Способ получения отливок в бегущем электромагнитном поле

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4945745/02 (22) 27,06.91 (46) 15.1 2.93 Бюл. Ма 45 — 46 (75) Рабинович БВ:, Тананин ЮА.; Мешков В.П. (73) Московская государственная академия автомобильного и тракторного машиностроения (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК В БЕГУЩЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ (57) Использование: в литейном производстве дпя получения высококачественных разностенных отли(19) RU (и) 2004379 С1 (ss)s вгьви к вок при уменьшении метаплоемкости процесса и отливки. Сущность изобретения: способ заключается в том, что накапливают порцию металла, соответствующую объему отливки, подают эту порцию металла в рабочую полость литейной формы синх— ронно с воздействием на металл бегущего электромагнитного поля и изменяют его по окончании заполнения рабочей полости порцией металла. 9 з.п.ф-лы, 2 ил.

2004379

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способу получения отливок в бегущем электромагнитном поле, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других областях техники, Известен способ получения отливок в кокиль, заключающийся в том, что в металлическую форму жидкий металл поступает под гидростатическим давлением. Такой способ позволяет получить сложные отливки, которые могут иметь стенки разной толщины и массивные узлы. Однако этот способ не позволяет получить протяженные тонкостенные отливки, так как кристаллизация металла в узких полостях происходит значительно быстрей, чем заполнение рабочей полости кокиля.

Известен также способ получения отливок, который заключается в том, что для продвижения металла в полостях формы, в процессе ее заполнения и последующего уплотнения его используются электромагнитные силы, создаваемые в металле бегущим электромагнитным полем. Однако при воздействии бегущего электромагнитного поля на жидкий металл, по мере заполнения им рабочей полости литейной формы, растет,электромагнитная сила, в результате чего растет расход жидкого металла, поступающего в рабочую полость литейной формы. Но способ не предполагает контроль за расходом жидкого металла, подаваемого в литейную форму, что может привести к разрыву потока жидкого металла в рабочей полости литейной формы, а следовательно, получение брака литья по спаю, неслитинам, воздушным раковинам. Способ также не предусматривает контроль за дозированием металла, что может привести к его избыточным затратам, и не предусматривается управление бегущим электромагнитным полем, что особенно важно для получения высококачественных отливок с разной толщиной стенок и массивными узлами, когда необходим различный режим заполнения формы и затвердевания металла на отдельных участках литейной формы.

Целью настоящего изобретения является уменьшение металлоемкости процесса и отливки и повышение ее качества.

Поставленная цель решается тем, что, согласно способу получения отливок, в бегущем электромагнитном поле перед подачей жидкого металла в рабочую полость литейной формы накапливают его порцию, соответствующую объему отливки, подают эту порцию в рабочую полость литейной формы синхронно с воздействием на металл бегущего электромагнитного поля и изменяют

30

40 металла при заливке и заполнении рабочей

55 его по окончании заполнения рабочей полости порцией металла.

Преимуществом предлагаемого способа получения отливок в бегущем электромагнитном поле является уменьшение металлоемкости процесса, так как подача определенной порции металла исключает возможность перерасхода металла. Предварительное накапливание порции металла позволяет также компенсировать характерное для способа литья в бегущем электромагнитном поле увеличение во времени расхода металла, что исключает возможность разрыва потока жидкого металла и позволяет избежать брак отливок по спаю, неслитинам и воздушным раковинам, Создание в процессе заливки быстротекущего под действием электромагнитной силы непрерывного потока жидкого металла позволяет получать отливки с тонкими стенками, толщины которых соответствуют расчетным. В этом случае получают отливки с массой, практически равной теоретической, то есть снижают металлоемкость самой отливки, Таким образом, в результате устранения противоречия между задаваемой конструкцией и возможностями существующей технологии расширяются области применения литья.

При воздействии на металл бегущего электромагнитного поля происходит перемешивание металла, Для предотвращения хаотического перемешивания металла, приводящего к появлению воздушных раковин, необходимо изменять величину воздействующего электромагнитного поля после заполнения рабочей полости порцией металла.

