СОСТАВНАЯ ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОТОННАЖНЫХ ОТЛИВОК КОРПУСОВ КОНТЕЙНЕРОВ

Устройство относится к литейному производству, в частности к конструкции литейных форм для получения чугунных крупнотоннажных отливок.
Известен способ изготовления толстостенных отливок из чугуна с шаровидным графитом [1] при котором используется установленная на основание литейная форма, состоящая из внешнего бокового кокиля, верхней и нижней полуформ 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, собственного веса и взаимодействия с внутренней поверхностью нижней полуформы.
Недостатком известной конструкции кокиля, используемой в известном способе, является возможность смещения кокиля относительно основания при заливке расплавленного металла. Это связанно с не достаточной прочностью крепления его нижней части к основанию, что обусловлено отсутствием использования специальных крепежных элементов. Кроме того при больших габаритных размерах отливки возникает сложность и существенно увеличивается трудоемкость работ при изготовлении центрирующих пояска и паза в основании и на нижней секции кокиля, которые требуют высокой точности исполнения размеров и соблюдения условия точного позиционирования на основании кокиля, формирующего наружную поверхность отливки и центрального стержня, формирующего ее внутреннюю поверхность, с целью соблюдения соосности их установки.
Известна литейная стопочная форма [2], включающая секционные кокили с установленным в середине кокилей песчаным стержнем. Сборка известной конструкции осуществляется постепенным наращиванием секционных кокилей. В известной конструкции секционные кокили удерживаются в заданном положении друг относительно друга и относительно основания за счет центрирующего пояска и собственного веса. В известной конструкции при необходимости допускается скрепления кокилей путем установки на крышку верхнего кокиля дополнительного груза, либо крепление осуществляется посредством скоб.
Недостатком известной конструкции является то, что отсутствует специальное надежное крепление нижнего кокиля к основанию, что не позволяет использовать ее при изготовлении составного кокиля для крупнотоннажных отливок больших геометрических размеров, где требуется высокая надежность крепления кокиля к основанию и соблюдение точного их позиционирования.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в обеспечении высокой надежности крепления кокиля к основанию, возможности обеспечения высокой степени точности позиционирования кокиля на основании для обеспечения строгой соосности установки кокиля и центрального стержня, обеспечении плотного примыкания кокиля к основанию по всей сопряженной поверхности, что исключает появление брака в отливке, связанного с нарушением теплообмена при ее остывании, возможного в результате неплотного примыкания кокиля к основанию, снижении трудоемкости процессов изготовления и сборки литейной формы.
Достигается технический результат тем, что крепежные отверстия в нижнем фланце нижней кольцевой секции кокиля в поперечном сечении имеют форму сквозных продолговатых пазов, большая ось которых ориентирована вдоль радиуса нижнего фланца нижней кольцевой секции кокиля, причем, соотношение размеров сквозных продолговатых пазов, измеренных вдоль большей и меньшей осей, находятся в пределах от 1,1 до 2,1.
На фиг.1 показана конструкция составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров в поперечном разрезе.
На фиг.2 схематично показана нижняя кольцевая секция кокиля составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров в поперечном разрезе.
На фиг.3 показано сечение А-А нижней кольцевой секции кокиля составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров.
Составная литейная форма (фиг.1) для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров содержит металлический поддон 1 с шлакоуловителем 19 и питателями 14, установленные на нем нижнюю полуформу 2, включающую кокиль 3, формирующий боковую поверхность отливки корпуса контейнера транспортно-упаковочного комплекта для перевозки и хранения отработавшего ядерного топлива, центральный стержень 4 из высокотеплоаккумулирующей формовочной смеси со знаковой частью и полым каркасом в виде перфорированной трубы 5 с отверстиями для выхода газов, верхнюю песчаную полуформу 6 с элементами литниково-питающей системы, включающими: выпор 17, служащий для вывода газов; воронку 15 выпора 17, служащую для визуального контроля уровня заполнения составной литейной формы в процессе изготовления крупнотоннажных отливок корпусов; выжигаемую форму (модель) 16, а также установленную рядом с верхней песчаной полуформой 6 заливочную чашу 7, вмещающую необходимый для отливки объем расплава чугуна (или иного металла) с литниковыми каналами 8, перекрываемыми стопорными устройствами 13.
