Безопочная литейная форма

Безопочная литейная форма

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к безопочной формовке, и может быть использовано для предотвращения брака отливок по причине образования трещин в безопочных формах после заливки расплава. Цель изобретения - повышение трещиноустойчивости безопочной формы и снижение брака отливок по этой причине. После заливки расплава в литейной форме возникает сухая корка, которая стремится расшириться, при этом в форме возникают напряжения, приводящие к образованию трещин. Трещины поражают формы и приводят к выливанию расплава из формы, особенно опасны такие трещины в стопочных безопочных формах. Для предотвращения поражения формы сквозными трещинами в форме выполняют технологические полости в виде двух цилиндрических полостей, расположенных на небольшом расстоянии, причем оси полостей параллельны одна другой и перпендикулярны поверхности разъема формы. При развитии напряжения в технологических полостях образуется трещина, не выходящая за их пределы, что приводит к снижению уровня напряжений в форме. Наилучшие результаты могут быть получены при соединении нескольких безопочных форм в стопку, например на автоматических линиях, изготавливающих формы с вертикальным разъемом и собирающих эти формы в горизонтальную стопку перед заливкой. Формы с дополнительными технологическими полостями не поражаются сквозными трещинами, что позволяет устранить брак отливок по этой причине, аварийные остановки линии и повысить фактическую производительность линии. 3 ил., 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 22 С 11/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВйДЕТЕЛЬСТВУ

C ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

I (21) 4337718/31-02 (22) 04.12.87 (46) 30.04.90. Бюл. ¹ 16 (71) Иосковский автомеханический институт (72) М.В2.Ершов,-А.П.Трухов, В.И,"1икунов и Е.И.Ермолаева (53) 621.744 ° Об (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1360878, кл. В 22 С 11/10, 1986, (54) БЕЗОПОЧНАЯ ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА (57) Изобретение относится к литейному производству, в частности к безопочной формовке,и может быть использовано для предотвращения брака отливок по причине образования трещин в безопочных формах после заливки расплава. Цель изобретения — повышение трещиноустойчивости безопочной формы и -снижение брака отливок по этой причине. После заливки расплава в литейной форме возникает сухая корка, которая стремится расшириться, при этом в форме возникают напряжения, приводящие к образованию трещин, Трещины поражают формы и приводят к выливанию расплава из форми, осоИзобретение относится к литейному производству, в частности к безопочной формовке, и может быть использовано" для предотвращения брака отливок по причине образования трещин в формах после заливки расплава.

Цель изобретения — повышение трещиноустойчивости безопочной формы и снижение брака отливок по этой причине.

„„ЯО„„! 560363 A 1

2 бенно опасны такие трещины в стопочных безопочных формах. Для предотвращения поражения формы сквозными трещинами в форме выполняют технологические полости в виде двух цилиндричес-: ких полостей, расположенных на небольшом расстоянии, причем оси полостей параллельны одна другой и перпендикулярны поверхности разъема формы, При развитии напряжения в технологических полостях образуется трещина, не выходящая за их пределы, что приводит к снижению уровня напряжений в форме, Наилучшие результаты могут быть получены при соединении нескольких безопочных форм в стопку, например на автоматических линиях, изггдтавливающих формы с вертикальным разъемом и собирающих эти формы в горизонтальную стопку перед заливкой.

Формы с дополнительными технологическими полостями не поражаются сквозными трещинами, что позволяет устранить брак отливок по этой причине, аварийные остановки линии и повысить фактическую производительность линии. 3 ил.

4 табл.

На фиг. 1 показана стопочная безопочная литейная форма, общий вид; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фнг.3 — проба для определения трещиноустойчивости безопочных .литейных . форм с различными вариантами расположения дополнительных полостей.

На фиг.1 показан пример двухсторонних безопочных форм 1с вертикальным разъемом, собираемых в .стопку.

1560363

В формах выполнены рабочие полости

2 со стержнями 3 для получения отливок. Рабочие полости соединены с литниковой системой, состоящей из заливочной чаши ч, стояка 5 .и питателей 6. Для вывода газов из рабочих полостей служат газоотводные каналы

7. Дополнительные полости 8 выполнены в виде сквозных цилиндрических отвер- 1ð стий, восходящих на плоскости разъема

9 форм, Оси 10 дополнительных полостей ориентированы перпендикулярно поверхности разъема форм, а сами полости расположены попарно на рас" стоянии между их осями (1,3-1»7)Э» где D — диаметр дополнительных полостей.

