Способ изготовления отливок

Способ изготовления отливок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование в литейном производстве при изготовлении отливок из сплавов, обладающих значительной ликвацией по плотности, возникающей вследствие происходящего еще до начала общей кристаллизации охлаждаемого расплава выпадения из него твердых, жидких либо газообразных дисперсных фаз, резко отличающихся по плотности от остающейся жидкой фазы. Сущность изобретения способ включает заливку однородного жидкого расплава в литейную форму и кристаллизацию при ее равномерном вращении вокруг горизонтальной оси, при этом охлаждение полностью залитой и герметически закрытой формы производят при частоте ее вращения, которая не должна выходить за предельные значения пМИн и УМЭКС. определяемые из выражений: Пмии-6 37 Об/НИИ. ибо 9 46 Пмакс об/МИН, где /Од ф и /Эд с - плотность дисперсной фазы и дисперсной среды, кг/м3; г - пэдиус дисперсных частиц, м; цкоэффициент динамической вязкости расплава.П (Н-с/м ); g - ускорение силы тяжести, м/с ; аотносительный объем расплава вблизи оси вращения , в котором может быть допущено нарушение создаваемого кругового движения взвешенных частиц, %; R - расстояние от оси вращения до наиболее отдаленных от нее объемов расплава, м. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 22 D 27/00, 13/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ об/мин, 1 (21) 486,1 999/02 (22) 04.07.90 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (75) Н.М.Рудницкий (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1597247, кл. В 22 0 27/00, 1988, Юдин С.Б. и др. Основы центробежного литья. М.: Машиностроение, 1972, с.45 — 51. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК. (57) Использование: в литейном производстве при изготовлении отливок из сплавов, обладающих значительной ликвацией по плотности, возникающей вследствие происходящего еще до начала общей кристаллизации охлаждаемого расплава выпадения из него твердых, жидких либо газообразных дисперсных фаэ, резко отличающихся по плотности от остающейся жидкой фазы.

Сущность изобретения: способ включает заливку однородного жидкого расплава в литейную форму и кристаллизацию .при ее равномерном вращении вокруг горизонтальной оси, при этом охлаждение полноИзобретение относится к литейному производству, конкретно, к производству отливок из сплавов, обладающих значительной ликвацией по Il/!QTHocTM, возникающей вследствие происходящего еще дб начала общей кристаллизации охлаждаемого расплава выпадения из последнего твердых, жидких либо газообразных фаэ. резко отли- чающихся по плотности от остающегося жидкого раствора, У некоторых сплавов такого рода, к которым относятся например, сплавы алюминия или цинка со свинцом, . при содержании последнего больше 1%, по указанной причине даже при самых высоких

„„. Ж „„1780921 А1 стью залитой и герметически закрытой формы производят при частоте ее вращения, которая не должна выходить за предельные значения пмин и чмакс. определяемые иэ выражений; пмин г 100

9,46 п макс = -7р- об/мин, где рд,ф и рд.с — плотность дисперсной фазы и дисперсной среды, кг/м.; r — радиус з. дисперсных частиц, м;,и- коэффициент„динамической вязкости расплава П (H с/м ); g — ускорение Силы тяжести, м/с; а- относительный объем расплава вблизи оси вращения, в котором может быть допущено нарушение создаваемого кругового движения взвешенных частиц, ; R — расстояние от оси вращения до наиболее отдаленных от нее объемов расплава, м. 1 ил, О скоростях охлаждения не удается достигнуть равномерного распределения свйнца по объему слитка. При содержании в таких сплавах более 5% свинца, эмульсия свинца, возникающая в процессе их охлаждения, полностью распадается, и свинец осредотачивается сплошной массой в нижней части слитка.

Описываемый способ обеспечивает стабилизацию дисперсных систем, возникающих на первой стадии охлаждения рассматриваемых слитков, когда начинается выпадение из расплава дисперсной фазы, позволяя тем самым сохранить их

1780921 однородность, а также возможность получения сплавов, котор4е по указанным причи- ., нам не могут быть изготовлены в . промышленных условиях, Способ включает получение однофазного жидкого расплава, 5 заливку его B форму и охлаждение полностью залитой и герметически закрытой формы при ее равномерном вращении вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести расплава..- 10

Вертикальное перемещение диспергированных в расплаве частиц, происходящее под влиянием ускорения силы тяжести в неподвижной форме, при этом преобразуется в относительное по отношейию к расплаву 15 перемещение таких частиц, по круговым траекториям, в плоскости. перпендикулярной оси вращения формы.

