Способ изготовления прибыльной части литейной формы

 

Использование: в литейном производстве, в частности в литниковых системах для заливки форм. Сущность изобретения: способ изготовления прибыльной части литейной формы, включающий изготовление огнеупорной оболочки из огнеупорного теплоизоляционного, например, муллитокремнеземистого материала, открытой снизу и сверху, которую перед формовкой устанавливают на уменьшенную на 80% по металлоемкости по сравнению с обычной моделью прибыли, и верхнюю часть оболочки перекрывают по центрирующему штифту на модели прибыли экзотермическим стержнем, состоящим из железоалюминиевого термита, ферросплавов и других материалов, обеспечивающим при его сгорании получение жидкой стали, аналогичной по химическому составу заливаемой в литейную форму, при этом масса экзотермического стержня составляет от 1,4 до 5,0% массы жидкой стали в прибыли. 1 ил.

Изобретение оттносится к литейному производству, в частности к литниковым системам для заливки форм.

Известен способ (авт. св. N 444600, кл. В 22 D 27/06, 1974) изготовления прибыльной части литейной формы, включающий изготовление огнеупорной оболочки, открытой в сторону рабочей полости формы, заполнение полости огнеупорной оболочки смесью термита с металлом, обеспечивающей при ее сгорании получение в прибыли жидкого металла, аналогичного по химическому составу заливаемому в литейную форму. К недостаткам указанного способа относятся повышенная трудоемкость изготовления прибыльной части литейной формы и невозможность его использования при формовке отливок на формовочных машинах и автоматических формовочных линиях.

Цель изобретения - повышение эффективности работы прибылей, снижение трудоемкости изготовления прибыльной части литейной формы и расширение области применения указанного способа при формовке отливок на формовочных машинах и автоматических формовочных линиях. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что огнеупорную оболочку изготовляют из огнеупорного теплоизоляционного, например, муллитокремнеземистого материала, открытой снизу и сверху, а вводимую в прибыль смесь термита с металлом с добавкой в качестве связующего жидкого стекла применяют в виде экзотермического стержня.

На чертеже показана литейная форма, реализующая предлагаемый способ. Для получения прибыльной части формы на модельной плите "верха" над питаемым узлом 1 устанавливают уменьшенную на 80% по объему по сравнению с обычной, модель прибыли 2 с центрирующим штифтом 3 в верхней части. Перед формовкой на модель прибыли устанавливают огнеупорную теплоизоляционную оболочку 4, верхнюю часть которой перекрывают по центрирующему штифту экзотермическим стержнем 5. После уплотнения формовочной смеси и извлечения модели огнеупорная теплоизоляционная оболочка и экзотермический стержень удерживаются в верхней полуформе за счет обратного уклона образующих поверхностей. В процессе заливки литейной формы, в результате контакта с жидким металом, экзотермический стержень сгорает, производя перегрев поступившего в прибыль жидкого металла. Одновременно с этим при сгорании стержня в прибыли образуется термитный металл, который, смешиваясь с поступившим в нее жидким металлом, используется для питания отливки. Термитный шлак всплывает на поверхность жидкого металла в прибыли, образуя теплоизоляционный слой.

По практическим данным при питании стальных отливок с применением обычных прибылей на компенсацию усадочных раковин в отливках расходуется на 10% жидкой стали от емкости прибыли, остальное же количество используется в качестве теплового аккумулятора.

В предлагаемом способе изготовления прибыльной части литейной формы предусматривается замена теплоты жидкого металла, высвобождаемого из прибыли, теплотой сгорания экзотермического стержня с одновременным улучшением теплоизоляции ее поверхности и для надежности питания отливок в прибыли оставляют 20% жидкой стали (более чем двухкратный запас от ее практической потребности).

Так как предлагаемые экзотермические теплоизолированные прибыли предназначены для применения взамен обычных закрытых и открытых прибылей, рассчитанных по известным методикам и освоенных в производстве, их расчет базируется на данных о массе обычных прибылей.

Продолжительность затвердения обычной закрытой прибыли массой М_опможно определить по формуле τ_оп= { M_оп[L_Fe+C(T_н-T_к)] /β·S_оп}²= {M_оп[276+0,75(T_н-T_к)/β·S_оп}², (1) где L_Fe = 276 кДж ˙ кг^-1 - удельная теплота плавления стали; С_РFe = 0,75 кДж ˙ кг^-1 К^-1 - удельная теплоемкость жидкой стали; Т_.н. - начальная температура жидкой стали в прибыли, К; Т_к - температура конца затвердения жидкой стали в прибыли, К; β = 1,15 кДЖ C^- кг^-1 К^-1 - коэффициент охлаждающей способности сухой песчаной формы; S_оп - площадь поверхности обычной закрытой прибыли, м².

