УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНУТРИФОРМЕННОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ СПЛАВА

Полезная модель относится к литейному производству и может быть использована для внутриформенного модифицирования сплава (стали, чугуна, цветных металлов и их сплавов) при изготовлении отливок, в том числе, имеющих сложную форму, разветвленную конфигурацию.
Известна вставка для модифицирования чугуна в литейной форме, состоящая из модифицирующих компонентов и выполненная в виде таблетки, скрепленной с прямоугольной металлической пластиной, установленной в виде заглушки в углублении литникового канала, при этом для перекрытия последнего перед входом в литниковую форму диаметр таблетки выполнен равным или меньшим высоты участка литникового канала, расположенного между прямоугольной пластиной и входом в литниковую форму, а скрепление таблетки и прямоугольной металлической пластины выполнено, например, при помощи клея «жидкие гвозди» (RU 49746 U1, опубл. 10.12.2005).
Данное известное устройство не позволяет осуществить зональное модифицирование расплава, что ограничивает область его применения. Расположение модифицирующей вставки в литниковом канале может повлечь неравномерное распределение модификатора по объему литейной формы, поскольку в процессе заполнения литейной формы имеет место неравномерный расход количества модификатора, растворяемого в потоке металла, вследствие чего возможно ухудшение качества изготавливаемых отливок.
Известно модифицирование поверхности отливок в литейных формах, выполняемое составом модифицирующего покрытия, размещенного в полости литейной формы путем его нанесения пульверизатором или кистью на рабочую поверхность литейной формы, при этом модифицирующий состав представляет собой порошкообразный модификатор с добавлением жидкого стекла в качестве связующего и воду до получения однородной суспензии (SU 1271621 А1, опубл. 23.11.1986).
Модифицирующий состав при его нанесении на рабочую поверхность литейной формы в жидком виде стремится к растеканию, следствием чего может стать его неконтролируемое распределение по поверхности внутренней стенки литейной формы. Также определенную сложность представляет регулирование количества жидкого модифицирующего состава на поверхности литейной формы локально, в определенных местах. Следствием указанных факторов может быть ухудшение качества изготавливаемых отливок.
Известны устройства для местного легирования при изготовлении чугунных или стальных отливок, содержащие легирующие материалы и выполненные в виде пластин, стержней или спиралей, устанавливаемых, укладываемых или укрепляемых в местах легирования внутри литейной формы (SU 119316, опубл. в «Бюллетене изобретений» №8,1959 г.).
Применение устройств для местного легирования в виде пластин, стержней или спиралей осложняет точную дозировку количества легирующих материалов непосредственно в заданных зонах отливок, что может ухудшить качество изготавливаемых отливок. Кроме того, применение пластин, стержней или спиралей требует выполнения комплекса операций по установке, укладке или укреплению указанных изделий на поверхности полости литейной формы, что усложняет процесс применения данных известных устройств.
Техническая проблема, не решаемая известными аналогами, заключается в применении технических решений, которые не позволяют точно дозировать количество модификатора для улучшения качества отливок.
Техническим результатом от использования полезной модели является улучшение качества изготавливаемых из модифицированного сплава отливок с помощью предлагаемого устройства для внутриформенного модифицирования сплава.
Достигается указанный технический результат тем, что устройство для внутриформенного модифицирования сплава, содержащее модификатор и предназначенное для закрепления на поверхности рабочей полости литейной формы, согласно полезной модели, содержит двустороннюю клейкую ленту, при этом модификатор нанесен на двустороннюю клейкую ленту в виде слоя измельченного порошка.
В частных формах реализации в качестве двусторонней клейкой ленты может применяться, в частности, двусторонняя клейкая лента на вспененной акриловой основе.
В частных формах реализации двусторонняя клейкая лента закреплена в местах рабочей полости литейной формы, соответствующих зонам отливки, требующим зонального модифицирования.
В частных формах реализации двусторонняя клейкая лента закреплена в местах рабочей полости литейной формы, расположенных перед зонами отливки, требующими зонального модифицирования, относительно направления потока сплава.
Выполнение устройства для внутриформенного модифицирования сплава, содержащим двустороннюю клейкую ленту и нанесенный на нее модификатор, позволяет с высокой точностью дозировать количество модификатора в процессе нанесения его на двустороннюю клейкую ленту, а также контролируемо регулировать места размещения устройства в рабочей полости литейной формы, например, для повышения содержания необходимых химических элементов в заданных зонах отливки и получения качественной микроструктуры в этих зонах отливки.
