Власники патенту RU 2418651:
Малишев Володимир Іванович (RU)
Винахід відноситься до області ливарного виробництва. Металеву форму, що складається з двох полуформ, нагрівають до температури 70-90 ° С, встановлюють металевий стрижень, нагрітий до температури 150-180 ° С, і замикають напівформи. Всередині форми створюють розрідження. Розплавлений метал з печі під низьким тиском по металлопровода вичавлюють в порожнину форми. Після кристалізації виливки форму розкривають і витягують виливок. Металевий стрижень виконують збірним з бічних і центральної частин, з'єднаних магнітами. Забезпечується отримання виливків без раковин і пористості і з дрібнозернистою структурою. 2 Н.І 2 з.п. ф-ли. 4 мул.
Винахід відноситься до області ливарного виробництва, зокрема, машинобудування двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ). ВАТ Барнаултрансмаш з часом Великої Вітчизняної війни і в сьогоденні в основному виробляє транспортні та суднові ДВС оборонного значення. Поршні - поршень діаметр 150 мм, виготовляють з алюмінієвого круглого прокату ковальської куванням, виходить груба заготівка, велика витрата металу на механічну обробку і велику вагу поршня, що надходить на збірку двигуна при освоєнні отриманого литтям поршня.
Перегрітий розплав приносять за кілька метрів в ковші від печі до машини литтям під тиском, заливають у форму з носка струмочком, при цьому метал поглинає повітря, який утворює пори.
Процес формування виливки відбувається в три етапи: а) сплав з великою швидкістю (до 50 м / с) за короткий час (0,01-0,6 с) заповнює порожнину прес-форми, інтенсивно перемішуючись з повітрям і парами мастила, що знаходяться в порожнини форми, утворюючи металловоздушную суміш; б) поверхневий шар виливки виходить дуже щільним; в) кристалізація виливка відбувається з великою швидкістю, що призводить до недостатнього харчування виливки рідким розплавом, але дефектів усадочного походження в виливках не спостерігається, так як гази в порах знаходяться під великим тиском і, розширюючись, сприяють повному заповнення порожнини прес-форми металом, проте механічні властивості металу погані. Вакуумирование форми в процесі лиття утруднено, при цьому відбувається недостатнє харчування виливки, з'являються усадочні раковини. Присутність в виливках диспергованих пір неприпустимо в порушених ДВС, особливо підвищеної потужності.
Виготовлення виливків поршнів в разових формах. Схема технологічного процесу отримання литої заготовки в разової піщано-глинистої формі складається з великого числа операцій: приготування формувальних і стрижневих сумішей, виготовлення форм і стрижнів, заповнення металом, руйнування форми, очищення виливка, вибивка стрижнів охолодження, відрізка прибутку (ливника), груба механічна обробка різанням, отжиг і т.д.
Недоліками лиття в разові піщано-глинисті форми є: низький% придатного, пористість, газові та усадочні раковини, викривлення і ін. При заповненні ливарної форми рідким металом розкладається волога, що знаходиться в формувальної суміші, вигорають сполучні речовини з форм і стрижнів, виділяються гази з фарб, якими часто покривають поверхні форм і стрижнів. Гази можуть перебувати в металі у вільному стані або розчинятися в ньому, утворюючи оксиди, гідриди, нітриди і газообразующие продукти. Гази, розчинені в металі, часто погіршують його механічні властивості і сприяють утворенню ливарних дефектів - газових раковин і пір.
Лиття в кокіль здійснюють шляхом вільної заливки розплавленого металу під дією гравітаційних сил в металеві багаторазово використовувані ливарні форми - кокілі, виготовлені зі сталі, чавуну, мідних і алюмінієвих сплавів, з анодованої робочою поверхнею. У кокілях можна практично одержувати виливки з усіх сплавів. Найбільше застосування мають алюмінієві і магнієві сплави.
Лиття в облицювання кокілі - прогресивний технологічний процес, що дозволяє отримувати великі і точні виливки в порівнянні з литтям в піщано-глинисті разові і оболонкові форми. Лиття в облицювання кокілі дозволяє значно зменшити припуски на обробку, в 10-20 разів скоротити витрату формувальних матеріалів, в 1,5-2 рази знизити трудомісткість очисних і обрубочних робіт, поліпшити санітарні умови і підвищити продуктивність праці.
Процес формування виливки в кокіль, що володіє підвищеною теплопровідністю, мають свої особливості. При швидкому охолодженні (в 3-5 разів швидше, ніж в піщано-глинистої формі) структура сплаву стає дрібнозернистим і щільною, а механічні властивості зростають на 10-20%. Усадка сплаву утруднена в процесі кристалізації, що сприяє виникненню в виливках внутрішніх напружень, які в більшості випадків знімаються термічною обробкою.
Для отримання виливки поршня за прототип приймається металева форма-кокіль (див. Б.А.Кузьмін і ін. Технологія металів і конструкційні матеріали. М. Машинобудування 1981, с.173-175 та ін.).