Продолжительность затвердевания экзотермической теплоизолированной прибыли при расходе жидкой стали m_жс где Q_эс - теплотворная способность экзотермической смеси, кДж ˙ кг^-1; m_эс - масса экзотермического стержня в прибыли, кг;
Т_о = 293К - температура окружающей среды;
ϕ = 0,55 - выход термитной стали в результате сгорания экзотермической смеси;
С = 1,46кДж ˙ кг^-1 ˙ К^-1 - удельная теплоемкость расплавленного оксида алюминия;
β_т = 0,5-0,6 кДж ˙ С^-1/2 ˙ М^-2 ˙ К^-1 - коэффициент охлаждающей способности муллитокремнеземистого теплоизоляционного материала;
S_этп - площадь поверхности экзотермической теплоизолированной прибыли, м².

Исходя из условия эквивалентности продолжительностей затвердевания обычной и экзотермической теплоизолированной прибылей одинакового назначения из выражений (1) и (2) можно составить следующее уравнение
{ M_оп [276 + 0,75 ( T_н -T_к) ] /β ˙S_оп }² = = { m_жс [ 276 + 0,75 ( T_н -T_к) ] + Q_эс ˙ m_эс - - 1,07 m_эс (T_к - T_o ) /β_т ˙S_этп }². (3)
Согласно экспериментальным данным принимаем следующие средние значения условно-постоянных величин в уравнении Т_н = 1823 К; T_к = 1723 K; Q_эс = 3500 кДж ˙кг^-1; m_жс = 0,2 M_оп и S_этп = 0,5S_оп
Преобразуя уравнение (3), выводим формулы для расчета массы экзотермического стержня в экзотермической теплоизолированной прибыли, которые в зависимости от величины коэффициента охлаждающей способности теплоизоляционного материала имеют вид
при β_т= 0,5 m_эс = 0,014 m_жс;
при β_т= 0,6 m_эс = 0,05 m_жс;
Таким образом, согласно приведенному расчету, масса экзотермического стержня в экзотермической теплоизолированной прибыли, в зависимости от охлаждающей способности теплоизоляционного материала составляет от 1,4 до 5,0% от массы жидкой стали в прибыли.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРИБЫЛЬНОЙ ЧАСТИ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ, включающий изготовление огнеупорной оболочки, открытой в сторону рабочей полости формы, и использование смеси термита с металлом, обеспечивающей при его сгорании получение в прибыли жидкого металла, аналогичного по химическому составу заливаемому в литейную форму, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, снижения трудоемкости изготовления прибыльной части литейной формы и расширения области применения при формовке отливок на формовочных машинах и автоматических формовочных линиях, огнеупорную оболочку изготовляют из огнеупорного теплоизоляционного, например, муллитокремнеземистого материала, открытой также сверху, и перед формовкой устанавливают ее на уменьшенную на 80% по металлоемкости по сравнению с обычной моделью прибыли, а из смеси термита с металлом изготавливают стержень, который устанавливают на верх оболочки, при этом масса стержня составляет от 1,4 до 5,0% от массы жидкой стали в прибыли.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРИБЫЛЬНОЙ ЧАСТИ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ, включающий изготовление огнеупорной оболочки, открытой в сторону рабочей полости формы, и использование смеси термита с металлом, обеспечивающей при его сгорании получение в прибыли жидкого металла, аналогичного по химическому составу заливаемому в литейную форму, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, снижения трудоемкости изготовления прибыльной части литейной формы и расширения области применения при формовке отливок на формовочных машинах и автоматических формовочных линиях, огнеупорную оболочку изготовляют из огнеупорного теплоизоляционного, например, муллитокремнеземистого материала, открытой также сверху, и перед формовкой устанавливают ее на уменьшенную на 80% по металлоемкости по сравнению с обычной моделью прибыли, а из смеси термита с металлом изготавливают стержень, который устанавливают на верх оболочки, при этом масса стержня составляет от 1,4 до 5,0% от массы жидкой стали в прибыли.

РИСУНКИ

Рисунок 1