Выжигаемая форма (модель) 16, изготовливается из пенополистирола (или другого аналогичного материала). По мере поступления расплава чугуна материал выжигаемой формы (модели) 16 сгорает, а образующаяся при этом полость заполняется расплавом чугуна.
Выжигаемая форма (модель) 16 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 рядом с верхней песчаной полуформой 6 таким образом, чтобы внутренняя граница ее дна 18 находилась на уровне не ниже чем верхняя граница воронки 15 выпора 17.
Кокиль 3 для литья крупнотоннажных корпусов контейнеров транспортно-упаковочных комплектов для перевозки и хранения отработавшего ядерного состоит из нескольких секций, количество которых зависит от размеров отливки. На фиг.2 схематично показана в поперечном разрезе нижняя кольцевая секция 9 кокиля 3 составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров, представляющая собой кольцо внутренняя поверхность которого выполнена в соответствии с требуемой формой наружной поверхности отливки, а в нижней части наружной поверхности которого выполнен фланец. Во фланце, расположенном в нижней части наружной поверхности нижней кольцевой секции 9 кокиля 3, выполнены распределенные по окружности сквозные продолговатые пазы 10. Сквозные продолговатые пазы 10 выполнены таким образом, что их большая ось 11 ориентирована вдоль радиуса поперечного сечения нижней кольцевой секции 9, причем соотношение размеров сквозных продолговатых пазов 10, измеренных вдоль большей 11 и меньшей 12 осей, находятся в пределах от 1,1 до 2,1.
Сквозные продолговатые пазы 10 предназначены для крепления нижней кольцевой секции 9 кокиля 3 к металлическому поддону 1 путем использования элементов резьбового соединения.
Рекомендуемая последовательность сборки составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров следующая.
В центральной части металлического поддона 1 на соответствующее посадочное место устанавливается центральный стержень 4 с системой отвода газов. Затем на металлический поддон 1 устанавливается кокиль 3 нижняя кольцевая секция 9 которого соединяется с ним при помощи элементов резьбового соединения, например, винтов, проходящих через сквозные продолговатые пазы 10 фланца нижней кольцевой секции 9 кокиля 3 и вкручивающихся в резьбовые отверстия металлического поддона 1, или шпилек, установленных в резьбовые отверстия металлического поддона 1 и проходящих через сквозные продолговатые пазы 10 фланца кольцевой секции 9 кокиля 3 с использованием гаек с шайбами.
Сквозные продолговатые пазы 10 в нижнем фланце нижней кольцевой секции 9 кокиля 3 составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров выполнены таким образом, что их большая геометрическая ось ориентирована вдоль радиуса поперечного сечения нижней кольцевой секции 9, а соотношение геометрических размеров, измеренных вдоль большей и меньшей геометрических осей, находятся в пределах от 1,1 до 2,1.
Сквозные продолговатые пазы 10 выполненные во фланце нижней кольцевой секции 9 кокиля 3 составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров могут быть распределены как равномерно, так и не равномерно по окружности фланца нижней кольцевой секции 9 кокиля 3. При этом для обеспечения плотного примыкания нижней кольцевой секции 9 кокиля 3 к металлическому поддону 1 рекомендуется сквозные продолговатые пазы 10 распределять по окружности фланца нижней кольцевой секции 9 кокиля 3 равномерно.
Наличие во фланце нижней кольцевой секции 9 расположенных по его окружности и радиально ориентированных по отношению к ней сквозных продолговатых пазов 10 позволяет обеспечить точное позиционирование кокиля 3 относительно металлического поддона 1 с установленным на нем центральным стержнем 4 при сборке составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров. Кроме того, обеспечиваются надежная фиксация кокиля 3 относительно металлического поддона 1 в требуемом положении путем использования элементов резьбового соединения, например, винтов, проходящих через сквозные продолговатые пазы 10 фланца нижней секции 9 кокиля 3 и вкручивающихся в резьбовые отверстия металлического поддона 1 или шпилек, установленных одним своим концом в резьбовые отверстия металлического поддона 1, проходящих через сквозные продолговатые пазы 10 фланца нижней секции 9 кокиля 3, с гайками навернутыми на противоположный их конец, под которые могут быть установлены шайбы. Также обеспечивается плотное примыкание кокиля 3 к металлической плите 1 по всей сопряженной поверхности, что исключает появление брака в отливке, связанного с нарушением теплообмена при ее остывании, возможного в результате неплотного примыкания кокиля к основанию, снижение трудоемкости процессов изготовления и сборки литейной формы.
