Спосіб виготовлення виливка корпусу блока циліндрів

УКРАЇНА (19) UA (11) 85516 (13) C2 (51) МПК (2009) B22C 9/02 B22D 27/04 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ Д ЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛ ЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИЛИВКА КОРПУСУ БЛОКА Ц ИЛІНДРІВ (13) води до піску, які показали зниження X мри відносній вологості W > 5% у суміші з питомою вагою 1230 кГ/м 3 і W > 8% у суміші з питомою вагою 1470 кГ/м 3 при виготовленні цих сумішей з несіяного піску з питомою вагою g - 1600 кГ/м 3 після ущільнення [Носков Е.А., Яновер Я.Д. Исследование теплофизических характеристик формовочных материалов методами регулярного режима. Известия высших учебных заведений. 1971 - №11 C.147-151]. Проте на основі цих даних не розроблені технологічні способи регулювання теплового режиму формі*. Найбільш близьким до заявленого є технічне рішення для отримання виливків, що включає ви 85516 Винахід відноситься до ливарного виробництва, а саме до способів виробництва виливків корпусу блоку циліндрів і інших виливків з порожнинами. Відоме застосування в ливарній формі систем охолодження рідким холодоагентом [Авторські свідоцтва СРСР №404555 МПК В 22 d 27/04, опубл. 1972, та №801981 МПК В 22 С 27/04, опубл. 1981]. Однак вони являють собою досить складні конструкції холодильної техніки, а в описі їх застосування не вказані оптимальні витрати холодоагента для конкретних виливків. Відома наявність максимальних значень теплопровідності l кварцового піску в сумішах з водою, визначених дослідженнями впливу добавок (11) логості піску W - 5-8 % всередині кожного циліндра в кількості g = (W πr 2hγ)/(100 – W), де g - вага води, π = 3,14, r - внутрішній радіус циліндра, h - довжина циліндра, γ - питома вага піску форми. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після подачі води вакуум ування припиняють або герметизують отвори, через які її подають у форму. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що воду подають до нагріву піску вище за температуру кипіння води. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що швидкість охолоджування регулюють шляхом подачі води з різною температурою в діапазоні від температури її замерзання до температури кипіння. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кількість води g збільшують в 1,1-1,5 разу. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для чавунних виливків воду подають в пісок при охолоджуванні циліндрів до досягнення чавун у температури евтектоїдного перетворення. 7. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що воду подають в пісок відразу після заливки, а тривалість її поглинання регулюють величиною газового розрідження. UA (21) a200702567 (22) 12.03.2007 (24) 26.01.2009 (46) 26.01.2009, Бюл.№ 2, 2009 р. (72) ШИНСЬКИЙ ОЛЕГ ЙОСИПОВИЧ, UA, ДОРОШЕНКО ВОЛОДИМИР СТЕПАНОВИЧ, U A, КЛИМЕНКО СТЕП АН ІВАНОВИЧ, U A, ШУЛЬГА ВАСИЛЬ ТИМОФІЙОВИЧ, UA, КРАВЧЕНКО ВОЛОДИМИР П АВЛОВИЧ, U A (73) ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ Н АН УКРАЇНИ, UA (56) UA, a 200612198, дата подання 20.11.2008 SU, 1310097, A1, 15.05.1987 SU, 825269, A1, 30.04.1981 SU, 1787653, A1, 15.01.1993 CN, 1439469, A, 03.09.2003 JP, 62077148, A, 04.09.1987 (57) 1. Спосіб виготовлення виливка корпусу блока циліндрів, що включає виго товлення вакуумованої форми з кварцового піску, створення газового розрідження в піску форми, заливку металевого розплаву в форму, твердіння, охолодження з використанням подачі води для зволоження вакуумованого піску усередині кожного циліндра і видалення виливка, який відрізняється тим, що воду подають в пісок до досягнення відносної во C2 2 (19) 1 3 85516 готовлення вакуумованої форми з піску, засипаного в опоку, із засобами подачі води у вигляді ємкостей, створення газового розрідження в піску форми, заливки металевого розплаву в порожнину форми, твердіння, охолоджування з використанням подачі води для зволоження піску і видалення виливка [Авторське свідоцтво СРСР №1787653 МПК В 22 С 9/10, опубл. 