Способ получения чугунных отливок без прибылей

 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения плотных высокогерметичных чугунных отливок без прибылей. Сущность изобретения в том, что после заливки чугуна в литейную форму ее приводят во вращение вокруг горизонтальной оси с угловой скоростью 1 - 60 оборотов в минуту. Это исключает образование открытой усадочной раковины, отделенной твердой перемычкой от незатвердевшей области отливки, в которой на этапе эвтектической кристаллизации возникает избыточный объем. Благодаря этому избыточный объем расходуется на заполнение усадочной пустоты, а не на предусадочное (наружное) расширение отливки. Указанное способствует получению чугунных отливок без прибылей.

Изобретение относится к линейному производству и может быть использовано для получения плотных высокогерметичных отливок без прибылей.

Для получения чугунных отливок без усадочных дефектов литейные формы изготавливают обычно со специальной полостью (прибылью), из которой во время затвердевания осуществляется питание отливок. При этом на прибыль расходуется большое количество металла, зачастую соизмеримое с самой отливкой, особенно при получении отливок из высокопрочного чугуна.

Вместе с тем, при затвердевании чугуна выделяется графит, что сопровождается увеличением объема и компенсацией усадки, вызванной охлаждением жидкого чугуна и его переходом в твердое состояние. Таким образом, казалось бы, имеется полная возможность для получения плотных отливок из чугуна без прибылей. Но на практике этого не происходит по следующей причине. При отсутствии прибыли на начальной стадии затвердевания оливки в ней образуется усадочная раковина из-за дефицита питания в этот период. На более поздней стадии затвердевания отливки, в частности на этапе эвтектической кристаллизации, образуется избыточный объем, вызванный интенсивным выделением графита и снятием в основном к этому времени перегрева чугуна. Избыточный объем, если он не прорывается в ранее образовавшуюся раковину, расходуется полностью на предусадочное (наружное) расширение отливки. Отливка получается с большой усадочной раковиной. Если избыточный объем прорывается в усадочную раковину, то последняя полностью или частично заполняется чугуном. Но как 0 показали исследования отливку нельзя признать качественной, даже если первоначально образованная раковина была полностью заполнена чугуном за счет избыточного объема. Наблюдается низкая прочность чугуна на границе бывшей усадочной раковины, вероятно, из-за окисленности и недостаточной свариваемости чугуна в этом месте.

Указанные дефекты устраняются предлагаемым изобретением. Суть изобретения том, что после отливки чугуна в литейную форму, ее приводят во вращение вокруг горизонтальной оси. При этом образующаяся усадочная пустота последовательно перемещается в тепловой центр. Это исключает образование усадочной раковины с выходом на поверхность отливки, а также твердой перемычки (моста) между усадочной раковиной и незатвердевшим объемом металла. Благодаря этому избыточный объем, возникающий в отливке на этапе эвтектической кристаллизации, расходуется на заполнение усадочной пустоты, а не на предусадочное расширение отливки. При отсутствии выхода усадочной раковины на поверхность отливки в ней возникает разрежение и внешнее (атмосферное) давление также способствует снижению объема усадочной раковины. Качество чугуна в области заполненной усадочной раковины не снижается, так как окисление отсутствует.

Оптимальная угловая скорость вращения литейной формы 1 60 оборотов в минуту. Скорость более 60 оборотов в минуту существенно увеличивает затраты, без последующего повышения качества. Скорость менее 1 оборота в минуту уже не обеспечивает равномерности послойного затвердевания отливки, а также более равномерного распределения неметаллических включений и исключения "черных пятен". Верхние слои отливок из чугуна с шаровидным графитом при обычном литье (без вращения) часто имеют дефект "черные пятна" вследствие всплывания неметаллических включений образовавшихся при взаимодействии жидкого чугуна с модификатором. Вращение литейной формы устраняет этот дефект за счет более равномерного распределения неметаллических включений по отливке и обеспечивает большую однородность механических свойств и герметичности в отливке.

Предлагаемый способ имеет следующую последовательность операций: 1) заливка чугуна в литейную форму; 2) приведение литейной формы во вращение вокруг горизонтальной оси с угловой скоростью 1 60 оборотов в минуту.

По технической сущности прототипом предлагаемого способа является центробежный способ литья [1, 2] который имеет следующую последовательность операций: 1) приведение литейной формы во вращение вокруг горизонтальной, вертикальной и т.д. оси с угловой скоростью сотни и тысячи оборотов в минуту; 2) заливка металла в литейную форму.

Таким образом, отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в иной последовательности операций и в том, что скорость вращения литейной формы в предлагаемом способе в сотни раз ниже по сравнению с центробежным способом литья.

Указанные отличия имеют принципиальное значение.

При центробежном способе литья жидкий металл и пустота располагаются симметрично относительно оси вращения за счет действия значительных центробежных сил. Жидкий металл находится во вращении вместе с затвердевшей частью отливки.

В предлагаемом способе центробежные силы практически отсутствуют и поэтому жидкий металл всегда находится внизу, а усадочная пустота над жидким металлом. Внутренняя поверхность оболочки кристаллизующейся отливки как бы обкатывается жидким чугуном. Сочетание обкатывания с послойным намерзанием чугуна создает эффект перемещения усадочной пустоты в сторону незатвердевшей области отливки.

При обычном литье (без вращения формы) неметаллические включения всплывают, обогащая верхние части отливки; при центробежном литье они удаляются в направлении оси вращения за счет "утяжеления металла", обогащая внутренние слои отливки; в предлагаемом способе неметаллические включения просто равномерно распределяются по сечению отливки, исключая образование типичного для высокопрочного чугуна дефекта типа "черных пятен".

Центробежным способом можно изготовлять только осесимметричные отливки во избежание разрушения установки из-за вибрации. Предлагаемым способом можно осуществлять получение чугунных отливок без прибылей, изготавливаемых в любых формах практически любой конфигурации и размеров.

В предлагаемом способе вращения литейной формы вокруг горизонтальной оси можно производить с помощью различных устройств: в частности, кантователей, вращателей, манипуляторов, промышленных роботов. Это могут быть и совершенно нетривиальные устройства. Выбор устройств и их проектирование зависит от ряда факторов: от массы, габаритов и конфигурации залитых литейных форм, серийности отливок, производственного опыта и т.д.

Формула изобретения

1 Способ получения чугунных отливок без прибылей, включающий заливку чугуна в литейную форму, приводимую во вращение вокруг горизонтальной оси вращения, и последующую кристаллизацию, отличающийся тем, что литейную форму приводят во вращение после окончания заливки чугуна в литейную форму с частотой вращения 1 60 об/мин.