬЯ ПОД ГАЗОВЫМ ДАВЛЕНИЕМ, включающий заполнение полости формы расплавом, затвердевание Отливки снятие разрежения в объеме опок и удаление отливки, о т л и ч щ и и с я тем, что, с целью ровышения -механических свойств отливок и снижения времейи вакуумирования при производстве отливок в формы изготовленные вакуумной формовкой, давление газа на расппав увеличивают после заполнения формы расплавом пропорционально величине разрежения в объеме опок, поддерживая сооТноше .ние между ними в пределах 1,2-20,0. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что увеличение давления газа на расплав начинают через 1-25 с после заполнения формы расплавом .В (Л с.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) 01) р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯМИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ @

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OYHPblTHA (21) 3564189/22-02 (22) 17.03.83 (46) 15.,10.84.Бюл. ¹ 38 ,.(72) В.В.Никитин, Н.В.Шестаков, . А.Ф.Жбанов и В.И.Душин (53) 621.74.043.3(088.8)

;(56) 1. Авторское свидетельство СССР № 457537, кл. В 22 2 18/04, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 1061910, кл. В 22 С 9/02, 1982. (54)(57) 1. СПОСОБ ЛИТЬЯ ПОД ГАЗОВЫМ

ДАВЛЕНИЕМ, включающий заполнение полости формы расплавом, затвердевание отливки, снятие разрежения в обЪеме (б1),В 22 С 9/02; В 22 Э 18/04 опок и удаление отливки, о т л и ч аю ш и " c я тем, что, с целью повыше ния механических свойств отливок и снижения времени вакуумирования при производстве отливок в формы изготовленные вакуумной формовкой, давление газа на расплав увеличивают после заполнения формы расплавом пропорционально величине разрежения в объеме опок, поддерживая соотноше.ние между ними в пределах 1,2-20,0.

2. Способ по п.1, о т л и ч.а ю-. шийся тем, что увеличение давления газа на расплав начинают через

1-25 с после заполнения формы расплавом. е

475

1 1118

Изобретение относится к литейному производству, в частности, к литью в песчаные формы, изготовленные вакуумной формовкой, с заполнением формы расплавом под действием газового давления, например, низкого давления и".и противодавления.

Известен способ литья под газовьв. давлением, который позволяет повысить механические свойства отливок IO и увеличить скорость заполнения формы расплавом за,счет .действия газового давления, значительно превосходящего гравитационное. Этот способ; например,.литье под низким давлением, включает сборку формы, создание разницы давлений газа на расплав и в полости формы, заполнение расплавом полости формы, кристал лизацию, охлаждение и удаление отливки j1) .

Недостатком указанного способа при использовании формы, изготовленной вакуумной формовкой, является низкое качество отливок из-за невысокого уровня механических свойств, так как значительное газовое давление гриводит, к образованию пригара.

Кроме того, при этом существенны энергозатраты, связанные с необхо30 димостью сохранять разрежение в объеме онок до окончательного охлажде» ния отливки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ литья под газовым давлением, включающий заполнение полости формы расплавом, " эатвердевание отливки, снятие разрежения в объеме опок и удаление отливки )2), Однако известный способ не позволяет повысить механические свойства толстостенных отливок с повышенной прочностью. При этом увеличено время вакуумирования формы при кристалли- 45 зации отливок.

Цель изобретения — повышение механических свойств отливок и снижение времени вакуумирования при производстве отливок в формы, изготовлен" 50 ные вакуумной формовкой.

Поставпенная цель достигается тем, .что согласно способу литья под газЬ вым давлением включающему заполнение 55 полости формы расплавом, эатвердева-, ние отливки, снятие разрежения в объеме опок и удаление отливки, давление газа на расплав увеличивают после . заполнения формы расплавом пропорционально величине разрежения в объеме опок, поддерживая соотношение между ними. в пределах 1,2-20,0.

