ОТЛИВКА ПРОБКИ ШАРОВОГО КРАНА

Заявляемая полезная модель относится к области литейного производства и может быть использована при производстве заготовок деталей трубопроводной арматуры, в частности, пробки шарового крана различных типоразмеров. Отливка пробки шарового крана, производимая, как правило, из углеродистой стали 20Л методом литья в песчаные формы, используется в элементах запорной арматуры магистральных газовых трубопроводах. В связи с этим к отливкам предъявляются высокие требования по наличию газовых и усадочных дефектов. Масса одной отливки с литниково-питающей системой варьируется от 10 кг до 20 тонн и более. Скрытность течения процесса затвердевания металла в форме затрудняет возможность ликвидации возникающих при этом усадочных дефектов отливок. При производстве данного вида отливок обычно используется облицовочная хромитовая смесь, стальные холодильники для захолаживания основных тепловых узлов, а также экзотермическая и теплоизоляционная оболочки для поддержания высокой температуры в прибыли. Кроме того, металл необходимо дополнительно очищать при помощи специальных фильтров и или внепечной обработки расплава с последующим вакуумированием. Такие условия существенно удорожают процесс производства отливок. Одной из задач заявляемой полезной модели является решение проблемы снижения себестоимости процесса литья. На странице http://www.esi-russia.ru/content/primer-modelirovaniya-otlivki-probka-sharovogo-krana-dlya-zao-tyazhpromarmatura опубликовано решение расчетной задачи определения мест и причин образования усадочных рыхлот при отливке пробки. Данный дефект является основной проблемой при производстве отливок, так как при механообработке полученных изделий снимается слой металла толщиной 15-20 мм по всей внешней поверхности пробки.
Из уровня техники известен способ изготовления заготовок полых деталей по патенту №2378086. Литейная форма для изготовления заготовки содержит основную формообразующую полость и сообщающуюся с ней полость, формирующую отвод. На наружной поверхности отливки, противоположной отводу, формируют прибыльную часть, которая уравновешивает массу расплава, формирующую отвод. Расплав заливают в основную формообразующую полость формы, вращающейся вокруг вертикальной оси, проходящей через полость. Прибыльную часть рассчитывают из условия размещения центра масс отливки на оси вращения. Отлитые заготовки имеют высокое качество, размеры, близкие к размерам готовой детали, и сформированные проходные отверстия, однако данный способ предусматривает наличие возможности центробежного литья, что не всегда возможно обеспечить в условиях современных производств.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является отливка пробки шарового крана, получаемая в результате применения способа по патенту №2393047. Отливка имеет форму шара, плавно переходящего в усеченный конус, верхнее основание которого является основанием прибыли. При литье продольную ось сквозного канала располагают в горизонтальной плоскости лада формы по линии разъема, цапфы пробки располагают по вертикальной оси внутри сферы отливки. Припуск на механическую обработку сферической поверхности задают увеличенным в направлении прибыли, которую располагают в верхней части отливки.
Основным недостатком такой отливки является вертикальное расположение цапф, что подразумевает размещение зон уплотнения вертикально ориентированно по бокам отливки. Таким образом, все неметаллические включения и газы не уходят полностью в прибыль, а остаются в отливке, в важных зонах уплотнения будущей детали пробки, снижая тем самым качество отливок.
Задачей заявляемого технического решения является улучшение качества отливок, предназначенных для изготовления деталей трубопроводной арматуры, в частности, пробок шаровых кранов, за счет снижения возможности проявления дефектов в виде неметаллических включений в отливке.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении направленной кристаллизации и удалении неметаллических включений и газов из отливки в зону прибыли за счет технологического формообразования отливки, позволяющего избежать необходимости в применении дополнительных специальных дорогостоящих мероприятий по обеспечению высокого качества отливок (применение специальных формовочных песков (например, хромитового), дополнительной очистки жидкого металла перед литьем при помощи специальных фильтров и/или внепечной обработки расплава с последующим вакуумированием).
Поставленная задача решается тем, что в отливке пробки шарового крана, представляющей собой литую заготовку, снабженную удаляемыми при механообработке прибылью и питающей литниковой системой, с центральным сквозным каналом, образующим магистральный проход, двумя цапфами и двумя зонами уплотнения, согласно техническому решению, две зоны уплотнений расположены в верхней и нижней части отливки лицевой, относительно отливки, стороной вверх и вниз соответственно, а цапфы расположены и центрированы по осевой горизонтальной плоскости по бокам отливки. Отливка также может быть снабжена специальной зоной удаления неметаллических включений и газов, расположенной под прибылью и охватывающей верхнюю зону уплотнения. Для литья пробок больших типоразмеров, отливку дополнительно снабжают нижней прибылью, располагаемой в стержне отливки, при этом напротив цапф устанавливают холодильники. Литая заготовка может быть выполнена сферической, или сложно-профильной формы, например, конической в нижней части, цилиндрической в средней части и торообразной в верхней части.