Как было указано выше, разрыв потока полости литейной формы приводит к браку отливки. Для того, чтобы избежать этого, необходимо порцию жидкого металла накопить в промежуточной емкости и подавать ее в металлоприемник литейной формы с расходом, превышающим расход металла, поступающего в рабочую полость литейной формы, синхронно с воздействием на металл бегущего электромагнитного поля.

Другим путем избежать разрыва потока можно, накапливая порцию металла в металлоприемнике литейной формы и удерживая ее до начала воздействия на металл бегущего электромагнитного поля для подачи в рабочую полость литейной формы.

Для избежания хаотического перемешивания, которое приводит к образованию воздушных раковин, по окончании заполнения рабочей полости л, ейной формы

2004379

35

50

55 прекращают воздействие на металл бегущего электромагнитного поля.

С этой целью по окончании заполнения рабочей полости литейной формы прекращают воздействие бегущего электромагнитного поля только на части порции металла.

Однако на остальной части порции металла, например, находящейся в литниковой системе, которая расположена ниже уровня отливки, воздействие. изменяют по величине, что позволяет удерживать жидкий металл бегущим зле ктромагнитн ым полем в ра бочей полости от ухода его в металлоприемник до момента затвердевания металла в литниковой системе.

В некоторых случаях, когда необходимо управлять скоростью течения металла в рабочей полости, воздействуют на металл изменяющимся по величине бегущим электромагнитным полем. Например, для избежания гидроудара в процессе заливки снижают величину бегущего электромагнитного поля.

Скорость течения металла в литейной форме для разностенных отливок в узких местах и массивных узлах различна, для поддержания одинаковой скорости течения металла в процессе заливки и обеспечения хорошей заполняемости рабочей полости на металл на отдельных участках литейной формы воздействуют различным по величине бегущим электромагнитным полем.

Изменять скорость течения металла можно, изменяя угол между направлением движения металла и направлением бегущего электромагнитного поля.

По окончании заполнения рабочей полости литейной формы можно изменить бегущее электромагнитное поле по направлению, этим улучшается питание массивного узла прибылью, что увеличивает плотность металла и улучшает качество отливки.

Для получения качественной разностенной отливки необходимо создать оптимальные условия кристаллизации. Это достигается изменением бегущего магнитного поля по частоте по окончании заполнения рабочей полости литейной формы, путем изменения частоты питающего тока.

В этом случае можно увеличивать глубину проникновения бегущего электромагнитного поля для массивных узлов, уменьшая его частоту. Воздействие бегущего электромагнитного поля на металл во время кристаллизации вызывает иэмельчение структуры и улучшение механических свойств.

На фиг.1 изображена литейная форма с литниковой системой, выходное сечение которой выше уровня металла в металпоприемнике; на фиг.2 — литейная форма и индуктор с воздушным зазором, увеличивающимся по длине индуктора.

Литейная форма (фиг.1) предназначена для отливки крышки из алюминиевого сплава АЛ-4 с размерами 500х200х60 мм, тол щиной стенки 3 мм, с массивным узлом массой

3 кг. Литейная форма состоит из верхней полуформы 1, выполненной иэ магнитомягкого материала и нижней полуформы 2, выполненной из немагнитного материала, Индуктор 3 бегущего электромагнитного поля расположен со стороны нижней полуформы

2, Полуформы 1 и 2 образуют металлоприемник 4, литниковую систему 5, соединяющую металлоприемник 4 с рабочей полостью 6, в которой образуется разностенная отливка с массивным узлом 7 и прибылью 8. Индуктор

3 имеет раздельное питание на участках а-b;

b-с; с-d; d-e, Перед заливкой металла литейную форму разогревают до температуры 523-573 К.

