КАМЕРА ПРЕССОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ МАШИНЫ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ (ГМЛПД)
COMPRESSION BOX OF DIE CASTING HORIZONTAL MACHINE (DCHM)

Изобретение относится к металлургическому производству и пригодно как инструмент при получении отливок из сплавов на ГМЛПД.
Известна охлаждаемая камера прессования в виде трубы и кожуха с трактами охлаждения между ними, расположенными также и против заливочного окна. Благодаря искусственному охлаждению замедляется износ внутренней поверхности трубы в зоне этого окна заливаемым сплавом и повышается стойкость камеры в целом (см. патент СССР №1774900 от 12.01.1991 г.).
Ее недостаток: сложность конструкции из-за выполнения канавок на внутренней поверхности кожуха.
Известна неохлаждаемая камера прессования ГМЛПД, содержащая наполнительный стакан с заливочным окном; задняя и передняя стенки этого окна выполнены параллельными между собой и наклонены относительно вертикальной плоскости симметрии камеры: над ее горизонтальной плоскостью симметрии размещен нижний край стенок этого окна, а над этим краем находится нижний край воронки, размещенной в нем и имеющей прямоугольное поперечное сечение (см. патент РФ №2002573 от 15.11.1993 г., МКИ кл. В22D 17/20).
Ее недостатки: из-за ступеньки между нижними краями передних стенок заливочного окна и воронки заливаемый сплав воздействует ударно на стенки этого окна и камеру, увеличивая их нагрев и износ; конструктивная сложность и нетехнологичность воронки из-за разных высот ее стенок.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение этих недостатков, а именно: уменьшить нагрев и износ передней стенки заливочного окна и камеры, а также упростить конструкцию воронки и повысить ее технологичность.
Поставленная цель достигается тем, что камера ГМЛПД содержит наполнительный стакан с заливочным окном, у которого задняя и передняя стенки параллельны между собой и наклонены относительно ее вертикальной плоскости симметрии; нижний край стенок заливочного окна размещается над горизонтальной плоскостью симметрии камеры прессования, воронку прямоугольного поперечного сечения размещают в заливочном окне, причем нижний край воронки располагается над нижним краем стенок заливочного окна, передние стенки воронки и заливочного окна наклонены в сторону стекающей с желоба струи сплава и располагаются по касательной к внутренней поверхности наполнительного стакана, а верхний край воронки выполняется наклонным относительно вертикальной плоскости симметрии камеры; верхний край воронки выполняется параллельным ее нижнему краю; нижний край воронки выполняется криволинейной формы или в виде ломаной линии.
Наклоном передних стенок воронки и заливочного окна навстречу стекающей с желоба струи сплава и расположением их по касательной к окружности наполнительного стакана устраняется ступенька между их нижними краями, чем исключается ударное и тепловое воздействие сплава на стенку окна и далее на боковую поверхность камеры в его зоне указанного окна, чем повышается стойкость этой стенки и камеры в целом.
Выполнением верхнего края воронки со стороны передней стенки ее наклонным относительно плоскости симметрии камеры прессования исключается выплескивание стекающей с желоба струи сплава из воронки.
Выполнением верхнего края воронки параллельными ее нижнему краю достигается минимальные трудоемкость и материалоемкость воронки и камеры прессования с одновременным повышением стойкости последней в зоне ее заливочного окна.
Выполнением нижнего края воронки криволинейной формы или в виде ломаной линии обеспечивается еще большая стойкость передней стенки заливочного окна камеры прессования, но возрастают материалоемкость и трудоемкость воронок такой конструкции.
Приведенное выше свидетельствует, что предлагаемое решение обладает новизной и существенными отличиями и, следовательно, соответствует критерию «изобретение».
Камера представлена фиг.1-4 чертежа.
На фиг.1 представлено продольное сечение задней части камеры, а на фиг.2-4 - конструктивные варианты предлагаемых воронок и заливочного окна (в поперечном сечении камеры).
