ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА ДЛЯ ОТЛИВКИ КРУПНОТОННАЖНЫХ КОРПУСОВ

Устройство относится к литейному производству, в частности к конструкции литейных форм для получения чугунных крупнотоннажных отливок.
Известен кокиль [1] для изготовления чугунных отливок с выступами, содержащий разъемные части, в которых выполнена формообразующая полость в котором с целью выравнивания скоростей охлаждения, на поверхности разъема частей кокиля выполнены пазы вдоль полостей, оформляющих выступы. Для усиления эффекта экранирования эти пазы заполняют пакетом металлических пластин, плоскости которых размещены перпендикулярно поверхности разъема формообразующих частей кокиля.
Недостатком известно устройства является нецелесообразность его применения при изготовлении крупнотоннажных отливок большого размера в следствие большой вероятности появления брака, связанной с недостаточной надежностью крепления секций кокиля друг к другу и возможности их относительного смещения, ведущего к нарушению геометрии отливки, при заполнении кокиля расплавленным металлом. Кроме того неплотное примыкание смежных секций кокиля друг к другу может привести к появлению брака, заключающегося в изменении физико-механических свойств отливки вблизи плоскости стыка смежных секций кокиля, связанного с нарушением теплообмена при остывании отливки.
Известен способ изготовления толстостенных отливок из чугуна с шаровидным графитом [2] при котором используется установленная на основание литейная форма, состоящая из внешнего бокового кокиля, верхней и нижней полу форм и центрального охлаждаемого стержня. В данной конструкции боковой кокиль размещен внутри нижней полуформы. При данной конструкции составные элементы кокиля, выполненные в форме колец, и установленные друг на друга удерживаются в заданном положении за счет наличия центрирующего пояска и собственного веса.
Недостатком конструкции устройства, используемого в известном способе, является не достаточная прочность соединения его составных элементов, выполненных в виде колец, что обусловлено отсутствием специального надежного крепления смежных составных элементов кокиля друг к другу. Это может стать причиной возникновения брака, заключающегося в нарушении геометрии отливки. Появление такого брака возможно в результате относительного смещения смежных секций кокиля в горизонтальной плоскости, происходящего под действием сдвигающих сил, появляющихся при заливке расплавленного металла в кокиль или в горизонтальной плоскости, проявляющегося во всплытии верхних секций кокиля. Кроме того неплотное примыкание смежных секций кокиля друг к другу может привести к появлению брака, заключающегося в изменении физико-механических свойств отливки вблизи плоскости стыка смежных секций кокиля, связанного с нарушением теплообмена при остывании отливки.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в обеспечении высокой надежности работы литейной формы для отливки крупнотоннажных корпусов, обеспечении плотного прилегания и высокой степени самоцентрирования смежных кольцевых секций, входящего в ее состав кокиля, что исключает появление брака в отливке, связанного с нарушением теплообмена при ее остывании, возможного в результате неплотного примыкания составных частей кокиля друг к другу, снижении трудоемкости сборки литейной формы и процесса изготовления отливки и ее дальнейшей механической обработки, обеспечении высоких показателей надежности и срока службы кокиля.
Достигается технический результат тем, что кольцевые секции имеют фланцы скрепленные между собой и с основанием резьбовыми элементами, проходящими через отверстия расположенные по окружности, при этом на торцевых поверхностях кольцевых секций кокиля выполнена по меньшей мере одна пара кольцевых пазо-гребневых элементов, имеющих в поперечном сечении форму треугольника, при этом примыкающая к фланцу сторона треугольника имеет ширину не более одной трети толщины стенки кольцевой секции, а срединная ось треугольника находится на расстоянии от внутренней боковой поверхности кольцевой секции, составляющем не менее одной трети и не более двух третей толщины стенки кольцевой секции.
На фиг.1 показана схема литейной формы для отливки крупнотоннажных корпусов.
На фиг.2 показаны смежные кольцевые секции кокиля литейной формы для отливки крупнотоннажных корпусов с пазо-гребневыми элементами в разрезе в осевой плоскости.