Жидкий металл при температуре 923 — 973 К заливают в металлоприемник 4. Порция залитого в металлоприемник 4 строго соответствует необходимому объему отливки, то есть объему рабочей полости 6 и литниковой системы 5. Верхняя точка литниковой системы 6 должна быть выше уровня порции металла залитого в металлоприемник 4, то есть согласно фиг.1: h1 < h2, тогда жидкий металл будет удерживаться в металлоприемнике 4 до момента приложения к нему бегущего электромагнитного поля. Это простой и надежный способ накопления и удержания металла в металлоприемнике 4, не требующий дополнительных запорных устройств.

После накопления порции металла включают индуктор 3. При его включении бегущее электромагнитное поле воздействует на металл, находящийся в горизонтальной части литниковой системы 5, возникает пондермоторная сила, под действием которой металл поступает через литниковую систему 5 в рабочую полость 6. По мере заполнения металлом рабочей полости 6 действующая на него пондермоторная сила возрастает и металл с большой скоростью заполняет ее. После заполнения рабочей полости 6 мгновенно изменяют воздействие бегущего электромагнитного поля путем изменения питающего тока индуктора 3, В противном случае пондермоторная сила вызывает хаотическое перемешивание металла и образование воздушных раковин, приводит к питанию прибыли за счет отливки, гидроудару и раскрытию формы и тому подобное. Чтобы избежать этих нежелательных явлений, приводящих к браку, не обходимо, как было уже сказано выше, 7

2004379 мгновенно изменить воздействие бегущего электромагнитного поля. Это можно осуществить различными путями. Например, для предотвращения хаотического перемешивания s массивном узле 7 индуктор 3 мгновенно отключают по окончании заполнения рабочей полости 6. Для этого литейная форма должна быть снабжена датчиком, например, контактного типа (на фиг. не показан), сигнал с которого является управляющим сигналом индуктора 3, и, например, отключает индуктор 3.

Можно отключать не весь индуктор 3, а только его часть. На участке Ь-с индуктор 3 включен, в этом случае величина бегущего электромагнитного поля должна быть такова, чтобы создать давление, удерживающее металл в прибыли 8 от "ухода" через литииковую систему 5 в металлоприемнике 4. Если первоначальной величины бегущего электромагнитного поля не достаточно, то его необходимо увеличить, увеличивая ток питания на участке Ь-с индуктора 3. Индуктор 3 на участке Ь-с остается включенным до затвердевания металла в литниковой системе 5.

Для получения тонких стенок в отливках важно избежать разрыва потока жидкого металла в литейной форме. Это можно осуществить, управляя величиной бегущего электромагнитного поля, а именно, установить различную величину индукции, определяющую величину бегущего электромагнитного поля, на отдельных участках индуктора 3: на участке а-Ь вЂ” 0,2 Тл, на участке b-с — 0,3 Тл; на участке с-d — 0,2 Тл, на участке d e — 0,1 Тл.

При этом максимальная скорость будет в литниковой системе 5, что позволит избежать разрыва потока металла, и минимальной — в конце рабочей полости 6 в прибыли

8, а это значительно уменьшит гидроудар.

Пв окончании заполнения рабочей полости 6 и затвердевания литниковой системы 5, чтобы улучшить питание массивного узла 7 прибылью 8 для повышения его плотности, направление бегущего электромагнитного поля на участке d-e изменяют на обратное. Это осуществляется путем изменения фазы питающего тока на контактах обмотки индуктора 3 на участке d-е, например, с помощью автотрансформатора с устройством переключения из двух сблокированных между собой магнитных пускателей, работающих поочередно, при включении одного иэ них второй всегда отключен.

Бегущее электромагнитное поле после окончания заливки рабочей полости 6 можно изменять не только по величине и направлению, но и по частоте. Частота поля

40

45 металлоприемник 4 синхронно с началом

55

30 изменяется путем изменения частоты тока, питающего обмотку индуктора 3. Это осуществляется с помощью регулятора частоты, например, ТПЧТ-120, по сигналу с контактного датчика, установленного в литейной форме, Изменением частоты бегущего электромагнитного поля регулируют глубину проникновения поля в жидкий металл.

