Способ получения отливок и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения отливок, преимущественно из цветных сплавов. Цель изобретения повышение производительности. Установка содержит печи, ванну, телескопический подъемник с приводом, устройства для литья под низким давлением и вакуумным всасыванием 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления отливок, преимущественно из цветных сплавов.

Цель изобретения повышение производительности.

Способ заключается в следующем.

Отливки сложной формы получают с помощью стержней, сделанных из более легкоплавкого сплава, чем сплав отливки, по выплавляемой или выжигаемой модели форму изготовляют литьем в тигле, после кристаллизации формы (холодильником) модель выплавляют нагревателем, в полученную полость заливают металл отливки, при образовании корки отливки форму расплавляют, подбором соотношения толщин отливки и формы, а также температуры и теплоты кристаллизации плавящихся материалов модели и формы, применения вакуума с литьем под низким давлением и водоохлаждения осуществляют непрерывный процесс двойного литья. Для термической защиты поверхностей модели и формы от завышенной температуры заливаемого металла отливки их покрывают жидкими составами, с содержанием порошков веществ (графита, сульфида молибдена и др.) или без них, образующими разделительную пленку. Модели и формы изготовляют с ячеистой структурой путем примешивания к материалу, находящемуся в жидкой фазе, порообразующих средств (например, гидриды Ti, Zr, Ba, Li) в количестве до 10 мас. дегазацию металла отливки одновременно проводят снижением давления в форме и печи, с этим связана и очистка от окислов (рафинирование), после выдержки времени заливку сплава осуществляют литьем под низким давлением.

На фиг.1 изображена предлагаемая установка, вертикальный разрез; на фиг. 2 то же, с опрокидывающимся тиглем.

Установка содержит колонну 1, печь 2, тигель 3, телескопический подъемник 4 с приводом 5, печь 6 с теплоизоляцией 7.

Печь 2 представляет собой навесной агрегат, состоящий из ванны 8 плавки и хранения жидкой фазы материала формы с электронагревателем 9. Основным узлом является тигель 3, являющийся промежуточной емкостью и предназначенный для формовки и литья, снабженный для ускорения кристаллизации формы и через форму отливки окружным водопроводом 10, для плавки модели и формы электронагревателем 11. Тигель закрывается крышкой 12, под ней в плите 13 размещены держатель 14 литника; каналы гибких трубопроводов, вакуума и сжатого воздуха (не показаны). Гидравлический (или пневматический) цилиндр 15 осуществляет закрытие и открытие крышки 12.

В ванне 8 смонтировано устройство для осуществления формовки литьем под низким давлением, состоящее из металлоподъемных трубок или трубы 16, опущенной почти до дна ванны, примыкающей (не до верха) к стенке тигля 3, кран 17 в сливной трубе 18 открывает выход расплаву формы в ванну и закрывает выход воздуха из ванны при литье под низким давлением.

Для удаления модельной массы предусмотрен трубопровод 19.

Машина работает следующим образом.

Выплавка модели и заливка формы осуществляется с помощью трубы 18, выполненной в ванне 8. В начале трубы встроено сопло (не показано), в конце трубы под печью закреплена соединительная муфта 20, с помощью которой труба 18 соединяется с подъемной трубой (не показана) печи 6. Герметичность муфты обеспечивается уплотнительным манжетом 21. Стояк блока моделей помещается в сопла трубы 18.

При формовке с опрокидыванием тигля (фиг.2) труба удаления модельного расплава, она же труба заливки формы металлом отливки (не показано), выполнена в плите 13, проходит через крышку 12 и снабжена соединительной муфтой 20, с помощью которой приемная труба соединяется с подъемной трубой печи 6. При этом литник отливки в держателе 14, входящем в плиту, имеет цанговое крепление. Привод 5 осуществляет поворот кронштейна 22 с тиглем вокруг оси телескопического подъемника 4. Таким образом установка обеспечивает полярно-координатное движение печи 2. Замер температур формы и отливки осуществляется с помощью термопар 23.

Способ двойного литья координатной машины выполняется следующим образом. В исходное положение печь 2 устанавливается между началом и концом ленточных транспортеров (не показаны) один с моделями другой с отливками. Перед циклом в держатель 14 крышки 12 вставляют и закрепляют литник модели. После закрытия крышки приводом 5 устанавливают печь 2 на место выплавки модели над трубопроводом 19 (фиг.2).