Литейная форма (фиг.1) для отливки крупнотоннажных корпусов содержит металлический поддон 1, с шлакоуловителем 16 и питателями 11, установленные на нем нижнюю полуформу 2, включающую составной кокиль 3, формирующий боковую поверхность отливки, центральный стержень 4 из высокотеплоаккумулирующей формовочной смеси со знаковой частью и полым каркасом в виде перфорированной трубы 5 с отверстиями для выхода газов, верхнюю полуформу 6 с элементами литниково-питающей системы, включающими: выпор 14, служащий для вывода газов; воронку 12 выпора 14, служащую для визуального контроля уровня заполнения составной литейной формы в процессе изготовления крупнотоннажных отливок корпусов; выжигаемую форму (модель) 13, а также заливочную чашу 7, вмещающую необходимый для отливки объем расплава чугуна (или иного материала), с литниковыми каналами 8, перекрываемыми стопорными устройствами 10.
Выжигаемая форма (модель) 13, изготовливается из пенополистирола (или другого аналогичного материала). По мере поступления расплава чугуна материал выжигаемой формы (модели) 13 сгорает, а образующаяся при этом полость заполняется расплавом чугуна.
Выжигаемая форма (модель) 13 предназначена для формирования элемента отливки корпуса контейнера, который используется для извлечения отлитого корпуса из литейной формы с помощью грузозахватных устройств и для внутрицеховой транспортировки корпуса. В процессе дальнейшей механической обработки корпуса данный элемент срезают и отправляют на повторную переработку в качестве металлолома.
Заливочная чаша 7, установлена таким образом, чтобы внутренняя граница ее дна 15 находилась на уровне не ниже чем верхняя граница воронки 12 выпора 14.
Составной кокиль 3 литейной формы для отливки крупнотоннажных корпусов состоит из нескольких кольцевых секций 9 количество которых зависит от размеров отливки. Кольцевые секции 9 изготовлены с внутренними полостями, профиль которых выполнен в соответствии с требуемой формой наружной поверхности отливки и снабжены фланцами. Составной кокиль 3 установлен на металлическом поддоне 1 в центральной части которого размещен центральный стержень 4 с системой отвода газов. Внешний профиль центрального стержня 4 выполнен в соответствии с требуемым профилем внутренней полости отливки.
Рекомендуемая последовательность сборки литейной формы для отливки крупнотоннажных корпусов следующая.
В центральной части металлического поддона 1 на соответствующее посадочное место устанавливается центральный стержень 4 с системой отвода газов. Затем на металлический поддон 1 устанавливаются кольцевые секции 9 составного кокиля 3 и соединяются с металлическим поддоном 1 и друг с другом посредством элементов резьбового соединения.
На одной торцевой поверхности кольцевой секции 9 выполнен по меньшей мере один кольцевой гребень, имеющий в радиальном по отношению к кольцевой секции 9, сечении форму треугольника, в котором примыкающая к фланцу кольцевой секции 9 сторона имеет ширину (b) составляющую не более одной трети толщины (h) стенки кольцевой секции 9. Причем срединная ось кольцевого гребня находится на расстоянии (a), отложенном от внутренней боковой поверхности кольцевой секции 9 в сторону ее внешней боковой поверхности в радиальном направлении, не менее чем одна треть от толщины стенки кольцевой секции 9 и не более чем две трети от толщины стенки кольцевой секции 9.
На другой торцевой поверхности кольцевой секции 9 выполнено такое же количество кольцевых пазов, имеющих в радиальном по отношению к кольцевой секции 9 сечении форму треугольника с теми же размерами и тем же местоположением по отношению к боковой поверхности кольцевой секции 9, что и кольцевые гребни.
Пазы и гребни на торцевых поверхностях кольцевых секций 9 выполнены таким образом, что при установке одной кольцевой секции на другую гребни, выполненные на торцевой поверхности одной кольцевой секции входят в пазы, выполненные на торцевой поверхности смежной кольцевой секции, образуя тем самым пазо-гребневое соединение.
Пазо-гребневые элементы следует выполнять таким образом, чтобы в поперечном сечении они имели форму треугольника, в котором примыкающая к фланцу сторона имела ширину (b) не более одной трети толщины (h) стенки кольцевой секции. В противном случае, если окажется, что b>h/3, то толщины стенки кольцевой секции кокиля окажется недостаточно для обеспечения прочности пазо-гребневого соединения вследствие недопустимой близости расположения элементов пазо-гребневого соединения к краю кольцевой секции, если окажется, что b существенно меньше, чем h/3, то эффект от наличия гребня окажется пренебрежимо малым.
