УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРНЫХ СЛИТКОВ МЕТОДОМ НАКЛОННОГО ЛИТЬЯ

Область техники
Полезная модель относится к области литейного производства, в частности к водоохлаждаемым литейным формам наклонного типа для отливки слитков из черных и цветных металлов, используемых в литейных машинах.
Уровень техники
Известен водоохлаждаемый кокиль для отливки деталей из черных и цветных металлов, состоящий из нижней и верхней полуформ, в каждую из которых залиты охлаждающие каналы, повторяющие в своей средней части конфигурацию отливки, промежуточную камеру возврата охладителя и канал отвода охладителя, проходящий у торца отливки (патент №627913, МПК B22D 15/00, опубл. 15.10.1978 г.)
Недостатками данного кокиля является низкая эффективность работы охлаждающей системы из-за малой площади контакта охлаждающего канала с теплоотводящей стенкой отливки. Также стоит отметить сложность изготовления предложенной конфигурации каналов.
Также известен способ литья деталей из цветных металлов методом наклонного литья и устройства для литья головок и блоков цилиндров, заключающийся в том, что боковая часть пресс-формы имеет поперечный раздаточный канал с элементами литниковой системы установленный в начальный момент времени под углом 45-70 градусов относительно продольной оси, заполненный жидким металлом приблизительно на 1/5 часть, затем пресс-форма возвращается в вертикальное положение тем самым, заполняя литейную полость непрерывно поступающим металлом через литейный канал. Наполнение металлом пресс-формы и изменение угла наклона скоординированы таким образом, что как только форма достигает вертикального положения, литейная полость полностью заполняется до уровня раздаточного канала (патент ЕР 1742752 В1, опубл. 17.10.2005 г.)
Недостатком данного способа является сложный алгоритм заполнения внутренней полости литейной формы, требующий точной координации подачи металла в раздаточный литейный желоб и изменение угла наклона пресс-формы, также стоит отметить наличие лишних операций в процессе изготовления отливок, связанных с переводом формы в наклонное положение перед началом литья.
Прототипом является устройство для литья деталей из цветных металлов методом наклонного литья, содержащая литейную форму, которая может наклоняться вокруг своей продольной оси, литейный канал, расположенный на продольной стороне формы имеющий две или более литейные полости и входной стояк для заливки металла, который при повороте формы вместе с литейным желобом заполняет металлом полость литейной формы (патент US 8770264, МПК B22D 35/04, B22D 41/04, опубл. 08.07.2014 г.).
Недостатком данного устройства является неоднородность температурного поля в раздаточном желобе перед заливкой металла в литейную форму, что может способствовать появлению ликвации в теле отливки.
Раскрытие полезной модели
Задачей устройства является повышение качества получаемых лигатурных слитков с равномерным распределением интерметаллидов.
Техническим результатом полезной модели является:
- получение слитков с однородной кристаллической структурой, низкой степенью ликвации;
- увеличение скорости кристаллизации за счет охлаждающих каналов в форме с переменным межосевым расстоянием от нижней к верхней части слитка.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для получения лигатурных слитков методом наклонного литья, содержащем две разъемные полуформы, скрепленные между собой с образованием литейной полости, и заливочный ковш, новым является то, что оно снабжено крышкой заливочного ковша, крышка ковша и заливочный ковш прикреплены к верхней полуформе посредством болтового соединения, при этом внутри полуформ выполнены сквозные охлаждающие каналы с различным межосевым шагом, а для скрепления полуформ между собой на их внутренних сторонах выполнены отверстия для установки центрирующих штифтов.
Предлагаемое устройство дополняют частные случаи его выполнения.
На внутренней стороне полуформы предусмотрены выпоры в виде сквозных отверстий квадратного сечения. Литейная полость выполнена следующих размеров: длиной а, высотой b, равной 0.5-0.7 длины слитка, шириной g 0.1-0.3 длины слитка, высотой литейного стояка с 0.4-0.6 длины слитка, выпорами с длиной грани f 0.02-0.05 длины слитка, скруглениями вертикальных и горизонтальных стенок радиусом R 0.05-0.07 длины слитка, диаметр d охлаждающих каналов равен 0.06-0.09 длины слитка, межосевой шаг е равен 0.15-0.3 длины слитка. В полу формах выполнены отверстия под гидравлические или механические толкатели.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется фигурами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства в изометрии, на фиг. 2 изометрия верхней и нижней полуформ устройства с элементами крепления, на фиг. 3 заливочный ковш и крышка ковша, на фиг. 4 верхняя часть полуформы.