При этом увеличение давлений газа на расплав начинают через 1-25 с после заполнения формы расплавом.

Такой способ позволяет применять значительное давление газа на расплав для увеличения механических свойств отливок, а также снизить ,пригар отливок, поскольку после заполнения формы расплавом снижается температура поверхностного слоя от" ливки и его проникающая способность.

Увеличение давления газа менее, чем в 1,2 раза по сравнению с разрежением в объеме опок практически не позволяет существенно увеличить механические свойства отливок так, как низкое давление не обеспечивает плотного контакта расплава с формой и образования дополнительных центров кристаллизации в объеме расплава. Увеличение давления более, чем в 20 раз по сравнению с разрежением в объеме опок уже не обеспечит повышения достигнутого уровня механических свойств, так как энергия затрачивается не на образование дополнительных центров кристаллизации, а на рост самих кристаллов. Кроме того, при высоком давлении газа на расплав увеличиваются энергозатраты на создание этого давления и увеличивается пригар на литой поверх-. ности заготовки, При повышении давления газа на расплав менее, чем через 1-25 с после заполнения формы расплавом поверхностный слой отливки имеет еще доста-. точно. высокую температуру и проникающую способность для образования пригара при повышении давления. Через 25 с на поверхности отливки образуется кристаллизующаяся корочка, которая препятствует образованию пригара. Дальнейшая выдержка без повышения давления приводит лишь к увеличению корочки, которая кристаллизуется, при Йониженнбм давлении и, следовательно, имеет более низкие механи- % ческие свойства.

После образования литейной ко рочки доетаточной величины разрежение в объеме опок может быть .снижено ло атмосферного. Это возможно из

1118475 за действия большой разницы давлений газа на расплав и в объеме опок.

Снятие операции вакуумирования позволяет снизить затраты энергии на поддержание вакуума в объеме 5

I опок во время операции окончательной кристаллизации и охлаждения отливки, что составляет 10-30Х общего времени действия вакуума в .объеме опок. 1О

Способ осуществляют следующим образом.

На модель наносят полимерное герметичное покрытие, например, синтетическую пленку, которую нагревают 15 до температуры размягчения и создают между моделью и пленкой разрежение, чтобы пленка плотно охватила .модель. На модель устанавливают герметичную опоку с отсасывающими уО отверстиями, засыпают в опоку наполнитель, верх наполнителя выравнивают, накладывают синтетическую пленку сверху наполнителя, создают s объе- ме опок разрежение, снижают раз- 25 режение между пленкой и .моделью до атмосферного давления, снимают полуформу с модели и наносят на пленку противопригарное покрытие.

Аналогично изготавливают вторую полу ð форму, затем устанавливают стержни и вставки, полуформы спаривают и устанавливают на позицию заливки машины литья под газовым давлением, например, машины литъя под низким давлением.

Собранную форму герметизируют с металлопроводом машины, герметизируют. тигель с расплавом машины и

40 подают на зеркало расплава гаэ. под давлением, достаточным для заполнения формы. Через 1-25 с после за полнения формы давление газа на зеркало расплава увеличивают. По BepxHocTHbie слои расплава, контак- 45 тирующие с формой, кристаллизуются, образуя достаточно прочную затвердевшую корку, способную выдержать повьппенное давление жидкой фазы.

После этого разрежение, действующее в объеме опок, снижают до атмосферного давления. и отливки кристаллизуются под действием силового поля в объеме расплава, создающего дополнительные центры кристаллизации и об-55 разованного действием повьппенного газового давления. Это приводит к повышению прочностных свойств отливок.

К повышению механических свойств отливок приводит и отсутствие значи-, тельного газового зазора ломте снятия разрежения из объема опок, и сыпучий наполнитель плотно обтекает отливку, способствуя интенсивному теплоотводу.и, следовательно, большей скорости кристаллизации отливки.

