Литейная стопочная форма

 

Сотоэ Советскин

Социалистических

Республик

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свиМ-ву У 772701

»» 900958 (5!)М. Кл. (22) Заявлено 28.04.80 (21) 2915946/22-02

В 22 D 15/00 с присоединением заявки М (28) П но итет—

3Ьиудлрстиеииый комитет

СССР

lo делам изобретений и етиритий р р

Опубликовано 30.01.82. 6ктллетень М 4 (53) УДК 621746. .043 (088.8) Дата опубликования описания 30.01.82 (72) Автор изобретения

А. И. Траченко

:: Ъ (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно институт горного машиностроения (54) ЛИТЕЙНАЯ СТОПОЧНАЯ ФОРМА

Изобретение относится к литейному производству, в частности к оборудованию и технолоГической оснастке кокильного литья.

По основному авт. св. И 772701 известна литейная стопочная форма, включающая секционные кокили, крышку и центровой стержень, образующий полость стояка с системой литниковых ходов к полостям форм, и с выступами, образующими местные пережимы поперечного сечения стояка, в которой переlO жимные выступы со стороны верхних поверхностей снабжены вертикально установленными центровыми полыми стаканами, верхние торцы которых в промежуточных полостях стояка расположены под нижним поверхностями смежных верхних пережимных выступов, а

35 верхний торец стакана в верхней полости стояка расположен ниже верхнего торца центрового стержня (1).

Недостатком такой стопочной формы является то, что вертикально установленные полые стаканы по всей высоте центрового стержня расположены соосно, вследствие чего жидкий металл при заливке имеет возможность попадать сразу иэ заливочного ковша в полости нижней секции. В этом случае имеет место большая высота (от сливного отверстия заливочного ковша до полости нижней секции формы) падения заливочной струи, и расплав, не встречая на пути падения никаких преград, приобретает под действием сил тяготения значительную кинетическую энергию и скорость, при этом возникает повышенный гидравлический удар струи металла, под воздействием которой происходит интенсивный размыв и разрушение песчаного центрового стержня, что является причиной .засорения: и возникновения брака металла отливок.

Особенно большое отрицательное воздействие отмеченных недостатков сказывается при использовании крупных литейных стопочных форм.

Цель изобретения — уменьшение кинетической энергии заливочной струи при заполнении формы расплавом и повышение качества отливок.

Поставленная цель достигается тем, что в форме вертикально установленныеполыеста900958 каны в смежных секционных полостях стояка центрового стержня смещены относительно друг друга и вертикальной оси центрового стержня. Смещение стаканов относительно друг друта произведено с разобгцением проекции поперечных сечений из внутренних полостей на горизонтальной плоскости.

Предлагаемая стопочная форма позволяет уменьшить кинетическую энергию заливочной струи тем, что процесс поступления расплава 10 из заливочного ковша происходит путем последовательно-поочередного заполнения секционных полостей литниковой системы центрового стержня, начиная с верхней, затем промежуточных, и в последнюю очередь нижней. 15

На фиг. 1 изображен вертикальный центрально-осевой разрез стопочной формы в сборе; на фиг. 2 — поперечный разрез А-А на фиг, 1; на фиг. 3 — поперечный разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — вертикальный цент- що рально-осевой разрез стопочной формы в .сборе совместно с расплавом на первоначальной стадии заливки верхней секционной формы; на .фиг. 5 — вертикальный центрально-осевой разрез стопочной формы в сборе совместно 25 с расплавом на первоначальной стадии заливки промежуточной секционной формы; на фиг. 6— вертикальный центрально-осевой разрез стопочной формы в сборе совместно с расплавом на первоначальной стадии заливки нижней Зр секционной формы; на фиг. 7 — вфтикальный центрально-осевой разрез стопочной формы в сборе совместно с расплавом после окончания заливки; на фиг. 8 — вертикальный центрально-осевой разрез стопочной формы в сборе совместно с расплавом в первоначальный момент кристаллизации залитого металла; на фиг, 9 — вертикальный центрально-осевой разрез стопочной формы в сборе совместно с залитым металлом на финишной стадии кристаллизации последнего.

Литейная стопочная форма состоит из секционных кокилей 1 — 3 с полостями 4 — 6 для секционных отливок, крышки 7, центрового стерЖня 8 с пережимными выступами 9 и 10, 45 вертикальными полыми стаканами 11 и 12, литниковыми ходами. 13 — 15.

Полость стояка в стержне 8 разделена пережимными выступами 9 и 10 и вертикальными полыми стаканами 11 и 12 на полости

16 — 18 прибылей и пережимные полости 19 и

20 поперечного сечения стояка.

Секционные кокили 1 — 3 предназначены для формирования в их полостях 4 — 6 секционных отливок, пережимные полости 19 и 20 служат для подачи расплава в нижние секционные формы при заливке, литниковые ходы 13 — 15 — для поступления жидкого металла при заливке в полости 4 — 6. цля секцион4 ных отливок, полости 16 — 18 прибылей — для накопления в них жидкого металла с целью подпитки секционных отливок при их кристаллизации.

В качестве примера на чертежах представлена трехсекционная стопочная форма, в которой основные элементы — детали имеют форму тел вращения, при этом количество элементов ограничено небольшим числом, а именно секционных кокилей = три, пережимных выступов — два, вертикальных полых стаканов — два, полостей прибылей — три, литниковых ходов — по одному в каждой секционной форме.

По основному изобретению пережимные выступы со стороны верхних поверхностей снабжены вертикальными полыми стаканами, вертикальные стенки которых расположены вокруг местных пережимов полостей стояка, в частности, пережимной выступ 9 со стороны верхней поверхности 21 снабжен вертикальными полым стаканом 11, вертикальные стенки которого расположены вокруг местного пережима полости 19 стояка, пережимной выступ 10 со стороны верхней поверхности 22 снабжен вертикальным полым стаканом 12, вертикальные стенки которого расположены вокруг местного пережима полости 20 стояка.

При этом верхние торцы вертикальных полых стаканов в промежуточных полостях стояка расположены ниже нижних поверхностей смежных верхних пережимных выступов, в частности, верхний торец 23 вертикального полого стакана 11 в промежуточной полости 17 стояка расположен ниже нижней поверхности 24 смежного верхнего пережимного выступа 10, а верхний торец 25 вертикального полого стакана 12 в верхней полости 18 стояка расположен ниже верхнего торца 26 центрового стержня &.

Вертикально установленные полые стаканы

11 и 12 в смежных секционных полостях 17 и 18 стояка смещены относительно друг друга и геометрической вертикальной оси 27 на таком расстоянии S, что проекции поперечных сечений внутренних полостей 19 и 20 вертикальных стаканов 11 и 12 на горизонтальной плоскости разобщены (фиг. 1 и 3).

На фиг. 1 и 3 показан пример большого смещения, когда расстояние S между проекци. ями поперечных сечений внутренних полостей

19 и 20 вертикальных стаканов 11 и 12 на горизонтальной плоскости больше толщины вертикальной стенки S стакана 11, то есть

S > S Вариант, когда S > $ является наиболее предпочтительным, так как в этом случае исключается попадание струи расплава в полость 19 при истечении иэ полости 20 в первоначальный момент заливки. верхнего торца 25 стакана 12, жидкий металл устремляется в полость 20 и поступает в виде истекающ и струи 30 в смежную промежуточную секционную полость 17 прибыли.

В последующем процессе заливки (фиг.5) . продолжается заполнение верхней секционной . полости 6 для отливки, происходит первоначальная стадия заливки промежуточной секционной формы, при этом часть расплава через лнтниковый ход 14 поступает в секционную полость 5 для отливки, происходит заполнение прибыльной полости 17, при этом после того, как уровень 31 металла возвысится над торцом 23 стакана 11, жидкий металл начинает через полость 19 истекать в виде струи 32 и поступает в нижнюю секционную полость 16 для прибыли.

В дальнейшем (фиг. 6) продолжается заполнение жидким металлом 28 верхней полости 6 и нромежуточ1юй полости 5 секционных полостей для отливок и начинается осуществление первоначальной стадии заливки нижней секционной формы, при этом происходит заполнение прибыльной полости 16 и полости 4 для секционной отливки путем поступления расплава через литниковый ход 13.

Следует подчеркнуть, что последовательность заполнения жидким металлом секционных полостей стопочной формы осуществляют в желаемоя очередности, например, начиная с нижней и кончая верхней нлн наоборот, а также достигают синхронноспг (одновременности) заполнения всех секционных форм по всей высоте стопки или выборочно, для чего необходимо расчетным нли расчетно-экспериментальным путем определить необходимое соотношение между величинами поперечных сечений элементов литннково-прибыльной системы в центровом стержне 8, например, при-, быльных полостей, 16 — 18, полостей 19 и 20 стаканов 11 и 12, полостей 4-6 для секци ж ных отливок и лнтниковых ходов 13 — 15, и этим самым установить желаемо регулируемую пропускную способность протекания жидкого металла через соответствующие элементы mrпиковой системы.