Применение модификатора в порошкообразном состоянии обеспечивает улучшение качества отливок за счет увеличения эффективности использования такого модификатора на единицу площади поверхности рабочей полости литейной формы путем обеспечения повышенной плотности слоя порошкообразного модификатора. Модифицирование сухим способом исключает внедрение в расплав газообразных продуктов разложения остаточной влаги требующего просушивания модифицирующего покрытия, ведущее к поражению отливки газовыми дефектами. Кроме того, активные компоненты модификатора в виде порошка обладают улучшенной усвояемостью расплавом по сравнению с усвояемостью крупных частиц гранулированного модификатора. Также, порошковый модификатор, в отличие модификатора в состоянии суспензии, содержащей жидкую фазу, не растекается, его количество можно контролируемо распределять на поверхности рабочей полости литейной формы локально в определенных местах.
Предлагаемое техническое решение позволяет в отливках со сложной формой или разветвленной конфигурацией осуществлять зональное модифицирование путем точного и тонкого дозирования количества модифицирующих добавок непосредственно в требуемых зонах отливок, а в отливках, имеющих относительно небольшие размеры, осуществлять равномерное модифицирование всего объема отливок.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где представлены: на фиг. 1 - устройство для внутриформенного модифицирования сплава, аксонометрическая проекция; на фиг. 2 - литейная форма с устройством, закрепленным в местах, соответствующих модифицируемым зонам отливки, продольный разрез; на фиг. 3 - то же, разрез А-А; на фиг. 4 - литейная форма с устройством, закрепленным в местах, расположенных перед модифицируемыми зонами отливки, относительно направления потока расплава, горизонтальный разрез нижней полуформы.
Устройство для внутриформенного модифицирования сплава содержит (фиг. 1) двустороннюю клейкую ленту 1 и модификатор 2, который нанесен в виде слоя измельченного порошка на одну из сторон двусторонней клейкой ленты 1. Двусторонняя клейкая лента 1 состоит из клеевого слоя 1.1 и защитных пленок 1.2, прикрепленных с обеих сторон клеевого слоя 1.1. Со стороны нанесения модификатора 2 защитная пленка 1.2 прикреплена в виде двух фрагментов на концах двусторонней клейкой ленты 1.
В устройстве для внутриформенного модифицирования сплава могут применяться известные типы двусторонней клейкой ленты (скотча). В качестве двусторонней клейкой ленты может применяться, в частности, двусторонняя клейкая лента на вспененной акриловой основе. При этом реализация назначения полезной модели обеспечивается и указанный технический результат достигается при условии, что клей, на основе которого изготовлен клеевой слой двусторонней клейкой ленты, обладает высокой начальной адгезией к силикатным материалам, имеет комнатную температуру склеивания, высокую радиационную стойкость и высокую кратковременную термостойкость, которая зависит от температуры подаваемого в литейную форму расплава, не содержит в своем составе горючих растворителей.
Устройство для внутриформенного модифицирования сплава размещается внутри литейной формы 3 (фиг. 2, 4), имеющей рабочую полость с поверхностью 3.1, на которой закреплены отрезки двусторонней клейкой ленты 1. Двусторонняя клейкая лента 1 обращена внутрь рабочей полости литейной формы 3 той стороной, на которую нанесен слой модификатора 3. Противоположной стороной, с которой удалена защитная пленка 1.2, лента 2 приклеена к поверхности 3.1.
В одном из вариантов реализации полезной модели (фиг. 2, 3) отрезки двусторонней клейкой ленты 1 с модификатором 2 могут быть приклеены в местах 4 литейной формы 3, соответствующих зонам отливки, требующим локального модифицирования.
В другом варианте реализации (фиг. 4) отрезки двусторонней клейкой ленты 1 с модификатором 2 могут быть размещены в местах 5 литейной формы, расположенных перед модифицируемыми зонами отливки, на пути следования потока расплава.
Применение полезной модели предпочтительно при изготовлении отливок, получаемых методом вакуум-пленочной формовки. Преимущества такого применения заключаются в обеспечении высокой адгезии клеепереносящего слоя ленты с покрывной полимерной пленкой, в применении активного удаления продуктов деструкции компонентов клея с рабочей поверхности литейной формы, что позволяет размещать модификатор на поверхности любой конфигурации, а также в возможности организации операций размещения модификатора с высоким уровнем автоматизации.