1989]. Виливок корпусу блоку циліндрів - одна з найбільш складних литих деталей масового виробництва поршневих двигунів, від якості якої залежить їх ресурс експлуатації. Наприклад, для чавунного блоку зазвичай потрібна наявність твердості металу всього виливка 220...240НВ, але на внутрішній поверхні циліндрів (гільз, суцільнолитих в блоці), по яких рухаються поршні, бажано отримати твердість на рівні 250НВ та вище, що збільшить зносостійкість циліндрів. Подача з пісок всередину циліндра суцільнолитого корпусу зайвої кількості вологи як холодоагента приведе до накопиченій її в небажаних місцях форми і може понизити якість виливка шляхом підвищення твердості всього виливка або непередбачених його частин, що збільшить витрати па механічну обробку, а також перезволожить окремі зони піску і утр уднить його висипку в умовах діючого конвеєрного виробництва, крім того, приведе до підвищеної витрати води І витрат на оснастку для її подачі. У описі способу-прототипу не вказано, як подати і яку мінімальну кількість води до досягнення максимальної теплопровідності піску задля вибіркового охолодження заданих внутрішніх поверхонь циліндрів так, щоб отримати необхідну їх твердість без зміни параметрів якості всього виливка і ускладнення операції висипки піску з опоки. Мета винаходу підвищення якості виливка шляхом створення па ньому зон з різними механічними властивостями. Поставлена мета досягається тим, що в способі виготовлення виливка корпусу блоку циліндрів, що включає виготовлення вакуумованої форми з кварцового піску, створення газового розрідження в піску форми, заливки металевого розплаву в форму, твердіння, охолодження з використанням подачі води для зволоження вакуумованого піску усередині кожного циліндра і видалення виливка, згідно винаходу, воду подають до досягнення відносної вологості піску W = 5...8% усередині кожного циліндра в кількості g = ( W pr 2hg ) / (100 - W), де g - вага води, p = 3,14, r внутрішній радіус циліндра, h -довжина циліндра, g питома вага піску форми. Спосіб реалізують в пижчепаведених варіантах. Після подачі води вакуум ування припиняють або герметизують отвори, через які вона подавалася у форму. Також воду подають до нагріву піску вище за температуру кипіння води. Швидкість охолоджування регулюють шляхом подачі води з різною температурою в діапазоні від температури її замерзання до температури кипіння, а кількість води g можуть збільшувати в 1,1...1,5 раз. Для чавунних виливків воду подають в пісок при охолоджуванні циліндрів до досягнення металу температури евтектоїдного 4 перетворення. Крім того, воду можуть подавати в пісок відразe після заливки, а тривалість її поглинання регулювати величиною розрідження. На Фіг. умовно показана частина піщаної форми в розрізі, отримана в опоці типу контейнера (не показаний) з піском 1, в якій залитий виливок блоку з частинами у вигляді циліндрів (гільз) 2. Пісок герметизують синтетичною плівкою 3 та вакуумують відомими пристроями. У пісок, що заповнює циліндри вставлені металеві трубки 4 з фланцями 5. Грубки можуть бути закріплені на рейці 6. Ємкості 7 для води мають загострені штуцери 8, які сполучають з трубками 4. Здійснення винаходу засноване на використанні властивостей вакуумованої форми, коли в піску заданий час підтримується розрідження на рівні 50 ± 20кПа, у поєднанні із заходами по досягненню максимальних значень теплопровідності l кварцового піску в сумішах з водою в період, коли прискорення охолодження здатне змінити властивості виливка. Приклад використання винаходу полягає в наступному. Виробляють піщану форму в опоці типу контейнера з сухим піском 1, в якій виливають блок з циліндрами 2, переважно методом лиття по моделях, що газифікуються. Під час формовки при засипці моделі піском в циліндри вставляють металеві трубки 4 з фланцями 5, які встановлюють на рівні контрладу, а потім пісок ущільнюють і по контрладу герметизують синтетичною плівкою 3. Трубки можуть мати дрібні отвори по довжині і/або поміщатися на рівні (зазвичай вище за середину по висоті циліндрів), рівновіддаленому від джерел розрідження в опоці, щоб забезпечити рівномірне засмоктування розрідженням вологи на весь об'єм піску усередині циліндра. Грубки для зручності формування-видалення закріплені на рейці 6. Ємкості 7 для води мають загострені штуцери 8, які сполучають з трубками 4 за допомогою отворів у фланцях 5 при проколюванні ними плівки 3. Це відбувається відразу після заливки, коли практично повністю або в основному виливок затвердів, або в період, що забезпечує наступні варіанти реалізації способу, залежні від товщини стінок виливка, його конструкції, температури перегріву металу і інши х умов. У ємкості 7 подають воду, або наливають заздалегідь, використовуючи, наприклад, як крани рухомі пробки, що відкривають отвори штуцерів 8. