Способ литья с последовательно направленной кристаллизацией

 

Использование: в местном производстве, а именно при литье в постоянные литейные формы - кокили. Сущность изобретения: заливку сплава в кокиль производят из печи-дозатора по металлопроводу в литниковую чашу, из которой по литниковому каналу через полость питателя сплав поступает в полость формы. В момент, когда сплав заполнит дно полости формы и перекроет полость питателя, одновременно включают механизм подъема литниковой плиты и охлаждения кокиля. Литниковая плита поднимается вверх и отсекает питатели от отливки еще в жидком состоянии. Применение охлаждающего элемента, который выходит на дно полости формы и контактирует со сплавом, обеспечивает интенсивный теплоотвод равномерно по всему дну. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью в постоянные литейные формы кокили, и может найти широкое применение при изготовлении любых отливок, особенно крупногабаритных, у которых можно создать плоский фронт кристаллизации и наибольшую из сторон которых можно использовать для питания. Изобретение можно применить при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов.

Известен способ литья (Технология литейного производства. Цветное литье. Справочник. М. Машиностроение, 1989, с. 415-417), при котором литейную форму, нагретую выше температуры ликвидуса сплава, устанавливают на охлаждаемый поддон кристаллизатор и заливают перегретым сплавом. При заливке форма находится внутри нагревающего устройства (индуктора). После небольшой технологической выдержки форму опускают вниз из зоны нагрева с определенной скоростью вместе с поддоном кристаллизатором. В процессе затвердевания формируется направленная структура отливки. Однако этим способом получают литые слитки, а отливки деталей машин получить не представляется возможным. Способ пригоден только для индивидуального производства.

Наиболее близким техническим решением является способ последовательно направленной кристаллизации. Сущность этого способа состоит в том, что жидкий сплав поступает в нижнюю часть литейной формы по металлической трубке. Форма относительно конца трубки медленно перемещается вниз, т.е. новые порции сплава поступают на частично затвердевшую часть сплава в форме, чем и обеспечивается последовательно направленная кристаллизация отливки.

Однако известный способ имеет следующие недостатки: способ пригоден только для индивидуального литья, так как требуется большая подготовка формы. Это делает способ малопроизводительным; выход годного низок, так как имеются затраты жидкого металла на литниковую систему; литниковая система остается.

Цель изобретения повышение производительности за счет использования предложенного способа на карусельных многопозиционных кокильных машинах с применением многоместной кокильной оснастки, увеличение выхода годного (90% и выше) за счет отсутствия литниковой системы, которая отсекается подвижной литниковой плитой еще в жидком состоянии сплава. Отсутствие же литниковой системы дает возможность полностью устранить очень трудоемкие операции, такие как обрубка и обломка литниковой системы.

На фиг. 1 изображена схема для осуществления способа; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 нижняя часть подвижной литниковой плиты.

Схема для осуществления способа состоит из задней половины 1 кокиля, передней половины 2 кокиля, центральной неподвижной части 3 кокиля, в которую установлена подвижная литниковая плита 4, состоящая из верхней части 5 плиты 4, нижней части 6 плиты 4 и изоляционного слоя 7. В верхней части 5 плиты 4 выполнены полость 8 стояка, полость 9 питателя и литниковый канал 10. В задней половине 1 кокиля и передней половине 2 кокиля выполнены полость 11 прибыли и полость 12 формы, в дно которой выходят радиаторы холодильники 13, связанные с каналом 14 охлаждения, с другой стороны упирающиеся в прижимную плиту 15 через уплотнительную прокладку 16. Механизм подъема и опускания (не показано) плиты 4 содержит устройство 17 включения и шток 18. В литниковой чаше 19 выполнено окно 20.