Уменьшая частоту питающего тока увеличивают глубину проникновения бегущего электромагнитного поля. В результате этого проводят управляемое перемещение металла, что измельчает структуру металла отливки, повышает его механические свойства, а следовательно, улучшаются эксплуатационные свойства отливки — например, прочность.

Воздействуют бегущим электромагнитным полем в этом случае вплоть до кристаллизации металла в рабочей полости 6.

Скорость течения металла в литейной форме можно изменять и другим способом.

Для этого обратимся к фиг,2 (по сравнению с фиг.1 позиции одних и тех же узлов сохранены). Как видно из чертежа воздушный зазор между литейной формой и индуктором 3 увеличивается в сторону массивного узла 7, то есть, д 1 > д 2. Осуществить это можно, наклоняя индуктор 3 относительно литейной формы. В этом случае величина бегущего электромагнитного поля обратно пропорциональна величине воздушного зазора, поэтому при увеличении воздушного зазора уменьшается величина бегущего электромагнитного поля, а следовательно, снижается скорость течения металла в рабочей полости 6. И наоборот, если необходимо увеличить скорость течения металла в конце рабочей полости, необходимо увеличивать воздушный зазор со стороны металлоприемника 4.

Рассмотрим другой вариант накапливания металла (фиг.2), когда порцию металла накапливают в промежуточной емкости 9. В этом случае начинают подавать металл в воздействия на металл бегущего электромагнитного поля, то есть синхронно с включением индуктора 3. Расход металла, поступающего в металлоприемник 4, должен быть больше, чем расход металла, поступающего в рабочую полость 6, Это позволит избежать разрыва потока металла в литейной форме.

Как видно из вышеописанного, предлагаемый способ позволяет получать высококачественные раэностенные отливки, снизить расход металла, уменьшить металлоемкость отливок, используя простое оборудование.

2004379 (56) Бураков С.Л. и др. "Литье в кокиль", под ред,А,И. Вейника, M., Машиностроение, 1980, с.5.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК В

БЕГУЩЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ, включающий подачу жидкого металла в рабочую полость литейной формы под воз- " действием бегущего электромагнитного поля, отличающийся тем, что, с целью уменьшения металлоемкости процесса и отливки, повышения ее качества, перед по- 15 дачей жидкого металла в рабочую полость литейной формы накапливают его порцию, соответствующую объему отливки, подают эту порцию синхронно с воздействием на металл бегущего электромагнитного поля и изменяют его по окончании заполнения рабочей полости порцией металла.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что порцию жидкого металла накапливают в промежуточной емкости и подают ее в 25 металлоприемник литейной формы с расходом, превышающим расход металла, постуйающего в рабочую полость литейной формы синхронно с воздействием на металл бегущего электромагнитного поля.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что порцию жидкого металла накапливают в металлоприемнике литейной формы и удерживают ее до начала воздействия на металл бегущего электромагнитного поля 35 для подачи металла в рабочую полость литейной формы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на металл на отдельных участках ли-40

Авторское свидетельство СССР

М 113885, кл. В 22 О 27/02, 1947. тейной формы воздействуют различными, по величине бегущими электромагнитными полями.

5, Способ по п.1. отличающийся тем, что по окончании заполнения рабочей полости литейной формы металлом величину бегущего электромагнитного поля изменяют до нуля.

6, Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончании заполнения рабочей полости литейной формы металлом величину бегущего электромагнитного поля уменьшают до нуля только на части порции металла.

7, Способ по п.6, отличающийся тем, что на остальной части порции металла изменяют величину воздействующего бегущего электромагнитного поля.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость движения металла изменяют путем изменения угла между направлением движения металла и направлением бегущего электромагнитного поля.

9, Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончании заполнения рабочей полости литейной формы бегущее электромагнитное поле изменяют по направлению.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончании заполнения рабочей полости литейной формы бегущее электромагнитное поле изменяют путем изменения частоты питающего тока.

2004379

Составитель Ю.Тананин

Редактор Н.Сильнягина Техред М.Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3369

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

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

СЦ