В настоящее время при изготовлении отливок с использованием составных литейных форм для обеспечения неподвижности кокиля относительно основания сверху на кокиль ставят груз масса которого в разы превышает массу отливки. Этот груз давит на кокиль, через него на основание, что препятствует смещению кокиля относительно основания под воздействием динамических нагрузок, возникающих в процессе заполнения кокиля жидким металлом. При изготовлении крупнотоннажных отливок масса которых составляет десятки тонн использование дополнительного груза для обеспечения фиксации кокиля весьма проблематично, т.к. его масса должна превышать массу отливки в разы.
В предлагаемом устройстве наличие во фланце, находящемся в нижней части наружной поверхности нижней кольцевой секции кокиля радиально ориентированных сквозных продольных пазов позволяет при помощи резьбовых крепежных элементов зафиксировать кокиль на плите основания без дополнительного груза, что существенно снижает трудоемкость процесса изготовления отливки.
Процесс заливки расплава чугуна в предлагаемую составную литейную форму для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров 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 13 одновременно поднимаются и расплав чугуна через литниковые каналы 8, шлакоуловитель 19, питатели 14 снизу вверх заполняет формирующую отливку рабочую полость составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров. По мере заполнения формирующей отливку рабочей полости составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров расплав чугуна поступает через выпор 17 верхней песчаной полуформы 6 в выжигаемую форму (модель) 16, изготовленную, например, из пенополистирола, и далее в воронку 15 выпора 17. Материал выжигаемой формы (модели) 16 сгорает, при этом образуемая полость выполняет функцию прибыли, заполняется расплавом чугуна. Когда воронка 15 выпора 17, 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 13. Далее осуществляется охлаждение отливки.
Расплав чугуна заполнивший пространство, первоначально занимаемое выжигаемой формой (моделью) 16 затвердев образет 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.
В процессе заливки в составную литейную форму для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров расплава чугуна температура которого составляет более 1100°C в результате теплового воздействия на ее элементы в частности на нижнюю секцию 9 кокиля 3, имеющую фланец со сквозными продолговатыми пазами 10, и примыкающую к основанию в виде металлического поддона 1 имеет место различие температурных деформаций, связанных с различным линейным расширением, указанных нижней секции 9 кокиля 3 и металлического поддона 1. При этом по причине теплового расширения радиус поперечного сечения нижней секции 9 кокиля 3 увеличивается, что приводит к перемещениям отверстий фланца нижней секции 9 кокиля 3 в радиальном направлении и появлению внутренних сил во фланце нижней секции 9 кокиля 3, металлическом поддоне 1 к которому он примыкает и в скрепляющих их элементах резьбового соединения, что может привести к срезу элементов резьбового соединения по плоскости стыка нижней поверхности фланца нижней секции 9 кокиля 3 и металлического поддона 1, и как следствие, к смещению литейной формы.
Чтобы избежать появления сил, вызывающих срез крепежных резьбовых соединений, во фланце нижней секции 9 кокиля 3 составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров выполнены распределенные по окружности сквозные продолговатые пазы 10, с соотношением размеров, измеренных вдоль большей и меньшей осей, находящихся в пределах от 1,1 до 2,1 и ориентированные таким образом, что из большая геометрическая ось направлена вдоль радиуса поперечного сечения нижней кольцевой секции 9 кокиля 3 (фиг.3). Тем самым достигается технический эффект, выражающийся в устранении причины среза крепежных элементов, и как следствие, в повышении надежности функционирования составной литейной формы для изготовления крупнотоннажных отливок корпусов контейнеров.