Камера 1 имеет наполнительный стакан 2 с заливочным окном 3, в котором размещена воронка 4, закрепленная крепежом 5 через проушину 6. На задней стенке 7 воронки 4 размещен желоб 8 под заливаемый сплав. Передние стенки 9 и 10 воронки и заливочного окна 3 располагаются навстречу струи сплава, стекающего с желоба 8, и по касательной к окружности наполнительного стакана 2 (фиг.2-4). При этом на фиг.2 и 4 эта струя контактирует с передней стенкой 10 заливочного окна, а на фиг.3 - непосредственно с передней стенкой 10 заливочного окна 3, продолжением которой является внутренняя поверхность передней стенки 9 воронки 4, расположенной в углублении заливочного окна 3, выполненном сверху этого окна. Здесь передняя стенка 9 воронки 4 выполняет вспомогательную функцию - исключает выплескивание из заливочного окна 3 сплава, стекающего с желоба.
При этом верх передней стенки может размещаться над верхом задней стенки ее (фиг.2 и 3) или наоборот (фиг.4), а нижние края воронки могут быть криволинейной формы (фиг.2), в виде ломаной линии, состоящей как минимум из 2-х прямых (фиг.4), или прямолинейной формы (фиг.3), упрощая конструкцию воронки из-за одинаковой высоты стенок и выполнением их 2-х типоразмеров (фиг.3) по сравнению с воронками фиг.2 и 4, выполненными из стенок 3-х типоразмеров. Поэтому воронка на фиг.3 максимально проста по конструкции и технологична и имеет минимальную стоимость.
При воздействии сплава на переднюю стенку 9 воронки 4 ее стойкость можно увеличить нанесением на эту поверхность износостойких покрытий на основе Ni, Cr, Mo, W, V и других элементов.
Во всех вариантах воронок 4 и заливочных окон 3 камеры 1 струя сплава, стекающего с желоба 8, скоростным напором прижимается к внутренней поверхности передней стенки 9 воронки 4 (фиг.2 и 4) или к передней стенке 10 заливочного окна 3 (фиг.3), расположенных по касательной к окружности наполнительного стакана, и далее безотрывно стекает по внутренней поверхности наполнительного стакана 2, растекаясь по нему к переднему торцу, закрытому через литниковую втулку пресс-формой, и к заднему торцу камеры, закрытому пресс-поршнем (указанные элементы не показаны на этих фигурках), с подъемом уровня сплава в этом стакане.
2
1
2
3
Переходом передних стенок 9 и 10 соответственно воронки 4 и заливочного окна 3 непосредственно во внутреннюю поверхность наполнительного стакана исключается ступенька между ними. Следовательно, скорость отекания V сплава по этим стенкам не возрастает в отличие от скорости отекания V сплава у камеры-прототипа, которая увеличивается на величину , где H - высота ступеньки между нижними краями передних стенок воронки и заливочного окна. Задавшись H=0,01÷0,02 м, получаем ΔV=0,44÷0,63 м /с. Скорость потока V сплава, текущего по желобу с проходным сечением F=0,004 м и объемным расходом V=2,63 дм/с, равна 0,53 м/с (данные по ОАО «ЗМЗ», г.Заволжье Нижегородской обл., ГМЛПД «Триульц» с усилением запирания пресс-формы в 3000 тонн).
Следовательно, за счет «ступеньки» в 0,01÷0,02 м между указанными краями стенок воронки и заливочного окна скорость потока сплава возрастает. Это сказывается не только на возрастании ударного воздействия сплава на переднюю стенку заливочного окна и затем на внутренней поверхности наполнительного стакана, но и на увеличении теплоотдачи от него к этим поверхностям, что уменьшает стойкость этих поверхностей камеры.
Согласно уравнению Нуссельта-Михеева безразмерный коэффициент теплоотдачи Nu равен
0,8
0,43
Nu=0,023Re·Pr,
где  - число Рейнольдса; d - эквивалентный гидравлический диаметр потока сплава; ν - его кинематическая вязкость;  - число Прандтля; а - коэффициент температуропроводности сплава.
1
2
Тогда соотношение между числами Нуссельта для камеры-прототипа Nu и предлагаемой камеры Nu при равенстве для них числа Прандтля будет
Следовательно, коэффициент теплоотдачи от сплава к камере-прототипу больше, чем у предлагаемой камеры, примерно в 2 раза. Это приводит к большему нагреву 1-й и, следовательно, большему износу ее внутренней поверхности в зоне заливочного окна от ударного воздействия заливаемого сплава.
Таким образом, предлагаемыми конструкциями заливочного окна и воронки, размещенной в нем, уменьшаются ударное и тепловое воздействие сплава на переднюю стенку этого окна, и повышается стойкость камеры в этой зоне с упрощением конструкции воронки и повышением ее технологичности.