При заливке металла во внутренних ° контактирующих с расплавом слоях 2р формы образуется сухая корка, которая стремится расшириться. Этому расширению препятствуют наружные слои формы, В результате этого взаимодействия сухой корки с основным объемом формы на границе их контакта возникают наи-большие напряжения. Граничная зона расположена на расстоянии 1,0-1»6 от приведенного размера затвердевания отливки. Установленные попарно допол- »р нительные полости выполняют роль компенсатора, снижающего уровень йа= пряжений, в упомянутой зоне и, как следствие, во всем объеме формы.

В результате прогрева формы расплавленным металлом напряжения в ней от момента заливки постоянно увели.чиваются. При увеличении напряжений

;до. предельного уровня в промежутке между дополнительными полостями обра- 40 зуется трещина. Возникшая трещина локализует деформации расширяющейся сухой корки, при этом общий уровень напряжений в форме снижается. Важно также, что образовавшаяся в компенсаторе трещина не выходит за его пределы.

Расположение нескольких компенсаторов в форме по периметру рабочих полостей позволяет локализовать (бло" кировать1 тепловое расширение сухой корки во внутренних объемах формы, предотвратить развитие высокого уровня напряжений. и, как следствие, образование сквозных трещин, пронизываю-.. щих форму от рабочих полостей до на-. ружной поверхности. Трещины, возникающие при этом между дополнительными полостями, не приносят форме вреда, так как их развитие останавливается самими дополнительными полостями.

Применение дополнительных полостей цилиндрической формы, оси которых параллельны одна другой, позволяет получить в безопочной форме.компенсатор, срабатывающий при условии превышения в форме предельного уровня напряжений. Известно, что нарушение сплошности среды является концентратором напряжений, попарное расположение дополнительных полостей, с одной стороны, увеличивает эффект концентрации..в промежутке между этими полостями, с другой, предотвращает развитие трещин за их пределы. Пос-.леднее достигается за счет формы выполнения дополнительных полостей в виде цилиндрических отверстий, соотношения расстояния между их осями и диаметром, а также параллельного ориентирования осеи упомянутых полостей. Получить цилиндрические полости можно сверлением или предварительной протяжкой модели, Однако в обоих случаях получение полостей связано с определенными техническими трудностями. Получение полости существенно облегчается, если они будут иметь малую конусность (1-3 ), необходимую для формовки. При такой конусности комп-:.нсаторы работают так же, как в случае выполнения их в виде цилиндрических отверстий.

Вылолнение дополнительных полостей в виде эллиптических цилиндров так, что большие оси,эллипсов ориентированы параллельно одна другой, так же позволяет получить названные преимущества. В случае выполнения полостей в виде призм с различным числом граней, развитие сквозных трещин, пронизывающих дополнительные полости, предотвратить не удается, так как углы между гранями являются дополнительными концентраторами напряжений, и трещина, образуясь сначала между дополнительными полостями, развивается длальше, выходя из угла призмы.

Параллельное расположение осей дополнительных полостей позволяет также иметь одинаковый уровень концентрации напряжений по всей глубине (толщине) формы. При этом трещина зарождается со стороны-лада и развивается к контрладу формы. Ориентирование осей дополнительных полостей перпендикулярно

1560363

15

40

55 плоскости разъема облегчает их формовку.

Дпя определения предлагаемых параметров взаимного положения дополнительных полостей и расположения их в форме проводили 4 серии экспериментов на пробе с размерами в плане

200х200 мм, высотой 150 мм, Проба

11 (фиг.3) имела на одной из боковых поверхностей концентратор напряжений

12 в виде трехгранной канавки. Изменяли диаметр полости 13 для заливки расплава: 30 и 60 мм, что соответствует приведенному размеру затвердевания R = 7,5 и 15 мм. Пробу изготавливали из оборотной формовочной смеси, содержащей 10% активного бентонита, 5% неактивной мелочи, 1% молотого угля, 94%. кварцевого песка, смесь имела влажнбсть 3,5%. Смесь уплотняли в разборной опоке до плотности 1550 кг/м . В готовую пробу

Ъ заливали сплав АЛ вЂ” 2 при 1050 К.

