СОСТАВНОЙ КОКИЛЬ ДЛЯ ОТЛИВКИ КРУПНОТОННАЖНЫХ КОРПУСОВ ТРАНСПОРТНО-УПАКОВОЧНЫХ КОНТЕЙНЕРОВ

Предлагаемый составной кокиль предназначен для отливки крупнотоннажных корпусов транспортно-упаковочных контейнеров (массой 50 т и более). Корпус имеет форму полого снабженного днищем цилиндра, например, из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом [1, 2]. Такие отливки необходимы для изготовления корпусов транспортно-упаковочных контейнеров, предназначенных для безопасного хранения отработавшего ядерного топлива атомных энергетических установок [3].
Известен способ изготовления толстостенных отливок из чугуна с шаровидным графитом по патенту RU 2440214 [4], в котором используется установленная на основание литейная форма, состоящая из внешнего бокового кокиля, верхней и нижней полуформ и центрального охлаждаемого стержня. При этом составные элементы кокиля, выполненные в форме колец, и установленные друг на друга, удерживаются в заданном положении за счет наличия центрирующего пояска и собственного веса колец. Такое сопряжение колец не исключает возможности их вертикальных и вращательных перемещений друг относительно друга при крупнотоннажных отливках.
Известна литейная форма по патенту RU 2284245 [5] для изготовления крупнотоннажных и толстостенных полых глуходонных отливок типа “стакан” из чугуна с шаровидным графитом, преимущественно корпусов контейнеров для транспортировки отработавшего ядерного топлива, содержащая металлический поддон, установленные на нем нижнюю полуформу для формирования боковой поверхности отливки, центральный стержень из формовочной смеси для формирования внутренней полости отливки со знаковой частью и полым каркасом в виде перфорированной трубы с отверстиями для выхода газов, верхнюю полуформу с элементами литниково-питающей системы и газоотводным каналом для вывода газов из полости стержня и размещенную на ней заливочную чашу с литниковыми каналами, а также систему подачи хладагента с трубопроводом, сообщенным с полостью каркаса центрального стержня, и форсункой-распылителем, установленной на конце трубопровода в полости каркаса, отличающаяся тем, что она снабжена верхним металлическим холодильником, размещенным в верхней полуформе и формирующим наружную поверхность днища отливки, стенка нижней полуформы выполнена в виде бокового металлического холодильника с наружным теплоизолирующим керамическим или песчаным слоем, газоотводный канал выполнен в виде трубопровода, всасывающая часть которого расположена в полости стержня, а выходная часть вне поддона с отсасывающим устройством для принудительного удаления из полости стержня образующихся газов, литниковая чаша выполнена в виде заливочного бассейна, вмещающего весь необходимый для заливки жидкий металл, с литниковыми каналами, перекрываемыми стопорными устройствами, при этом общая масса металлического поддона и холодильников составляет 1,0-2,0 массы отливки, толщина стенки бокового холодильника составляет 0,6-1,2 толщины стенки отливки, а толщина наружного керамического или песчаного слоя равна 0,3-1,0 толщины стенки отливки.
Литейная форма по указанному выше патенту RU 2284245 [5], отличается также тем, что боковой холодильник выполнен составным из двух и более частей, сочлененных по горизонтальной плоскости. Кроме того, в данной литейной форме верхний холодильник выполнен в виде усеченного конуса, диаметр нижнего основания которого составляет 0,8-1,0 внутреннего диаметра днища отливки.
Однако литейная форма по указанному выше патенту [5], включающая в себя секции кокиля, стыки которых как друг с другом, так и с основанием не исключают вертикальных и вращательных перемещений секций кокиля друг относительно друга и относительно основания. Такие перемещения возможны по причине динамических воздействий, появляющихся при осуществлении крупнотоннажных отливок. Чтобы исключить такие перемещения, необходим дополнительный груз, масса которого превышает массу отливки. Дополнительный груз размещают таким образом, чтобы его вес передавался на верхнюю секцию литейной формы, от верхней - на нижеследующую и далее на основание.