Процесс формовки литьем выполняют следующим образом. Полость образованная моделью отливки в емкости 3 тигля, заполняется расплавом из ванны 8 через подъемные трубки или трубу 16. Затекание металла в полость может без ограничений регулироваться путем выбора давления газа и сечения литника. Необходимое давление газа зависит от толщины отливки-формы и разницы уровней между зеркалом ванны металла и высотой тигля. При специальной установке трубы сплав поступает в полость тигля с образованием пены и выдавливает воздух из тигля через вентиляционные отверстия. После завершения заполнения тигля давление удерживается до тех пор, пока начавшееся в нижней части затвердевание не достигнет крышки 12. Затем воздух из ванны 8 выпускается, и сплав, находящийся в подъемной трубе, стекает в ванну.

Блок мелких моделей, собранных из графитонаполненного полимера на общем литнике, по толщине может быть больше по сравнению с толщиной плавящейся формы на 10-15% Однако при заполнении емкости тигля 3 большая часть тепла металла (65-70%) передается холодильнику.

Для того, чтобы правильно определить параметры формы по отношению к модели и отливке, т. е. управлять образованием корки, необходимо заранее подобрать соотношение толщин отливки и формы, а также температур и теплоты кристаллизации плавящихся материалов модели и формы.

После затвердения формы расплав модельной массы вытекает из формы в трубопровод 19 под атмосферным давлением, поступающим через вакуум-провод. Удаление из формы остатков модельной массы осуществляется через вакуум-провод подачей горячего сжатого воздуха. При необходимости предотвращения схватывания поверхностей отливки с формой в момент соприкосновения жидкого металла с формой, которое само устраняется выплавкой модели и формы, модель и форму покрывают жидкими составами, содержащими порошки веществ (графита, сульфида молибдена и др.).

Важнейшим элементом технологического процесса является оптимальный тепловой режим охлаждения формы и отливки, поскольку толщина формы с металлическим тиглем превышает толщину отливки в несколько раз. При этом без опасения отпадает надобность в защите поверхностей модели при литье формы и поверхностей формы при ее заливке металлом отливки.

Готовую форму сложной отливки проверяют на герметичность жидкостью. Эту операцию используют и для покрытия поверхностей формы составами с содержанием порошков металлов или без них в тех случаях, когда разность температур кристаллизации между формой и отливкой выше допустимой.

Труба 18 с помощью муфты 20 удлинена для нанесения защитных покрытий на рабочую поверхность формы. Для разделения поверхностей тонких частей формы с заливаемым металлом завешенной температуры форму заполняют жидкостью, которая образует на рабочих поверхностях тонкую пленку толщиной не более 0,2 мм.

Подготовив соответствующим образом форму к заливке металлом, привод установки устанавливает печь 2 на печь 6. При этом герметизация стыка трубы 18 и металлоподъемной трубы печи 6 выполняется уплотнителем 21. Цикл литья в водоохлаждаемом тигле с плавящейся формой начинается с готовности формы к заливке. Внутри формы вакуум-насосом создается разрежение, и расплавленный металл втягивается внутрь холодной формы, в это время над зеркалом металла в печи 6 создается низкое давление газа (для алюминиевых сплавов 0,2-0,3 ат). После заполнения формы разрежение исчезает, при этом давление в печи удерживается до тех пор, пока начавшееся в верхней части затвердевание не достигнет литника (отверстия подъемной трубы у формы). Затем воздух из печи или тигля выпускается, и металл, находящийся в трубе 18, стекает в печь 6.

Как только кристаллизация отливки достигнет заданной температуры затвердевания, водоохлаждение и давление в ванне 8 прекращают, выпускают воду и включают сопротивление нагревателя или индуктор, чем осуществляют плавку формы. По достижении расплавом формы открывают кран 17, и жидкий сплав под атмосферным давлением через вентиляционные отверстия сливается в ванну 8, образуя полость и освобождая отливку от формы.

Воздух в газовых порах, находящийся под плотной коркой формы при ее расплавлении, под действием температуры, повсеместно расширяясь, оказывает давление на отливку такое же, как и давление из печи 6, что исключает в отливках дефекты усадочного происхождения, и они получаются очень плотными.