Возможно также применение полезной модели в литейных формах с поверхностями, формируемыми песчано-глинистыми и холодно-твердеющим смесями, а также применение в постоянных металлических и керамических литейных формах. При этом существует ограничение, связанное с режимом газовой фильтрации продуктов горения клея в полости литейной формы, вследствие чего элементы двусторонней клейкой ленты с модификатором следует размещать только в местах литейной формы, имеющих хорошую вентиляцию за счет связи с окружающей средой.
Полезную модель осуществляют следующим образом.
Перед сборкой литейной формы осуществляют предварительную подготовку устройства для внутриформенного модифицирования сплава, для чего нарезают отрезки двусторонней клейкой ленты 1 расчетной длины, достаточной для нанесения необходимого количества модификатора 2. Модификатор 2 измельчают до состояния порошка. С одной из сторон отрезков двусторонней клейкой ленты 1 снимают защитные пленки 1.2 и наносят слой модификатора 2. Не приклеившиеся частицы модификатора 2 удаляют путем стряхивания, либо сдувания. Затем защитные пленки 1.2 снимают с противоположной стороны ленты 1 и фиксируют отрезки ленты 1 клеевым слоем 1.1 на поверхности 3.1 рабочей полости литейной формы 3. Предлагаемая конструкция устройства позволяет с высокой точностью дозировать количество модификатора 2.
При изготовлении сложных отливок с разветвленной конфигурацией стенок отрезки двусторонней клейкой ленты 1 с модификатором 2 располагают в местах 4 литейной формы 3, где требуется наибольшее количество модификатора 2. Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает точность локального размещения модификатора 2 рабочей полости литейной формы 3. При изготовлении простых и небольших по объему отливок отрезки двусторонней клейкой ленты 1 с модификатором 2 располагают в разных местах рабочей полости, распределяя их равномерно по поверхности 3.1.
Размещение модификатора 2 перед модифицируемыми местами 4 относительно направления потока расплава, через которые осуществляется питание жидким металлом мест 4, осуществляют аналогично описанному ранее. Для того, чтобы модификатор 2 был доставлен потоком расплава с высокой точностью в места 4, предназначенные для модифицирования, расстояние расположения закрепленного модификатора 2 от этих мест в каждом конкретном случае определяют с помощью моделирования заливки расплава с учетом конфигурации отливки, скорости заливки и физико-химических свойств заливаемого расплава.
При изготовлении отливок через подводящий канал в литейную форму 3 подают расплав металла, поток которого в рабочей полости взаимодействует с модификатором 2, постепенно и полностью растворяя его слой в виде измельченного порошка и активно перемешивая во время заполнения литейной формы. Локальное, либо равномерное размещение в рабочей полости модификатора 2, нанесенного на поверхность 3.1 литейной формы 1 тонким слоем посредством двусторонней клейкой ленты 1, обеспечивает высокое качество и однородность микроструктуры металла по сечению отливки.
Предлагаемая полезная модель позволяет осуществлять одностадийным процессом заливку расплава металла в литейную форму и модифицирование металла внутри литейной формы, имеющей любую, в том числе, криволинейную, поверхность рабочей полости. Размещение модификатора непосредственно внутри рабочей полости литейной формы, на ее поверхности, исключает потребность в конструировании специальной литниковой системы и организации модифицирования, позволяет повысить выход годного литья за счет снижения расхода металла на литниковую систему с реакционной камерой. Отсутствие необходимости контроля расхода жидкого металла для реакции с модификатором при использовании реакционной камеры повышает скорость заливки. За счет снижения промежутка времени между моментом ввода модификатора, применяемого в виде слоя измельченного порошка и не содержащего в своем составе требующей подсушивания жидкой фазы, и началом затвердевания расплава достигается измельчение микроструктуры отливок, что выражается в создании термодинамических условий для образования активных центров кристаллизации.
Применение компьютерного моделирования заполнения расплавом литейной формы позволяет спрогнозировать движение частиц модификатора и указать ту зону отливки, в которой по окончанию заливки количество модификатора будет максимально. Соответственно, подбирая режим заполнения расплавом литейной формы и регулируя места размещения модификатора, можно получать качественную микроструктуру и уровень механических свойств металла в заданных зонах отливки.