Осуществление полезной модели
Конструкция устройства содержит следующие конструктивные элементы: разъемные полуформы 1 и 2 с выработками образующими литейную полость, заливочный ковш 3, прикрепленный при помощи болтового соединения 4 и болта 5 к верхней части полуформы, а также крышку ковша 6 прикрепленную к верхней полуформе аналогично с использованием болтового соединения. Внутри полуформ 1 и 2 выполнены сквозные охлаждающие каналы 7 с переменным межосевым расстоянием. Для безопасного и удобного извлечения готовых слитков из внутренней литейной полости предусмотрены отверстия 8 под гидравлические либо механические толкатели. Для надежного и точного скрепления полу форм 1 и 2 предусмотрены отверстия 9 на внутренних сторонах, в которые вставляются центрирующие штифты 10. Для повышения качества отлитых слитков на внутренней стороне верхней полуформы 2 предусмотрены вертикальные каналы - выпора 11 в виде сквозных отверстий квадратного сечения, соединяющие тело отливки с атмосферой, данные элементы необходимы для вывода газов из формы во время заливки. Выпоры могут быть выполнены на обеих полуформах.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Полуформы 1 и 2 соединяют между собой при помощи штифтов 10 установленных в отверстия 9, далее при помощи болтового соединения 4 и болта 5 к устройству прикрепляются заливочный ковш 3 и крышка ковша 6. Устройство устанавливается в машину наклонного литья. В начальный момент времени из раздаточного миксера металл поступает в заливочный ковш 3, затем литейная машина начинает вращение вокруг продольной оси устройства, в этот момент металл начинает заполнять внутреннюю литейную полость, образованную при помощи полу форм 1 и 2. После заполнения металлом всей литейной полости включается подача охлаждающей жидкости, в частности воды, через каналы 7. Далее после окончания кристаллизации слитка отключают подачу охлаждающей жидкости, осуществляется снятие верхней полуформы 2 и извлечение отливки при помощи толкателей через отверстие 8.
Литейная полость выполнена следующих размеров: длиной а, высотой b, равной 0.5-0.7 длины слитка, шириной g 0.1-0.3 длины слитка, высотой литейного стояка с 0.4-0.6 длины слитка, выпорами квадратного сечения с длиной грани f 0.02-0.05 длины слитка, скруглениями вертикальных и горизонтальных стенок радиусом R 0.05-0.07 длины слитка, а также средствами крепления и заливочным ковшом с крышкой, внутри полуформ выполнена система охлаждаемых каналов в виде сквозных отверстий диаметром d 0.06-0.09 длины слитка с различным межосевым шагом е 0.15-0.3 длины слитка. На внутренних сторонах полу формы выполнены отверстия, в которые устанавливаются центрирующие штифты.
Оптимальными размерами для данного изобретения являются: радиус закругления вертикальных стенок и дна R=15-20 мм, длина а=250-300 мм, высота b=160-200 мм, ширина g=30-50 мм, высота литейного стояка с=50-80 мм.
Отлитые слитки имеют плоскую форму с закругленной донной частью. Полученные слитки обрабатываются на пиле для удаления литниковой части отливки.
Пример осуществления полезной модели:
Были отлиты слитки Al-Sc (0,5-2%). Начальная температура металла составила 910°С, начальная температура формы перед заливкой 20°С. Время кристаллизации до полного затвердевания отливки при таких условиях составила 11 секунд, что составляет 80°С/секунду. Данные результаты также подтверждены расчетами, проведенными при помощи компьютерного моделирования.
Полученные в результате отливки слитки отвечали всем требованиям.
Литейные полости имели следующие размеры: а=260 мм; b=175 мм; R=17,5 мм.
Литниковые системы имели следующие размеры: с=60 мм; g=17,5 мм; f=10 мм.
Полученные слитки имеют однородную кристаллическую структуру, а также низкую степень ликвации в объеме.
Высокая скорость кристаллизации достигается путем управления фронтом кристаллизации за счет расположения охлаждающих каналов в форме с переменным межосевым расстоянием от нижней к верхней части слитка.
Происходит равномерное распределение температурного поля при каждой последующей отливке за счет постоянной скорости заливки в литейной машине.