Первоначально в пробе не выполняли дополнительные полости 8 в виде сквоз ных отверстий. При э-ом трещина 14 образовывалась на концентраторе 12 и развивалась в сторону рабочей полости 13. Время образования трещины при диаметре полости для заливки метапла 30 мм составляло 130 с, при диаметре 60 мм — 63 с. Такие трещины образовывались и в случае выполнения в пробе дополнительных полостей и обозначены в табл.1-4 сокращением

T„ — трещина от концентратора.

Дополнительные полости имели диаметр 15 и 20 мм, что было сделано из конструктивных соображений. Вместе с тем применение полостей меньшего диаметра не позволяло остановить развитие трещины за пределы компенсатора, а при большем диаметре компенсатор занимал много места на пробе..Компеисаторы располагали по диагонали, при этом все четыре компенс атора располагались симметрично относительно центрально оси пробы.

Изменяли расстояние k между осями дополнительных полостей, где 1

1,1; 1,5;.1,7; 1,9 и толщину слоя формы между рабочей и ближайшей дополнительной полостяли nR, где п

0,8; 1,0; 1,3; 1 6; l 8. Результаты экспериментов сведены в табл,l 4.

При расстоянии между осями дополнительных полостей 1,1 0 не формуется пвомежуток между этими полостями (Н.Ф,П,). Устойчивую перемычку между дополнительными полостями удается получить при расстоянии между осями

1,3 Р и более. Отсутствие.,перемычки снижает эффективность работы компенсатора, а главное понижает жесгкость форми, Компенсатор в этом случае принимает Форму восьмерки с рванылш поверхностями в месте соединения цилиндров. Отверстие такой конфигура— ции вызывает большее снижение жесткости форлм по сравнению с двумя цилиндрическими отверстиями. Перемычка между отверстиями, до образования в ней трещины, придает жесткость форме, Увеличение расстояния между осямr. дополнительных отверстий более

1,7 В приводит к уменьшению уровня концентрации напряжений в промежутке между ними, »ри этом в форме соз-: дается такое напряженное состояние, что трещина возникает на наружном концентраторе, компенсатор при этом не работает.

Важное значение имеет местоположение компенсатора в литейной форме и, в особенности, положение его относительно сухой корки и лежащей эа ней зоны конденсации. Глубина прогрева формы в значительной степени связана с теплотой, отдаваемой отливкой Форме ° Чем больше тепла отдает отливка форме, тем большую толщину имеет сухая кожа, и дальше от поверхности раздела металл-форма лежит зона конденсации. Наиболее выгодным . положениел следует считать граничную зону сухой корки, эоны конденсации и основного объема смеси. Именно в этой зоне развиваются наибольшие растягивающие напряжения, В качестве критерия, характеризующего глубину прогрева форлы отливкой, принят приведенный размер затвердевания R определяющий положение названной зоны. При уменьшении толщины слоя формы между соседними дополнительной и рабочей полостями меньше 1,0 R происходит образование трещины 15 (фиг,3), между основной и дополнительной полостями Т „, Такая трещина, развиваясь, йоражает перемычку компенсатора, а в ряде случаев, проходя дальше, выходит на наружную поверхность формы. При увеличении толщины слоя форлы между рабочей и дополнительной полостями названное явление

1560363 не наблюдается. С другой стороны, удаление ближайшей дополнительной полости от рабочей больше, чем на

1,6 Р приводит к выходу компенсатора иэ граничной зоны, что не позволяет ему срабатывать в нужный момент времени, трещина при этом возникает на наружном ко,щентраторе..

Наилучшие результаты могУт быть

t /I получены при соединении нескольких безопочных форм в стопку, например, на автоматических линиях, изготавливающих формы с вертикальным разъемом и собирающих эти формы в горизонтальную стопку перед заливкой.

Формы с дополнительными полостями не поражаются сквозными трещинами, 20 что позволяет устранить брак отливок по этой причине, аварийные остановки линий, и повысить фактическую производительность линии.

Таблица

Показатели

Расстояние между осями дополнительных полостей, к D мм

l ю1 9 1вЗ 9 1ю5 D 1в7 D 1 9 D (11 мм) (13 мм) (15 мм) . (17 мм) (19 мм)

-Ъ й

1)

Н.Ф,П.

2)

Т.о.д.