Металева форма кокіль для отримання поршня представлена на рис 17,1.а, складається з нижньої плити 1 і двох полуформ 4 і 5. У напівформах є порожнина і канали для її заповнення металом 2. Напівформи шарнірно з'єднані між собою і розкриваються по вертикальній площині роз'єму . Для щільного з'єднання полуформ є замкова частина 3 і 6, внутрішні порожнини і отвори отримують за допомогою металевих стрижнів 2 (2 шт.), 4 і 5 (ріс.17.1б), що вставляються в кокіль перед заповненням його металом. Стрижні 2 утворюють бічні отвори в литві. Внутрішня порожнина утворюється збірним стрижнем, що складається з бічних частин 4 та центральній частині 5, а зовнішня поверхня плитою 1 і напівформах 3 і 6. Заповнення кокиля металом відбувається через литниковую систему 7. Після кристалізації сплаву виливки видаляють бічні і центральний стрижні. Для видалення складеного центрального стрижня спочатку витягають клинову частина 5, бічні частини 4 по черзі зміщують в утворену щілину і піднімають. Після вилучення стрижнів кокіль розкривають і видаляють з нього виливок (ріс.17.2).
Недоліками лиття в кокіль для отримання виливки поршня є:
1. Кокіль під заливку розплавом металу готують складанням всіх його елементів, приводять в робочий стан, після змикання полуформ вставляють в зборі стрижні, форму заливають металом, після кристалізації виливка форму розбирають, отриману заготовку витягують, всі операції циклу роблять вручну.
2. Розплавлений метал від печі розносять по черзі, заливають у форму з носка ковша, відкритий розплав поглинає в себе повітря, який утворює в виливках газові пори.
3. Ущільнення залитого металу засобами прибутку з ливника, маса яких набагато більше виливки (при цьому велика витрата металу), не усуває об'ємну усадку, викликає поява вад виливки у вигляді раковин і пір.
Металеві форми практично газонепроникні, гази видаляються через дрібні отвори, а також через літник і прибуток, що неминуче в литві створює дефекти у вигляді диспергованих пір.
Висока швидкість охолодження призводить до прискорення кристалізації виливка, що створює недостатнє заповнення форми металом, виникають усадочні, термічні і фазові напруги, що утворюють гарячі і холодні тріщини.
На фіг.1 показана схема пристрою отримання виливки поршня в металевій формі - кокіль литтям під низьким тиском стисненого повітря в плавильної печі, складається з нижньої плити 1, в ній є літніковий канал.
На фіг.2 - літник 1, виливок 2 і дві напівформи 3 і 4, в напівформах є порожнина для заповнення її металом 2. Напівформи кинематически пов'язані з механізмом закриття і розкриття форми, включаючи пневмопривід заміни отриманої виливки збірним стрижнем, що складається з бічних частин 5 (2 шт.) та центральній частині 6, в ньому вбудовані магніти з'єднання бічних частин 5, є назад надходить у вертикальній площині з поворотом на 180 ° утримувач 10 стрижня 6. Кронштейн 11 служить обмежувачем відпускання стрижня вниз. Отвори в литві 2 виконуються двома стрижнями 9, які є штоками двосторонніх поршнів в циліндрах пневмокамер 12, служать пневмоприводом полуформ 3 і 4.
Перед литтям стрижень 6 вставляється нагрітим до температури 150 180 ° С, напівформи і плита прогріваються гарячою водою до температури 70-90 ° С під тиском 0,8-1,5 кгс / см 2 1,5-2,0 хв. Після закінчення лиття гаряча вода замінюється холодної, відбувається поступове охолодження форми і кристалізація виливка. Напівформи і плита 1 нагріваються і охолоджуються водою по каналах 7. До пневмокамері 12 підведені повітропроводи: 13 - відкриття та 14 - закриття форми під дією зусилля стисненого повітря. Заповнення форми розплавом металу виливки відбувається з плавильної печі 15 лиття під низьким тиском по трубопроводу 16. літників виливки 2 забезпечений електронагрівачем 17. Отсос противодавления в формі здійснюється по отвору 18. Щоб уникнути ливарних дефектів в литві є поршень, підготовлений відповідним чином розплавлений метал заливають в прогріту металеву форму під тиском на розплав в печі.
Отримання поршня в металевій формі-кокіль здійснюється наступним чином. Пристрій (установка) для лиття поршня під низьким тиском має повністю автоматизований робочий цикл з програмним управлінням, автоматизовані регулювання зусиль змикання і розмикання полуформ, робота пневмопривода підйому стрижня з відливанням, поворот на
180 ° для заміни в тримачі 10 виливки на стрижень, повернення стрижня, його спускання, змикання полуформ, зміна швидкості заливки, час витримки тиску залитого в форму металу, блокування вузлів при появі несправностей в установці не показано.