Благодаря тому, что вертикальные полые стаканы в смежных секционных полостях стояка центрового стержня смещены относительно друг друга и геометрической вертикальной оси на такое расстояние, что проекции поперечных сечений внутренних полостей вертикальных стаканов на горизонтальной плоскости разобщены, прямое (непосредственное) попадание заливочной струи металла 28 из ковша в полость нижней секционной формы исключено, при этом, чтобы попасть из верхней секционной полости центрового стержня в нижнюю секционную полость, расплав должен

5 900958

В других вариантах конструктивного исполнения при малом смещении стаканов 11 и 12 возможны случаи, когда проекции поперечных сечений внутренних полостей 19 и 20 вертикальных стаканов на горизонтальной плоскости 5 не разобщены, а пересекаются илн касаются . (не показаны). Такие варианты нежелательны, так как при этом может иметь место попадание струи расплава при истечении из верхних сливных отверстий в нижние, например, нз верхней полости 20 в нижнюю полость 19, и попадание расплава в нижнюю секционную полость 16 центрового стержня 8.

Сборку стопочной формы осуществляют путем последовательной установки друг íà IS друга секционных кокилей 1 — 3, простановки центрового стержня 8 (который может состоять из отдельных частей), установки и закрепления крышки 7.

Необходимая точность фиксирования секционных кокнлей и крышки относительно друг друга достигается эа счет. выполнения соответствующих; цилиндрйческих или конических замков в секционных кокилях по поверхностям разъема. Выполнение цилиндрических или конических замков (на чертежах показаны одноступенчатые цилиндрические замки), в секционных кокилях со стороны плоскостей разьема является наиболее целесообразным, так как при этом достигается наибольшая точность фиксации, следовательно, достигается наибольшая точность секционных . отливок в силу того, что при этом исключаются смещения секционных кокилей и крышки относительно друг друга и этим самым Зч предотвращается образование перекосов в секционных отливках, нри этом учитываются в наибольшей степени колебания размеров секционных кокилей эа счет изменения температурных коэффициентов линейного расширения 40 при нагревании-охлаждении элементов формы залитым металлом, В тех случаях, когда .стопочная форма имеет большую высоту, характеризуется большими размерами, центровой стержень 8 с целью удобства сборки может быть выполнен составным, и тогда сборку формы необходимо осуществлять постепенным наращиванием путем поочередного чередования установки секционных кокилей 1-3 и отдельных частей о центрового стержня 8, Заливку стопочной формы (фиг. 4) осу- ществляют путем подачи жидкого металла

28 в верхнюю секционную полость 18 прибыли, при этом жидкий металл в первоначальный момент заливки частично через лнтниковый ход 15 поступает в полость 6 для секционной отливки, заполняет полость 18, а когда уровень 29 расплава поднимается выше

900958 преодолеть большой путь, пройдя последовательно все промежуточные секционные полости центрового стержня (фиг. 4-6).

Таким образом, в предлагаемой стопочной форме прямое непосредственное падение заливочной струи металла возможно только иэ одной верхней секционной формы в одну смекную нижнюю, например, иэ верхней секционной полости 18 стояка в нижнюю смеж,ную полость 17 стояка, при этом.максималь- то ный напор или, что то же самое, максимальная высота падения струи 30 расплава будет равна расстоянию между уровнем 29 зеркала металла в верхней секционной прибыльной полости 18 и поверхностью 21 дна нижней смежной прибыльной полости 17, Этим самым в предлагаемой стопочной форме высоту падения заливочной струи возможно уменьшить в несколько раз по сравнению с известной формой. Принимая во внимание этотфактор, а также то, что при каскадном перетеканин расплава сверху вниз он на своем пути встречает различные сопротивления, падающие струи расчленяются на многочисленные отдельнъте турбулентные потоки, при этом резко умень- 2S июется кинетическая энергия потоков жидкого металла, следовательно, в значительной степени уменьшается удельное концентрированно силовое воздействие на отдельные участки центрового стержня и участки элементов сто- 3б почнойт формы, в силу чего существ тно улучшается кинетика течения расплава внутри полостей формы.