Т,о.д. Т.о.д.

Т.о.д.

+ю-+

Т,н,к.

102

124

131

120

) 29 Т,н. к .

149 Т.н.к.

I 26

3) 132

Т.к.

Т.к. Т,н,к.

Т.к.

Н.Ф.П.

+ Т.о.д.

++" Т.н.к. — не формуется промежуток между дополнительными полостями. трещины между основной и дополнительной полостями. трещина от наружного концентратора.

Толщина слоя формы между соседними допол нительной и рабочей полостямир пРi ° MM

0,8 Р. (6 мм)

1,0 Р (7р5 мм) НеФеП

1,3 Р (9,8 мм) Н.Ф.П, 1,6 Р (12 мм) Н.Ф.П.

1э8 Р (13,5 мм)Н.Ф.П.

Формула и з обретения

Безопочная литейная форма, содержащая стержни, расположенные в рабочих полостях для получения отливок с приведенным размером затвердевания

R литниковую систему, вентиляционные каналы и технологические полости, отличающаяся тем, что, с целью повышения трещиноустойчивости формы и снижения брака отливок, технологические полости выполнены в виде сквозных цилиндрических отверстий, имеющих в сечении окружности одинакового диаметра D объединенных в группы по две, причем оси отверстий параллельны одна другой и ориентированы .перпендикулярно плоскости разъема, расстояние между осями цилиндрических отверстий каждой группы составляет (I 3-1,7) D а толщина слоя формы между рабочей полостью и ближайшей к ней технологической полостью составляет (1,0"1,6)Р.

1560363

Таблиц а 2

Расстояние между осями дополнительных полостей, к D, мм

Пок азатели

1,) (22 мм) I 5D 1,7D1,9D (30 мм) (34 мм) (38 мм) 1 3 П (26 мм) Т.о.д. Т.о.д, Т.о.д.

Т.о.д.

H,Ô,Ï.

0,8 Р (6 мм)

190 Р (7,5 мм)

1,3 Р (9,8 мм)

1,6 Р. (12 мм)

1,8 Р

; (13,5 мм) Толщина слоя формы между соседними дополнительной и рабочей полостяnR °

130 T.ê.

119

100

Н,Ф.П.

114

Н.Ф.П.

138 Т.к °

135

Т.к, 154

126

120

H. .Ï.

Н,Ф,П.

Т.к.

Т.к, Т.к

Т,к, Таблица3

Расстояние между осями дополнительных полостей, к D, мм

Показатели

1,1 D ),3 В (16,5 мм) (19,5 мм) 1,9 D (28,5 мм) 1,7 D (25,5 мм) )е5 1) (22,5 мм) Т.о.д.

Т.о.д..O,8 R (12 мм) 1,0 Р, (15 мм) 1,3 R (19,5 мм) 1,6 R (24 мм) 1,8 В.! (27 ) Т.о.д.

Т.о.д, Н.Ф,П.

T,к.

129

100

Н.Ф.П.

121

Т.к.

115

Н.Ф.П, 125

Н.Ф.П.

103

)21

I.к.

121

103

Т,к.

125

Н.Ф.П.

Таб лиц а4

Показатели

1,7 D 1,9 D (34 мм) (38 мм) l,1 В 1,3 D (22 мм) (26 мм) 1,5 П (30 мм) Толщина слоя форм между соседними дополнительной н рабочей полостяMN nF MM

Т,с.д.

Н.Ф.П.

Т,о.д.

Т.о.д.

Т.о.д.

93

120

Т.к, 93

l0l

119

Т,к.

100

114

117

Т.к °

Т.к.

Т.к.

Т.к.

Толщина слоя формы между соседними дополнит ель ной и рабочей полостями, nR мм

Расстояние между осями дополнительных полостей, к D мм

0,8 Р (12 мм) .

1,0 Р (15 мм)

1,3 R H.Ф.П. (19,5 мм)

1,6 R Н.Ф.П. (24 мм)

I 8 Р .Н.Ф.П. (27 мм) 1560363

Ф

° ° °

° ° ° а

° ° б

4 а Ь

1 °

° ° °

В °

° 1 °

° ° а

1560363

Составитель Э.Киян

Техред М.Ходанич

Корректор И.Иуска

Редактор А.Долинич

Заказ 942 Тираж 6) 4 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, З-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-ивдателъский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101