Оптимальным расположением пазо-гребневого соединения на торцевой поверхности кольцевой секции, является расположение таким образом, чтобы срединная ось пазо-гребневого соединения находилась на расстоянии (a), отложенном от внутренней боковой поверхности кольцевой секции в сторону ее внешней боковой поверхности в радиальном направлении, не менее чем одна треть от толщины стенки кольцевой секции, и не более чем две трети от толщины стенки кольцевой секции кокиля. Если данное условие не будет соблюдено, то это привет к тому, что элементы пазо-гребневого соединения будут недопустимо близко расположены к одной из боковых (внутренней или внешней) поверхностей кольцевых секций кокиля, что приведет к потере прочности кольцевой секции кокиля: если будет выполнено условие a<h/3, то это приведет к тому, что толщины стенки между внутренней поверхностью кольцевой секции и боковой поверхностью паза в ней окажется недостаточно для обеспечения прочности, в результате чего, при сборке литейной формы отливки крупнотоннажных корпусов при установке кольцевых секций кокиля друг на друга может произойти ее излом; если будет выполнено условие, что a>2h/3, то будет ослаблена стенка между внешней боковой поверхностью и боковой поверхностью паза кольцевой секции, что может привести к излому фланца кольцевой секции.
Треугольная форма пазо-гребневого соединения позволит обеспечить самоцентрирование смежных кольцевых секций кокиля при их монтаже. Кроме того, при треугольной форме пазо-гребневого соединения, за счет плавного изменения высоты стыковой поверхности элементов пазо-гребневого соединения от торцевой поверхности фланца кольцевой секции, являющейся их основанием, до их вершины и в обратном направлении, концентрация напряжений будет сведена к минимуму, что в свою очередь повысит надежность и срок службы кокиля.
Наличие пазо-гребневых элементов, выполненных в соответствии с приведенными требованиями, в плоскостях стыка фланцев кольцевых секций кокиля литейной формы для отливки крупнотоннажных корпусов позволит обеспечить самоцентрирование кольцевых секций при сборке литейной формы для отливки крупнотоннажных корпусов, а также неподвижность в горизонтальной плоскости соединения смежных кольцевых секций кокиля и, тем самым, исключить возможность появления брака в виде неправильной геометрической формы отливки.
Также наличие пазо-гребневого соединения исключает возможность появление брака в отливке, в виде изменения ее физико-механических свойств вблизи плоскости стыка кольцевых секций кокиля, связанного с нарушением теплообмена при ее остывании, возможного в результате неплотного примыкания составных частей кокиля друг к другу.
Процесс заливки расплава чугуна в предлагаемую литейную форму для отливки крупнотоннажных корпусов осуществляется следующим образом.
Расплав чугуна в необходимом количестве из разливочного ковша переливается в заливочную чашу 7 собранной и подготовленной к заливке составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров, представленной на фиг.1. Затем стопорные устройства 10 одновременно поднимаются и расплав чугуна через литниковые каналы 8, шлакоуловитель 16, питатели 11 снизу вверх заполняет формирующую отливку рабочую полость литейной формы для отливки крупнотоннажных корпусов. По мере заполнения формирующей отливку рабочей полости литейной формы для отливки крупнотоннажных корпусов расплав чугуна поступает через выпор 14 верхней полуформы 6 в выжигаемую форму (модель) 13, изготовленную, например, из пенополистирола, и далее в воронку 12 выпора 14. Материал выжигаемой формы (модели) 13 сгорает, при этом образуемая полость выполняет функцию прибыли, заполняется расплавом чугуна. Когда воронка 12 выпора 14, служащая для контроля заполнения составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров, заполнится на две трети своей высоты, подачу расплава чугуна прекращают путем перекрывания литниковых каналов 8 стопорными устройствами 10. Далее осуществляется охлаждение отливки.
Расплав чугуна заполнивший пространство, первоначально занимаемое выжигаемой формой (моделью) 13 затвердев образует цапфу, которая используется для удобства крепления отливки к грузозахватному устройству грузоподъемного оборудования при ее перемещении.
После охлаждения отливки до заданной температуры составную литейную форму для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров разбирают. Извлекают отливку и направляют на проведение финишных операций.