Воэможность снижения разрежения в объеме опок до окончания полной кристаллизации и охлаждения отливки обусловлена действием повышенного силового поля в объеме расплава отливки, способствующего более быстрому образованию поверхностной литой корочки и интенсивному теплоотводу из объема расплава.

Разница давлений газа на расплав, необходимая для заполнения формы, может быть создана и при подаче в полость формы и на расплав одинакового газового Давления с последующим увеличением давления на расплав или снижением давления в полости формы, что характерно для литья с противодавле- нием. В этом случае при увеличении . давления газа на расплав в тигле машины на расплав отливки воздейству ет давление газа, действовавшего в полости формы, так называемое "про- . тиводавление".

Разница давлений газа, действующих на расплав в полости формы и тигле машины, может быть создана за счет образования разрежения в полости формы при действии атмосферного давления или меньшего по величине разрежения на зеркало расплава.

Эти способы создания разницы давлений газа характерны соответственно для литья вакуумным всасыванием и в предварительно вакуумируемую форму. В этих случаях при увеличении давления газа на расплав в тигле машины в форме на расплав действует разрежение, величина которого ,зависит от способа литья., После увеличения давления газа производят выдержки в течение технологически необходимого времени для полной кристаллизации отливки. Затем давление газа на расплав снижают до атмосферного. Одновременно снижают давление или разрежение, действующее в форме, до атмосферного. При действии атмосферного давления происходит охлаждение отливки до техноло- гически необходимой температуры, пос1118475 ле чего нанолнитель из,онок высы- . пают и удаляют отливку. >

Сокращение времени технологического цикла изготовления отливки на время, необходимое для снятие разря- S кении в объеме опок, также можйо отнести к преимуществам предлагаемого способа. Способ позволяет сократить: время охлаждения отливки sa счет более интенсивного теплоотвода от отливки вследствие отсуствия газово.го зазора между отливкой и формой;

Выбор величины, на которую следует увел1ичить давление газа на .расплав, зависит от способа создания разницы давлений, сплава отливки, величины разрежения в объеме опоки.

Дпя литья под низким давлением. оптимальное соотношение между рве- 20 личением давления газа на расплав и.величиной разрежения в объеме опок составляет 1,5-5,0, для литья вакуумным всасыванием .1,2-8-,0, для литья с противодавлением 3,0-20,0. 25

При литье легких сплавов на основе . алюминия и магния это соотношение . следует выбирать в пределах 1,2-12,0, для литья сплавов на основе меди и железа 3;0-20,0. При значительном 3p разрежении в объеме опок (до

0,9 кгс/мм ) это отношение составляет 1,2-10,0, при небольшом разрежении (менее 0,3 кгс/см ) — 5, 0-20,0. Выбирая величину дополнитель- З ного давления, нужно ориентироваться на величину оптимальной разницы давлений газа в объеме опок и на расплав, которая должна находиться в пределах 1,5-5,0 кгс/см . Это позволяет избежать образования значительного пригара. Если эта разница давлений больше указанной величины, то необходимо применять улучшенI ные противопригарные покрытия или 45 же увеличивать давление газа на расплав после заполнения. формы ступенчато: сначала до тех пор, пока pasница давлений rasa в объеме опок и на расплав не достигнет величины

1,5-5,0 кгс/см, а затем после кристаллизации поверхностного слоя отливки - до максимально допустимой величины, которая, как правило, не превышает 10 кгс/см. В этом слу»„ «g чае.снижение разрежения в объеме опок целесообразно.начинать после, достижения максимального давления газа на расплав. е

Для увеличения механических свойств отливок разрежение в объеме опок по сравнению с технологически необходимым может быть увеличено до

0,9 кгс/см2 в процессе запинки рас.«.. плава в форму или после заливки, в том числе во время увеличения давления газа на расплав.

Время от окончания заполнения формы расплавом до начала увеличения давления газа на расплав выбирают в зависимости от толщины стенки отливки, материала отливки, материала наполнителя и температуры заливки.

