Способ литья

Изобретение относится к центробежному литью. Во вращающийся вокруг оси О кокиль заливают металл, который под действием центробежных сил заполняет полости отливок через литники. В поверхностных слоях отливки кристаллизуется металл, имеющий мелкозернистую структуру. Прикладывают к кокилю дополнительный вращающийся момент, создающий угловое ускорение. Металл в полостях кокиля начинает вращаться вокруг собственных осей отливок, что препятствует образованию крупных кристаллов. Обеспечивается получение отливок с мелкозернистой структурой, которая приводит к повышению качества отливок. 1 ил.

 

Изобретение предназначено для применения в металлургии при использовании технологии центробежного литья для получения отливок, имеющих ось вращения. Ближайшим аналогом заявленного способа получения отливок является способ Ерыкалова Е.А. (RU 2026140 C1, 09.01.1995).

Способ литья предназначен как для одно-, так и для многопозиционных кокилей.

На чертеже представлено сечение многопозиционного кокиля для производства шарообразных отливок. Кокиль вращается по часовой стрелке вокруг оси вращения О, перпендикулярной плоскости чертежа, с угловой скоростью ω₀. Металл заливаем в приемную камеру 1 (см. чертеж) и под действием центробежной силы по литникам 3 он заполняет полости отливок 2. После заполнения кокиль с жидким металлом вращается, имея угловую скорость ω₀. Теперь прикладываем к кокилю дополнительный вращающий момент. В результате кокиль начнет вращаться с угловым ускорением α. Вследствие этого появится сила, заставляющая вращаться жидкий металл в полости отливки, причем оси вторичного вращения металла в отливках параллельны оси вращения всего кокиля (перпендикулярны плоскости чертежа). По мере остывания граница между жидкой и твердой фазой перемещается к центру отливки, но при этом жидкий металл перемешивается. Что приводит в конечном итоге к созданию мелкозернистой структуры металла в отливках и как следствие - к повышенной износостойкости и ударопрочности мелющих тел.

В случае достаточной интенсивности вторичного вращения все газовые примеси «всплывают» к геометрическому центру отливки, а не собираются под литником.

На практике установлено: эффект вторичного вращения металла в кокиле для чугуна при перегреве 80°С появляется уже при ускорении α=0,3 рад/сек², а при α>1 рад/сек² газовые включения, неизбежно присутствующие в металле, «всплывают» к центру шара и не влияют на износостойкость шара.

Предлагаемый способ литья позволяет создавать мелкозернистую структуру металла по всему объему отливки. Мелющее тело для шаровых мельниц получается с однородной мелкозернистой структурой по всему объему и полноценно «работает», постепенно изнашиваясь, до конца сохраняя шаровидную форму и поверхностную твердость.

Заливка во вращающийся кокиль дает ряд технологических преимуществ:

1. Позволяет увеличить скорость заполнения полостей кокиля.

2. Из чертежа видно, что литники имеют наклон (направлены вдоль вектора кориолисовой силы) и металл врывается в полость по касательной к поверхности шара и от этого приобретет дополнительный импульс вращения еще до воздействия углового ускорения.

3. Позволяет изменить угол наклона оси вращения кокиля относительно вертикали вплоть до 90°, что в свою очередь дает дополнительные возможности оптимизации технологического процесса.

Следует отметить, что угловое ускорение может быть как положительным, так и отрицательным, относительно направления вращения кокиля. На чертеже показано направление вторичного вращения при α<0 (торможение). Торможение может быть вплоть до реверса, т.к. заливка при воздействии центробежной силы позволяет уменьшить сечение литника и он быстро «перемерзает» и металл не выливается из полости даже при горизонтальной оси вращения кокиля.

На практике достигнуто: при диаметре шара 60 мм пощади сечения литника ~80 мм², 16-позиционном чугунном кокиле, рабочая температура кокиля ~200°С, время заливки и заполнения полостей ~8 сек, а весь цикл ускорений (вместе с заливкой) до полной остановки кокиля длится ~55 сек.

Способ получения из металла отливок, имеющих ось вращения, методом центробежного литья в кокиль, отличающийся тем, что осуществляют заливку металла во вращающийся кокиль и через литники заполняют полости отливок, причем после заливки вращают кокиль с угловым ускорением, создающим вращение металла в полостях отливок вокруг собственных осей.