Заявляемая полезная модель поясняется следующими схематичными изображениями:
На фиг. 1 представлен общий вид отливки;
На фиг. 2 представлен разрез отливки до удаления прибыли и литниковой системы.
На фиг. 3 представлен разрез отливки, снабженной зоной удаления неметаллических включений.
На фиг. 4 представлена отливка со сложно-профильным сечением заготовки.
Позициями на чертежах обозначены
1. Заготовка;
2. Магистральный проход;
3. Зона уплотнений;
4. Цапфы;
5. Прибыль;
6. Литниковая система;
7. Зона удаления неметаллических включений;
8. Нижняя прибыль;
9. Холодильники;
Заявляемая отливка пробки шарового крана может быть получена методом гравитационного литья в сырые формы, песчаные холодно твердеющие смеси, в кокиль, оболочковые формы, или методом литья по выплавляемым моделям. Отливка представляет собой литую заготовку 1, которая может быть как сферической (фиг. 2), так и сложно-профильной формы (фиг. 4). Форма определяется типоразмером будущей пробки и, как следствие, необходимостью дополнительного питания отливки и степенью последующей механообработки. В отливке выполнено сквозное осевое горизонтально-ориентированное отверстие - канал, который образует магистральный проход 2 пробки шарового крана. В верхней части заготовки размещена прибыль 5, служащая для питания отливки в период затвердевания с целью предупреждения образования усадочных раковин и рыхлот. В нижней части заготовки подведена литниковая система 6, обеспечивающая спокойный подвод расплава к рабочей полости формы и постепенное заполнение ее поступающим снизу металлом.
Усадка жидкого и кристаллизующегося сплава обуславливает образование в отливках незаполненных металлом полостей (усадочных раковин и пор), что негативно сказывается на дальнейших эксплуатационных характеристиках таких отливок. В случае наличия в отливке усадочных дефектов, существенно возрастает риск частичного разрушения металла и утечки транспортируемой среды в окружающую среду, что крайне негативно сказывается на внешней экологической обстановке и создает угрозу безопасности эксплуатируемого объекта. Для исключения указанных дефектов зоны уплотнения отливки располагают особым образом. Зона уплотнения - наиболее ответственная зона отливки, которая после удаления припуска на механическую обработку в детали «Пробка шарового крана», контактирует с уплотнением корпуса шарового крана. Поэтому зона должна быть максимально плотной, для предотвращения неконтролируемой утечки транспортируемой среды.
Заготовка расположена таким образом, что зоны уплотнения 3 будущей пробки шарового крана размещены в верхней (под прибылью) и нижней части заготовки. При этом зоны уплотнения ориентированы лицевой стороной от заготовки. Нижняя зона уплотнения за счет высокой плотности металла в данной области и близости источника подвода металла имеет прочную и плотную структуру, а через верхнюю зону уплотнения обеспечивается отвод неметаллических включений в прибыльную зону. Таким образом, заявляемое размещение зон уплотнения, в отличие от прототипа, где зоны уплотнения расположены в средней части и могут содержать неметаллические включения и рыхлоты, обеспечивает получение более качественной отливки. При литье деталей больших типоразмеров объема верхней зоны уплотнения может быть недостаточно для полноценного удаления неметаллических включений и газов, поэтому заготовка содержит дополнительную зону удаления неметаллических включений и газов 7, формируемую вокруг поверхности верхней зоны уплотнения под прибылью. Кроме того, заготовка снабжена цапфами 4, формируемыми по бокам отливки в ее срединной части по осевой горизонтальной плоскости. При изготовлении отливок больших типоразмеров питания одной верхней прибыли может оказаться недостаточно. В таком случае, отливку дополнительно снабжают нижней прибылью 8, расположенной на стержне отливки и смежной с нижней зоной уплотнения. Для разграничения зоны питания двух прибылей напротив цапф устанавливают холодильники 9.
Отливку пробки шарового крана получают следующим образом.
Изготавливают литейную (ХТС) форму посредством заполнения холодно-твердеющей формовочной смеси опоки с моделью и литниково-питающей системой, заполняют ее формовочной смесью и уплотняют. После отверждения формовочной смеси из формы извлекают модель. Стержень отливки получают заполнением стержневого ящика стержневой смесью с последующим уплотнением и отверждением, затем стержень извлекают из ящика. Перед сборкой формы на все формообразующие элементы наносят слой противопригарной краски, форму собирают. Готовую форму через литниковую питающую систему заполняют расплавленным металлом необходимой марки. После завершения процесса кристализации отливку извлекают из формы, удаляют литниковую систему и прибыль, производят обрубку и очистку отливки любым из существующих методов.
В результате применения заявляемой полезной модели отсутствует необходимость применения хромита для обкладывания формы, дополнительной очистки жидкого металла перед литьем при помощи специальных фильтров и/или внепечной обработки расплава с последующим вакуумированием, поскольку литье может быть выполнено в песчаные формы, что существенно снижает себестоимость процесса производства пробок шаровых кранов.