Так как при вакуумном способе литья под низким давлением затвердевание начинается в верхней части формы и распространяется вниз, то остальная часть металла подпитывает отливку снизу на протяжении всего процесса затвердевания, т.е. весь металл в печи 6 служит для каждой отливки во время затвердевания как жидкий питатель. Благодаря такому направленному затвердеванию при литье под низким давлением отпадает необходимость в прибыли для отливки, а масса литника находится на уровне ниже 5% После выплавки формы привод устанавливает печь с отливкой в исходное положение и раскрывает крышку 12. Отливка может быть извлечена из раскрытого тигля, как и установка модели при помощи манипулятора или робота.

При формовке литьем по выжигаемой модели в тигле осуществляют рассредоточенный подвод металла, обеспечивая спокойное затекание его в тигель сверху вниз так, чтобы не деформировать модель. Подвод в форму металла отливки выполняют снизу, так как это обеспечивает последовательную и равномерную газификацию модели.

Из сложных форм, имеющих поднутрения и карманы, из которых трудно удалить остатки модельной массы, удаление остатков модели осуществляется наклоном тигля в обе стороны с применением продувки формы сжатым воздухом.

После подготовки формы к заливке металлом как внутри формы, так и над расплавом алюминия в печи 6, вакуумными насосами создают разрежение.

При снижении давления над расплавом алюминия существующее равновесие смещается и находившийся в расплаве водород вынужден удаляться с поверхности зеркала. С этим связана и очистка от окислов. Вследствие пористости материала графитно-шамотного тигля снижение давления действует во всем объеме печи и происходит равномерная дегазация всего его содержимого. Подготовив металл, вакуумирование в печи 6 прекращается, в печь подают газ низкого давления, в результате осуществляется заливка формы рафинированным сплавом.

Формовка с наклоном опрокидыванием тигля осуществляется обычной заливкой. При затекании расплава по рассредоточенным каналам по заслонке из ванны в тигель воздух из тигля выдавливается через перфорацию в стенках или вентиляционные отверстия, выполненные в подовой полости тигля (не показано).

Использование изобретения позволит получать качественные отливки из цветных сплавов и повысить производительность труда.

Формула изобретения

1. Способ получения отливок, включающий изготовление формы по разовой модели, удаление модели, заливку металла, извлечение отливки путем разрушения формы, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, форму изготавливают путем заливки вакуумным всасыванием и кристаллизации в промежуточной емкости металла формы, после удаления модели заполняют форму литьем под низким давлением металлом отливки, причем извлечение отливки осуществляют расплавлением металла формы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполнение промежуточной емкости металлом осуществляют сверху по стенкам емкости.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения термической защиты модели и формы, поверхности модели и формы покрывают составом, содержащим порошки металлов.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что модели и формы изготавливают с ячеистой структурой путем добавления к расплаву порообразующих средств.

5. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что материал модели или формы вспенивают путем продувки воздухом или кислородом.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при литье по газифицируемым моделям осуществляют вакуумирование формы.

7. Установка для получения отливок, содержащая обогреваемый тигель с расплавом, соединенный с системой подачи сжатого воздуха и крышку с металлопроводом, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности, она снабжена размещенными на крышке тигля устройством для литья вакуумным всасыванием, соединенным с металлопроводом посредством каналов, и промежуточной емкостью для изготовления разовой металлической формы, имеющей крышку, связанную с приводом ее перемещения, емкость помещена на устройстве для литья вакуумным всасыванием и соединена с системами подогрева и охлаждения, при этом промежуточная емкость и устройство для литья вакуумным всасыванием закреплены на кронштейне, установленном на колонне с возможностью поворота и вертикального перемещения.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что по периметру промежуточной емкости размещены трубки, соединенные с металлопроводом.

9. Установка по п.7, отличающаяся тем, что на крышке промежуточной емкости закреплен держатель модели.

10. Установка по п.7, отличающаяся тем, что металлопровод устройства для литья вакуумным всасыванием соединен с муфтой и металлопроводом, размещенным в крышке тигля.

11. Установка по п.7, отличающаяся тем, что полости устройства для литья вакуумным всасыванием и промежуточной емкости соединены посредством запорного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2