Предотвращение большой высоты падения струи жидкого металла, уменьшение кинетической энергии потоков расплава внутри полостей формы исключает возможность возникновения повышенных гидравлических ударов, создает наиболее благоприятные условия по получению высококачественных отливок, так как в этом случае практически устраняются объективные причины по разрушению центрового стержня и материала футеровки секцион. ных кокилей и этим самым предупреж рется возможность засорения металла неметаллическими включениями, брак отливок по засорам практически исключается.

Предлагаемое решение позволяет расширить область применения стопочных форм в

50 сторону использования крупных секционных форм и большой высоты стопки.

Первоначально, сразу после окончания заливки, когда все полости стопочной формы наполнены расплавом и уровень 29 расплава .в верхней секционной прибыльной полости 18 вьпце торца 25 стакана 12, кратковременно все секционные формы являются сообщениы. ми сосудами, (фиг. 7).

В дальнейшем процессе пребывания расплава в стопочной форме происходит значительное уменьшение объема последнего вследствие понижения температуры при охлаждении и частичной кристаллизаций порций металла в полостях 4 — 6 секционных отливок, в результате чего имеет место интенсивное понижение уровней зеркала металла в полостях

18 — 16 прибылей, при этом уровни зеркала металла в полостях 18 и 17 прибылей опускаются ниже верхних торцов 25 и 23 вертикальных полых стаканов 12 и 11, пережимные полости 19 и 20 освобождаются от расплава, и в этот период происходит разъединейие залитого расплава по высоте стопочной формы (фиг. 8).

После этого все секционные формы в стопке являются независимыми друг от друга, так что последующая кристаллизация металла в них происходит по самостоятельным процессам. Процесс затвердевания металла в секФ ционных формах протекает в следующей последовательности: в первую очередь образуются твердые слои металла 34 — 36, непосредственно контактирующие с металлическими секционными кокнлями и крышкой, так как здесь имеет Место ускоренное охлаждение вследствие повышенной теплопроводностн и отвода теплоты через стенки формы в окружающую, внешнюю среду, при этом в полостях

4 — 6 кокилей формируются секционные отливки, подпитка которых осуществляется через литниковые ходы 13 — 15 за счет расплава, находящегося в полостях 16 — 17 прибылей (фиг, 8).

В связи с тем, что в процессе заливки через полости 16 — IS прибылей литниковые ходы 13 — 15 и местные пережимы поперечных сечений полостей 19 и 20 стояка протекает большая масса расплава, все эти элементы центрового стержня 8 подвергаются нагреву практически до температуры расплава, а также в связи с тем, что теплопроводность несчаного стержня 8 значительно меньше, чем теплопроводность металлических секционных кокилей и крышки, и расплав в полостях

16 — 18 прибылей окружен элементом песчаного стержня 8, то при этом обеспечиваются благоприятные условия по получению плотных секционных отливок 37 — 39 в силу того, что подпитывающий металл в полостях 16-18 прибылей наиболее длительное время находится в жидком состоянии и затвердевает в последнюю очередь (после расходования большей части на подпитку отливок), (фиг. 8 и 9}.

Предгтагаемая литейная стопочная форма позволяет уменьшить высоту падения заливочной струй расплава и кинетическую энергию

9 900958 10 потоков металла в процессе заполнения формы что, с целью уменьшения кинетической энери этим самым предотвратить илч существенно гии заливочной струи при заполнении формы уменывить разрушение центрового песчаного расплавом -и повышения качества отливок, стержня и футеровкн секционных кокилей. вертикально установленные полые стаканы в

Исключить или существенно уменьшить засоре- ч смежных секционных полостях стояка центроние металла отливок неметаллическими вклю- вого стержня смещены относительно друг дручениями. Предполагается, что брак литья по га и вертикальной оси центрового стержня. засорам сократиться не менее, чем в два раза. 2. Литейная форма по п. 1, о т л и ч аРасширить область применения стопочных форм ю щ а я с я тем, что смещение стаканов в сторону использования крупных секционных tO относительно друг друга произведено с раэобформ и большой высоты стопки. щением проекций поперечных сечений их внутренних полОстей на горизонтальной плоскости.

Формула изобретения

1. Литейная стопочная форма по авт.св.

N4 772701, отличающаяся тем, Источники информации, ts принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 772701, кл. В 22 0 15/00, 1979.

900958

Составитель В. Кусов

Техред М. Надь

Корректор В. Синицкая

Редактор Ю. Середа

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужтород, ул. Проектная, 4

Заказ 12257/7 Тираж 852

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5