З плавильної печі 15, яка нагрівається електронагрівачами, під тиском стисненого повітря 0,1-0,8 кгс / см 2 розплав вичавлюється і втягується розрідженням в жорстку прогріту порожнину форми 2, де в просторі між напівформах і збірним стрижнем 6 кристалізується при охолодженні водою. Тиск повітря або інертного газу має бути невисоким з тієї причини, що площа дзеркала розплаву в печі у багато разів більше площі металлопровода 16, незначне переміщення розплаву в печі викликає високий підйом рідкого металу всередині металлопровода і в ливарній формі кристалізація виливка відбувається послідовно від холодної стінки до центру, тому відсутні раковини, пористість, усадочні напруги. Від початку до кінця кристалізації в печі підтримується тиск, виливки виходять щільними і дрібнозернистими. Після кристалізації виливки тиску газу в печі 15 знімається, потім тиск знімається в камерах 14. При цьому подається повітря в камери 13, напівформи 3 і 4 розсуваються по горизонтальній площині в різні боки. Пневмопривод піднімає стрижень з відливанням на висоту форми, повертається на 180 °, відбувається заміна виливки стрижнем, який повертається у вихідне положення, форма закривається, цикл повторюється знову. На столі розбирання та складання з виливки поршнів з легким зусиллям виймають стрижні 6, потім бічні стрижні 3 і 4 (вкладиші) за допомогою магнітів в стрижнях, їх збирають і направляють для наступного литва.
Процес формування виливки в механізованої формі, нагрівається і охолоджується водою, має свої особливості. При нагрітій формі створюються кращі умови повсюдного заповнення порожнини форми металом. При охолодженні форми водою кристалізація виливка відбувається послідовно від холодної стінки до центру, структура сплаву стає дрібнозернистим і щільною. Скорочується час отримання виливки.
Лиття вакуумним всмоктуванням - всередині форми вакуум-насосом створюють розрідження, і розплавлений метал втягується всередину форми, де кристалізується. Тому в литві відсутні раковини, пористість і добре видаляються гази.
Усадка сплавів в процесі їх кристалізації викликає скорочення обсягів і лінійних розмірів виливків, зменшує поява вад у вигляді раковин і пір, схильність до виникнення напружень і утворення тріщин.
Литтям під низьким тиском в печі на розплав створюється прибуток на усадку в інтервалі кристалізації виливка, цим самим досягається усунення дефектів усадочного характеру.
Виливок поршня, наприклад, діаметром 150 мм з алюмінієвого сплаву АЛ 27, t плавлення 638 ° С щільність 2,7 г / см 3. величина усадки
1,8. У ній стрижні, що утворюють порожнину і отвори, виготовляють з марганцовістойсталі (10-14% Mn), відповідно усадка 2,5-3,8%, що усуває виникнення напружень і утворення тріщин у виливках.
Таким чином, за порівняльними даними відомих способів лиття і характеру виробництва витрати на отримання виливки поршня в механізованої формі литтям під низьким тиском з вакуумуванням в 3-5 разів менше при 100% якості механічних властивостей виливка, не витрачається метал на литниковую систему, економиться зайвий метал , що враховується на міцність і витрачаються на механічну обробку.
Литтям в механізіруемую форму створюється технічне оснащення виробництва, підвищується продуктивність і якість лиття.
Пристрій для отримання виливки поршня може знайти широке використання у виробництві поршневих двигунів (ДВС), а також компресорів і насосів в машинобудуванні.
1. Пристрій для отримання виливки поршня з алюмінієвих сплавів, що містить нижню плиту, металеву форму, що складається з двох полуформ з порожниною і вертикальною площиною роз'єму, механізм закриття і розкриття форм, стрижень для отримання порожнини в литві і стрижні для отримання отворів в литві, піч для лиття розплаву під низьким тиском, на якій встановлені напівформи, і металлопровода для заливки розплаву з печі, відрізняється тим, що стрижень для отримання порожнини в відливання виконаний збірним з бічних і центральної част й, з'єднаних магнітами, а механізм закриття і розкриття форм містить пневмопривід підйому збірного стержня і повороту його на 180 ° і пневмоприводи полуформ з циліндрами, що мають двосторонні поршні і штоки, які служать стрижнями для отримання отворів в литві.
2. Пристрій за п.1, що відрізняється тим, що в напівформах і в плиті підстави форми виконані канали проходження гарячої та холодної води.
3. Спосіб отримання виливки поршня з алюмінієвих сплавів, що включає установку в металеву форму, що складається з двох полуформ, металевого стержня, який відрізняється тим, що металевий стрижень перед установкою в форму нагрівають до температури 150-180 ° С, напівформи нагрівають до температури 70-90 ° С і замикають, всередині форми створюють розрідження, розплавлений метал з печі під низьким тиском по металлопровода вичавлюють в порожнину форми, а після кристалізації виливка форму розкривають і витягують виливок.
4. Спосіб за п.3, що відрізняється тим, що виливок виконують з алюмінієвого сплаву, що має усадку
1,8%, а стрижні, що утворюють порожнину і отвори виливки, виконують з марганцовістойсталі, що містить 10-14% Mn і має усадку 2,5-3,8%.