Для отливок из сплавов на основе алюминия и магния при толщине стенки до 7 мм с применением песчаных наполнителей зто время при оптимальной температуре заливки составляет

1-10 с, с применением металлических наполнителей 1-3 с, при толщине стенки более 10 мм для песчаных наполнителей 3-20 с, металлических наполнителей 1-10 с. Для железных и медных отливок при толщине стенок до 6 мм в случае применения песчаных наполнителей 5-15 с, металлических наполнителей 1-10 с, свыше 7 мм для песчаI ных наполнителей 10-25 с, для металлических наполнителей 5-20 с.

Время выдержки до начала увеличения давления газа на расплав должно

1 выбираться с учетом того чтобы темЭ пература поверхностных слоев отливки снизилась до 10-50 С ниже температуры кристаллизации для данного способа.

Пример 1. Для изготовления отливки весом 7,5 кг из алюминиевого. сплава марки АЛ2 в форму, полученную вакуумной формовкой, имеющей толщину ,стенки 5-7 мм, применяют литье под низким давлением.. Форму изготавливают следующим образом. На модель верхней полуформы накладывают синтетическую цленку из сополимера этилена с винилацетатом и между пленкой моделью создают разрежение с остаточным давлением

0,7 кгс/см . На модель устанавливают

2 опоку, засыпают охлажденный до 30-4д С металлический стальной песок со средней зернистостью 0,.1, уплотняют вибратором с частотой колебаний

50 Гц в течение 15 с. Далее верхнюю поверхность наполнителя выравнивают и накладывают на нее синтетическую пленку, создают в объеме опоки

11184 75

Ф разрежение величиной 0,4 кгс/см

2 с см разрежение 0,5 кгс/сд (остаточное давление 0,6 кгс/см). наполнитель— ель — кварцевый песок зер атем разрежение между моделью и плен- нистостью 0,016 мм. кой снйжают до атмосферного давления Темпе емпература расплава в тигле и полуформуi снимают с модели. После 5. 1050-110000 П осле герметизации этого рабочую поверхность пленки вакуумной камеры с формой в камепокрывают противопригарным составом ре создают разрежение величиной на основе маршалита, этилового спир- 0 5 кгс/ кгс/см в течение 5 с. Через та и поливинилбутерали, сушат покры- 10 с после н с после начала создания разрежетие в течение 10 мин. Аналогично 1»«я в камере,(через 10 с после изготавливают нижнюю полуформу. Затем :-заполнений формы расплавом), полуформы спаривают и устанавливают увеличивают разреж зрежение в объеме. опок . на машину литья под низким давлением, до остаточного давления 0,2 кгс/см поддерживая температуру нижней поверх- . избыточное давление газа о аза на расплав ности формы не выше 40 С. . 15 до.20 кгс/см в течение 4 с сни

Э

Температура расплава в тигле маши- Разрежение в камере с фор о с формои до атны в пределах 690-710 С. После герме- мосферного давления. тизации тигля форму с металлопрово- При таком газовом режи м режиме выдержидом машины на зеркало расплава пода- вают отливку в течение 40 с и зают избыточное давление величиной 20 тем снижают разрежение в объеме

0,4 кгс/см с нарастанием в течение опок до атмосферного давления, что

5 с и последующей выдержкой, После позволяет производить крист кристаллизацию заполнения формы (через 8 с после поверхностных слоев от в отливки под дейначала подачи давления газа на рас- ствием повышенного газового давлеи разрежения плав) производят выдержку в течение 25 ния с одной стороны