Заливка сплава в кокиль производится из печи-дозатора по металлопроводу (не показано) в литниковую чашу 19, из которой через окно 20 поступает в полость 8 стояка, а затем через литниковый канал 10 в полость 9 питателя и далее в полость 12 формы. Нижняя часть стояка изготовлена так, что кинетическая энергия струи сплава гасится и сплав спокойно, ламинарно входит в полость 12 формы. В момент, когда сплав заполнит дно полости 12 формы и перекроет полость 9 питателя, одновременно включают механизм (не показано) подъема и опускания плиты 4 и охлаждение кокиля. Плита 4 поднимается вверх и при этом отсекает питатели от отливки еще в жидком состоянии. Охлаждающая среда циркулирует по каналу охлаждения 14, смывая радиаторы холодильники 13, контактирующие со сплавом. Радиаторы холодильники 13 выполнены из материала с большой теплопроводностью, что дает возможность быстро захолодить залитый сплав, создав плоский фронт кристаллизации.

По окончании заливки плиту 4 при помощи механизма (не показано) подъема и опускания возвращают в исходное положение. Параметры плиты 4 подбирают расчетным путем в зависимости от поперечного сечения отливки и литейной скорости кристаллизации данной отливки. По мере подъема плиты 4 сплав как бы слоями заполняет вышележащие слои, подпитывая нижележащие, обеспечивая последовательно направленную кристаллизацию отливки, одновременно вытесняя последовательно образующиеся газы (например, от песчаных стержней в момент заполнения формы горячим сплавом).

Скорость подъема литниковой плиты определяют из условия неразрывности потока жидкого металла; v_п= где V_n скорость подъема литниковой плиты, м/с; μ- коэффициент расхода (зависит от сечения питателя); S_пит площадь поперечного сечения питателя, м²; n число питателей; g ускорение свободного падения, м²/с; Н_о высота отливки, м; S_ф площадь поперечного сечения отливки, м².

Размеры поперечного сечения питателя определяют из условия материального баланса в зоне затвердевания: S_пит·v_м·n S k где V_м линейная скорость истечения металла из питателя, м/с; S_пит= S_ф где τ_в- время заполнения формы сплавом, с;
Учитывая, что H_o= k, то S_пит= где k коэффициент затвердевания, м/с^1/2.

Необходимо отметить, что плоский фронт кристаллизации устойчив при отсутствии концентрационного переохлаждения, что определяется условием:
≥ -ω_л где Т_ж градиент температуры в жидкой фазе, ^оС/м;
V_в скорость затвердевания, м/с;
ω_л тангенс угла наклона линии ликвидус сплава;
С_т относительная концентрация второго компонента сплава в твердой фазе;
k_p коэффициент распределения компонента, равный
k_p= , где С_ж относительная концентрация второго компонента в жидкой фазе;
Д_ж коэффициент диффузии второго компонента в жидкой фазе;
Максимальная скорость затвердевания из условия теплового баланса на фронте затвердевания в предположении Т_ж _→ 0 равна
v_макс= где λ_т коэффициент теплопроводности твердого металла, Вт/м ^оС;
Т_т градиент температуры в твердой фазе, ^оС/м;
ρ_т плотность твердой фазы, кг/м³;
L удельная теплота кристаллизации, кДж/кг.

Использование предлагаемого способа с последовательно направленной кристаллизацией отливок по сравнению с существующими способами имеет следующие преимущества:
увеличение производительности в несколько раз в связи с применением его на существующем высокопроизводительном оборудовании (например, на карусельных многопозиционных кокильных машинах с многоместными кокилями);
увеличение выхода годного (до 90% и более) за счет отсутствия литниковой системы;
возможность получения оливок из композиционных сплавов за счет создания фронта кристаллизации.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЛИТЬЯ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ, включающий послойную заливку расплава в литейную форму через литниковую систему, которую с начала заливки начинают перемещать относительно литейной формы, и охлаждение со стороны ее дна в процессе кристаллизации, отличающийся тем, что литниковую систему, имеющую питатели, выполняют в подвижной литниковой плите, с начала заливки расплава ее начинают перемещать вверх, отсекая при этом питатели от отливки в жидком состоянии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение ведут с использованием одного или нескольких охлаждающих элементов, равномерно размещенных верхним торцом заподлицо с дном рабочей полости литейной формы и контактирующих с расплавом для более интенсивного теплоотвода от нижней части литейной формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4