ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА ДЛЯ ЛИТЬЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС (ВАРИАНТЫ)

Область применения, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и касается литья железнодорожных колес с использованием литейной формы, изготовленной способом вакуум-пленочной формовки.
Уровень техники
Известны способы литья колес железнодорожных вагонов в постоянные и полупостоянные графитовые формы (патенты US 3302919, публ. 07.02.1967, US 3480070 публ. 25.11.1969), а также их модификации, предусматривающие местное утепление питающих обод прибылей (патент РФ 2085323, публ. 27.07.1997).
Также известен способ литья железнодорожных колес в графитовую форму, в которой устраивается облицовка большей части рабочей поверхности значительным песчаным слоем, при этом обод остается в контакте с графитом, что позволяет создать направленность затвердевания от обода к ступице во всем объеме отливки, равно как и модификация этого способа, предполагающая дополнительное утепление диска (оба способа описаны в G. Mi, С. Li, Y. Liu, В. Zhang, G. Song. Numerical simulation and optimization of the casting process of a casting-steel wheel. // Engineering Review, 2013, Vol. 33, Issue 2, pp. 93-99).
К недостаткам рассмотренных известных способов литья относится высокая трудоемкость изготовления формы, повышенный износ ее элементов, высокая себестоимость производства применяемых материалов, необходимость применения специальных устройств для управления поступлением металла в форму. Для надежного устранения дефектов в отливке упомянутые способы требуют сочетания в форме большого числа материалов, причем каждый элемент формы, изготовленный из необходимого материала, требует индивидуальных мероприятий по изготовлению, установке и обслуживанию.
Годная отливка железнодорожного колеса должна обладать совершенной плотностью металла по объему и отличаться отсутствием дефектов. В связи с особенностью конструкции колеса, заключающейся в том, что ступица и обод выполнены массивными а диск - тонкостенным, необходимо контролировать процесс затвердевания таким образом, чтобы стимулировать направленное затвердевание в объеме всей отливки или, по крайней мере, организовать питание так, чтобы в массивных участках отливки не появлялось усадки.
Достижение необходимого качества отливки возможно посредством правильного выбора материалов формы, обеспечивающих необходимые скорости затвердевания на поверхности и в объеме разных частей литой заготовки. В качестве основного материала формы согласно заявляемой полезной модели предлагается использовать несвязанный кварцевый песок, удерживаемый посредством вакуума, созданного между пластиковой пленкой в верхней и нижней опоках. Изготовление такой формы возможно осуществить известным методом вакуум-пленочной формовки (см., к примеру, Вернинг X., Вебер Ф. Технология вакуум-пленочной формовки для производства высококачественных отливок. // Литейное производство, 2004, №8, с. 10-14). Такую песчаную форму отличает простота и быстрота изготовления при наличии необходимого оборудования, низкая теплоотводящая способность ее материала, низкая склонность к сообщению отливкам газовых дефектов, простота извлечения (выбивки) готового изделия.
Осуществление полезной модели
Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа полезных моделей, является создание литейных форм для литья железнодорожных колес, обеспечивающих экономичность процесса литья, снижение себестоимости изготовления литейной формы и готовой продукции и операций по ее обслуживанию.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой группы полезных моделей, заключается в возможности изготовления литых железнодорожных колес в формах, отличающихся простотой изготовления, сборки и извлечения (выбивки) готовых изделий, что обеспечивает экономичность процесса литья, снижение себестоимости изготовления литейной формы и готовой продукции и операций по ее обслуживанию.
Технический результат достигается за счет того, что литейная форма для литья железнодорожных колес выполнена в виде вакуум-пленочной формы, состоящей из верхней и нижней опоки, образующих при смыкании литейную полость, причем в верхней опоке выполнена полость под прибыль на ступице колеса и, по меньшей мере, один выпор, а в нижней опоке установлен стержень для формирования отверстия в ступице колеса, при этом в форме размещен стояк с литниковой системой, через которые осуществляют заливку металла.
Также технический результат достигается за счет того, что литейная форма для литья железнодорожных колес выполнена в виде вакуум-пленочную формы, состоящей из верхней и нижней опоки, образующих при смыкании литейную полость, причем в верхней опоке выполнена полость под прибыль ступицы колеса, в которой установлен фильтр, и, по меньшей мере, один выпор, а в нижней опоке размещен стержень для формирования отверстия в ступице колеса.