Рассматриваемая трансформация дви-: жения взвешенных частиц поясняется схе- 20 мой.

Введем следующие обозначения:

<р — угол поворота поперечного сечения формы вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести расплава; 25

g — ускорение силы тяжести;

g = g cos p- радиальная составляющая этого ускорения; .. gt = g sin ф- тангенциальнэя составляющая;, 30

R — радиус окружности.

На чертеже показана сплошной линией, описываемой точкой, жестко закрепленной с торцовой поверхностью формы в крайнем, верхйем положении при p= О. Окружность, 35 описываемая взвешенной частицей, нахо* дящейся при этом на таком же расстоянии от центра вращения показана пунктирной линией: и — частота "вращения формы, об/мин; 40

t- время, с;

N- частота вращения 1/с, а) =, $ — текущее перемещение частицы в радиальном направлении; 45

S< — текущее отклонение частицы в тан-. генциальном йаправлении;

S —,. максимальное отклонение частицы в каждом из этих направлений; рд ф и рд,— плотность дисперсной фазы 50 и дисперсной среды, г/м; з. ,и. —, коэффициент динамической вязкон,с сти расплава в паузах ();

xic 1

r. - радиус дисперсной частицы, в м;

F — сила, действующая на частицу, Н

F = ((9д ф — /зд, )4лгзЯ, U — скорость седиментации частицы, определяемая в соответствии с законом Стокса

6л,и r

6л,и r а — центробежное ускорение, возникающее во взвешенных частицах при вращении формы, а- число процентов объема сплава, в котором допускается нарушение кругового движения частиц.

Л

При измененииугла ротОдо дисперсная частица,ия наряду с вращением совместно с дисперсной средой, под влиянием радиальной составляющей ускорения силы тяжести, перемещается по отношению к окружающему расплаву в радиальном направлении под влиянием тангенциальной составляющей этого ускорения — в кольцевом направлении, Скорость этих перемещений равна соответствующим составляющим скорости седиментации частиц Ur u Ut.

Л

При изменении угла rpOT дол расстояние частицы от центра вращения формы увеличивается и при p = лдостигает исходной величины Я. При дальнейшем росте этого угла до 3/2 Ч рассматриваемое расстояние продолжает увеличиваться и при ф = g л достигает своего максималь3 ного значения, Наконец при изменении р от 3/2 л до 2л частица вновь приближается к центру и при p = 2 л это расстояние становится снова равным величине R, а частица занимает свое исходное положение.

Относительное перемещение частицы в кольцевом направлении при изменении угла от 0 до л совпадает с направлением движения формы, при изменении угла от л до 2 лойо направлено в противоположном направлении. В результате, при р = 2 л и угловая координата частицы приобретает свбе исходное значение, Элементарное перемещение частиц в каждом из рассматриваемых направлений равно произведению текущей скорости перемещения и элементарного времени:

dS = U cos @dr

dSi - 0 sin p d r .

Заменяя здесь бх = — dip получим; лп

1780921

3 л

R-j

Бсо ву

Я, и пмин = 955 макс /

100

Примем для примера радиус формы, 35 Равным ймакс = 0,04 м и скоРость седиментации частиц U = 10 м/сек. Для определения минимального числа оборотов формы, примем коэффициент Q= 1, для максимального коэффициента i 0.1. В этом случае при

40 максимальном числе оборотов пмакс = 47,27 об/мин радиус вращения частиц вокруг своего центра $ = 2,09 10 м, коэффициент а-" 2,67 10 . При минимальном числе оборо-з тов n = 2,39 об/мин, радиус вращения час45 тиц S = 4.10 м, Таким образом, в рассматриваемом случае при переходе от минимально допустимой частоты, вращения формы к максимальной, число оборотов увеличива50 ется в 19,3 раза, во столько же раз снижается радиус S вращения взвешенных. частиц вокруг своего центра. Коэффициент a cw. жается обратно пропорционально квадрату частоты вращения формы n, B нашем случае при максимально допустимой частоте, аснижается по сравнению с минимальной в

392 раза. Во столько же раэ уменьшается объем расплава, в котором нарушается круговое перемещение взвешенных частиц, бЬ=0соз ф „ф, зод

U sin p ä Р

После интегрирования последних двух

X уравнений в пределах угла р от 0 до возведения обоих частей каждого уравне- ния в квадрат и сложения левых и правых частей полученных уравнений, найдем уравнение относительного движения взвешенных частиц в дисперсной среде:

$г + S ."=(9,55 — ) .