2 с и затем увеличивают избыточное с другой. После вьщерж и .2 Ржки отливки под давление газа нарасплав до 1,6 кгс/см действием газового давления в течев течение 3 с. Через 5 с после ние 5 мин давление га газа на расплав .подъема давления до максимального снижают в течение 5 с до атмосферзначения разрежение в объеме опок 30 ного, Расплав сливают в тигель машиснижают до атмосферного давления ны и отливку охлаждают в течение в .течение 4 с. При таком газовом 6 мин. Отливку удаляют как в примережиме отливку выдерживают в тече- ре 1. ние 55 с, далее давление газа на рас- При этом отливки, изготовленные плав снижают до атмосферного, рас- 35 rro предлагаемому способу„ имеют преплав сливают в тигель машины и от- дел пРочности 51 проти 45 / тив кгс/см для ливку выдерживают для охлаждения отливок, изготовленных вакуумным

0 с. Во время охлаждения отливки всасыванием, по тем же технологичесформу удаляют с позиции заливки маши- ким паРаметрам, энергозатраты на ны, после охлаждения отливки метал- 40 производство отливок снизились .с лический песок высыпается из 42 до 37 кВт/ч.

° опок и поступает на охлаждение, à H. Р и .м е р 3. Для изготовления отливку убирают из спок для дальней- отливки весом 14,0 кг из стали марureA обработки.

По сравнению со способом литья пр меняют литье с п от ротиводавлением. под низким давлением, являющимся

Форму изготавливают как ают как в примебазовым объектом, предел прочности ре 1.Остаточное давление в объе отливок увеличивается с 19,5 опок 0,5 кгс/см напол

/ м, наполнитель — квар2 цевый лесок зернистостью до 21 4 кгс/см энергоэатрать! сНН зились с 35 до 3 1 кВт/ч. . Температуру расплава в тигле е

Пример 2. Дпя изготовления поддерживают в пределах 1400-1450 С отливки весом 15 кг из бронзы марки После герметизации камер с расплавом

БРОЦС5-4-4 с толщиной стенок 4-6 мм и формой за 5 с создают одинаковое применяют литье вакуумным всасыва- избыточное давление величиной кием.

5S 5,0 кгс/см, затем снижают давление

Форму изготавливают и устанав- в камере с формой до 4,0 кгс/см в теливают на машину как в примере 1. чение 15 с. Через 20 с после заполОстаточное давление в объеме опок нения формы (через 30 с после начаl0

1118475

Составитель В.Сазонов

Редактор И.Ковальчук Техред Л.Микеш Корректор О.Тигор

Заказ 733 1/9 Тираж 774 Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская..наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ла сброса давления иэ камеры с формой) давление газа в камере с расплавом повышают до 10,0 кгс/см в течение 5 с. При таком газовом режиме отливку выдерживают в течение

60 с.для кристаллизации поверхност ных слоев, затем снижают разрежение в объеме опок до атмосферного и выдерживают отливку еще до 10 мин, после чего давление в камерах с формой и расплавом снижают до атмосферного и отливку охлаждают в тече. ние 15 мин. Отливку и наполнитель удаляют как в примере 1.

Предлагаемый способ может быть ре; .комендован при изготовлении отливок из различных марок сплавов, к которым предъявляются повышенные тре-. бования по прочностным и эксплуатационным свойствам. Наибольший экономический эффект от внедрения предиагаемого способа может быть достигнут в мелкосерийном и серийном производстве отливок ответственного назначения.

Предлагаемый способ позволяет.по сравнению с базовым объектом на

10-207 повысить механические свойства отливок за счет увеличения теплоотвода от кристаллизующейся отливки и образования дополнительных центров кристаллизации при действии повышенного силового поля в объеме расплава.

При этом на энергозатраты из.-за снятия разрежения в объеме арок во время полной кристаллизации и охлаждения отливки в форме снижаются на 5-153. Кроме того, в связи с тем, что операция снятия разрежения происходит в течение кристаллизации отливки на 1-5Х снижается длительность цикла изготовления отливки; и следовательно,- повышается производительность процесса.

Экономический эффект от внедрения изобретения на одном предприятии составит 93250 руб.