Также технический результат достигается за счет того, что литейная форма для литья железнодорожных колес выполнена в виде вакуум-пленочной формы, состоящей из верхней и нижней опоки, образующих при смыкании литейную полость, причем в верхней опоке выполнена полость под прибыль ступицы колеса, в которой размещен фильтр, и, по меньшей мере, один выпор, а в нижней опоке размещен стержень для формирования отверстия в ступице колеса, при этом в форме размещен, по меньшей мере, один охлаждающий элемент, обеспечивающий теплоотвод от обода колеса.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в нижней опоке под прибылью установлен усиливающий стержень.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели фильтр выполнен с возможностью всплытия по мере заполнения литейной полости металлом.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели стержень для формирования отверстия в ступице колеса выполнен пустотелым.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели охлаждающий элемент выполнен в виде кольцевого песчано-смоляного стержня на основе хромита или циркона.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели охлаждающий элемент выполнен в виде кольцевого элемента из стали или меди, или графита.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели в охлаждающих элементах выполнены каналы для подачи воды.
Литейная форма, изготовленная методом вакуум-пленочной формовки, впервые предлагается для производства железнодорожных колес в рамках предлагаемой группы полезных моделей.
Сведения, подтверждающие реализацию полезной модели
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами фиг. 1-4, на которых представлены схематичные изображения литейных форм по каждому из вариантов реализации полезной модели.
1
Литейная форма для литья железнодорожных колес, представленная на фиг. 1, включает песчаную вакуум-пленочную форму 1, состоящую из нижней и верхней опоки, при смыкании которых образуется литейная полость 1, повторяющая форму колеса, включающего ступицу, обод и диск, керамический стояк 2 с литниковой системой, через которые осуществляется заливка металла, в верхней опоке выполнена центральная прибыль 3 ступицы колеса, один или несколько выпоров 4, представляющих собой цилиндрические каналы, проходящие от обода колеса до наружной поверхности опоки, песчаный стержень 5, установленный в нижней опоке для формирования отверстия в ступице колеса. Стержень 5 может быть выполнен цельным или пустотелым. При использовании данной литейной формы заливка металла осуществляется сифонным методом в ступицу колеса через керамический стояк 2 и литниковую систему. Дополнительно в литейной форме могут быть установлены одним или несколько кольцевых охлаждающих элементов (на фиг. 1 не показаны), размещенные вокруг обода колеса и выполненные из материалов, теплопроводность которых превышает теплопроводность основного материала формы 1 - песка, например, стали или меди, или графита.
1
1
Литейная форма для литья железнодорожных колес, представленная на фиг. 2, включает песчаную вакуум-пленочную форму 1, состоящую из нижней и верхней опоки, при смыкании которых образуется литейная полость 1, повторяющая форму колеса, включающего ступицу, обод и диск, в верхней опоке выполнена центральную прибыль 3 ступицы колеса, через которую осуществляют заливку металла, один или несколько выпоров 4, представляющих собой цилиндрические каналы, выполненные в верхней опоке и проходящие от обода колеса до наружной поверхности опоки, стержень 5, установленный в нижней опоке для формирования отверстия в ступице колеса. Для снижения силы удара от струи падающего сверху металла, способного спровоцировать размыв формы 1 и брак получаемых отливок в связи с песчаными засорами, в центральной прибыли 3 установлен фильтр 6. Установленный фильтр 6 рассредоточивает падающую струю металла при заливке в прибыль 3, сообщая потоку металла ламинарный режим течения. Конструкция фильтра обеспечивает его всплытие по завершении заполнения литейной полости 1 металлом. В дальнейшем фильтр 6 служит в качестве теплоизолятора, снижающего теплоотдачу от прибыли 3 в окружающую среду. Под центральной прибылью 3 установлен стержень 7 из песчано-смоляной смеси для приема удара падающей струи металла.
Использование фильтра 6 упрощает технологию литья колес, что позволяет производить заливку непосредственно в прибыль и отказаться от подвода металла через стояк и литниковую систему.
Дополнительно в литейной форме (фиг. 3) установлен кольцевой песчаный стержень 8 на основе хромита или циркона, предназначенный для отвода тепла от рабочей поверхности обода колеса, что позволяет ускорить процесс получения плотной корки металла у этой поверхности, а также обеспечивает повышенную чистоту поверхности. Также отвод тепла может быть обеспечен одним или несколькими кольцевыми элементами 9 (фиг. 4), установленными вокруг обода колеса и выполненными из материалов, теплопроводность которых превышает теплопроводность основного материала формы 1 - песка, например, стали или меди, или графита. Установка кольцевых элементов 9 вокруг обода колеса обеспечивает ускорение теплоотвода от захолаживаемой зоны отливки, создает условия направленного затвердевания отливки от обода к ступице и исключает образование усадочных дефектов в ободе. Дополнительно в элементах 9 могут быть выполнены каналы (на чертежах не показаны) для подачи воды для охлаждения.