Отсюда следует, что взвешенные частицы в рассматриваемых условиях совершают относительные по отношению к расплаву перемещения по окружности, радиус которой равен S = 9,55 —. При этом период

n полного оборота частицы совпадает с соответствующим периодом вращения формы, а положение центров, вокруг которых вращаются взвешенные частицы, не изменяются под влиянием ускорейия силы тяжести. В результате полностью прекращается влияние ускорения силы. тяжести на ликвацию взвешенных частиц по плотности, возникающее в неподвижной форме. Вместе с тем рассматриваемые частицы совместно со своими центрами вращения перемещаются в расплаве в радиальном направлении под влиянием возникающего при вращении формы центробежного ускорения. При достаточно малой величине центробежного ускорения скорость вызываемой им ликвации сплавов по плотности может быть снижена на несколько порядков по сравнению с возникающей в неподвижной форме под влиянием ускорения силы тяжести. Эффективность рассматриваемого способа может быть оценена по величине коэффиа„. циента i = — " равного отношению центроg бежного ускорения к ускорению силы тяжести.

Величина возникающего в частицах центробежного ускорения определяется угловой скоростью вращения формы и расстоянием частицы от центра вращения формы.

Последнее изменяется от своего минимальЛ ного значения (R — S) при p =-т да макси- мального(Б+ S) при p = . При дальнейшем

5 увеличении угла до р = л радиус вращения частицы снова снизится до величин (R — S).

Средний размер радиуса вращения взвешенной частицы при его изменении от минимального до максимального значения равен:

X

Следовательно средняя величина радиуса вращения частицы вокруг оси формы, необходимая для определения возникающего в

10 ней центробежного ускорения, равна радиусу окружности, описываемой центром относительного вращения этой частицы.

Число оборотов формы п.выбирается таким образом, чтобы оно было не больше

"5 максимального значения пм«, превышение которого приведет к завышению принятого показателя i и не меньше минимального значения пМ«, при котором в заданном объеме слитка вблизи оси вращения линейная скорость вращения расплава не окажется меньше скорости седиментации частиц, и таким образом, в нем нарушается круговое движение частиц совместно с расплавом, Отсюда:

П„,„, = / 900! = 29,9 — + —, К

1 макс

Л Вмакс

1780921 пмин об/мин, 100 < Roe

15 омакс =29,9 1,.о6!мин, макс

Составитель Н.Рудницкий

Техред М,Моргентал Корректор О. Густи

Редактор М.Васильева

Заказ 4237 Тираж Подписное

ВНИЙПИ Государствеййого комитета пО изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101:-- *

Коэффициент i = а,/о наоборот увеличивается с ростом частоты вращения формы пропорционально ее квадрату и при и = пмакс возрастает в 392 раза. В результате, при этом резко повышается величина возникающего центробежного ускорения и, .таким образом, снижается эффективность способа. В нашем примере при n = nM K = 0,1 и, следовательно, аяв 10 раз меньше ускорения силы тяжести. При и=n мин l = 2,55,10" велиЧина а, становится в, 3925 раз меньше ускорения силы тяжести в пределах величины и от п м до и, расположен большой диапазон частот; который может быть исполЬзован для конкретных ус ловий осуществления способа. С увеличени ем поперечных размеров формы и скорости седиментации частиц этого диапазон"сйиж аетС я.

Формула изобретения

Способ изготовления отливок из сплавов, обладающих значительной ликвацией по плотности, возникающей вследствие выпадения из охлаждаемого расплава еще до начала его общей кристаллизации дисперсных частиц твердых, жидких либо газообразных фаз, отличающихся по плотности от оСтающегося расплава, включающий получеййе однородного жидкого расплава, заливку его в литейную форму и охлаждение при ее равномерном вращении вокруг гори-. зонтальной оси, отличающийся тем, что, с целью получения более однородных отливок за счет снижения ликвации сплавов, охлаждение полностью залитой и гер5 метически закрытой литейной формы производят при частоте ее вращения, которая не должна выходить за предельные значения пмин и пмакс, определяемые из математических выражений

10 где одф и pgc — плотность дисперсной фазы

Й дисперсионной среды, Kf /M г — радиус дисперсных частиц, м; ,и- коэффициент динамической вязкости расплава в паузах, Н с/м ;

g — ускорение силы тяжести, м/с; г. а — относительный объем расплава вблизи оси вращения, в котором может быть допущено нарушение создаваемого круго- . вого движения взвешенных частиц, 7;;

R»« — расстояние от оси вращения до наиболее отдаленных от нее объемов расплава, м; у l — коэффициент.