Однако такое техническое решение усложняет технологию отливки. Кроме того, дополнительный груз создает, соответственно, дополнительные внутренние силы (напряжения) в стенках литейной формы. Кроме этих дополнительных сил в материале кокиля действуют силы (напряжения), вызванные изменением температуры в процессе отливки, силы (напряжения), вызванные собственным весом кокиля, а также остаточные напряжения.
В предлагаемом чугунном кокиле технический результат состоит в упрощении технологии отливки и в повышении надежности функционирования кокиля в процессе отливки с его применением. Данный технический результат достигается за счет того, что кокиль выполнен из секций, каждая секция снабжена фланцами с отверстиями под болты, которые соединяют секции кокиля, причем нижний фланец нижней секции кокиля соединен с поддоном при помощи шпилек.
Техническая реализация предлагаемого составного кокиля показана на фиг.1. На фиг.2 показано поперечное сечение кокиля и фланец с отверстиями под болты. Кокиль включает в себя секции 1 и 2. Материал кокиля - чугун, что соответствует техническим требованиям к кокилям [6, 7]. Внутренняя поверхность секций 1 и 2 покрыта защитной противопригарной обмазкой (на фиг.1 и фиг 2 не показана). Каждая секция кокиля имеет два фланца с отверстиями 9 (фиг.2) под болты. Болты имеют диаметр, например, 30 мм, а отверстия, соответственно, 32-35 мм. Секции соединены друг с другом фланцевыми соединениями 3 на болтах с шайбами. Нижняя секция 1 опирается на металлическую плиту (поддон) 4. Нижний фланец секции 1 имеет соединение 5 с основанием посредством шпилек, снабженных резьбой под такие же гайки, что и в указанном выше фланцевом соединении 4. Внутри кокиля смонтирован буферный стержень 6. Между внешней поверхностью буферного стержня 6 и внутренней поверхностью секций 1 и 2 кокиля имеется пространство, заполняемое в процессе отливки расплавом чугуна. Размеры этого пространства определяются требуемой толщиной стенок и днища корпуса. Корпус, получаемый как результат отливки, имеет форму указанного выше полого снабженного днищем цилиндра, например, из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Расплавленный металл поступает по каналам поддона 4 в указанное выше пространство из литниковой системы 7, а в литниковую систему - из питающей ванны 8.
Функционирование предлагаемого устройства. При литье в кокиль его предварительно прогревают до температуры примерно 150°С, чтобы уменьшить перепад температур, появляющийся при заливке в кокиль расплавленного металла. Расплавленный металл непосредственно контактирует с защитным покрытием внутренней поверхности кокиля. В процессе крупнотоннажной отливки появляются динамические воздействия, которым противодействуют как собственный вес секций 1 и 2 кокиля, а также соединения 3 секций 2 кокиля и соединение 5 нижней секции 1 с основанием 4.
Надежность функционирования предлагаемого кокиля (фиг.1) подтверждена результатами его практического использования на ОАО «Петрозаводскмаш» при отливке корпусов транспортно-упаковочных контейнеров для хранения отработавшего ядерного топлива атомных энергетических установок. На фиг.3 показан кокиль, подготовленный к использованию по его функциональному назначению. На фиг.4 показана отливка массой 90 т, полученная с применением предлагаемого кокиля как результат его функционирования.
Библиография
1. ГОСТ 17819-84. Оснастка технологическая литейного производства. Термины и определения.
2. ГОСТ 7293-85. Чугун с шаровидным графитом для отливок.
3. ГОСТ 52761-2007. Транспортные упаковочные комплекты для радиоактивных материалов. Виды и порядок проведения испытаний, правила приемки.
4. Патент RU 2440214, МПК B22D 27/20. Способ изготовления толстостенных отливок из чугуна с шаровидным графитом. Дата публикации: 2012.01.20
5. Патент RU 2284245, МПК В22D15/00. Литейная форма. Дата публикации: 2006.09.27
6. ГОСТ 16262-70∗. Формы металлические (кокили). Технические требования.
7. С.Л.Бураков, А.И.Вейник, Н.П.Дубинин и др. Литье в кокиль. Под ред. А.И.Вейника. М.: Машиностроение. 1980. 415 с.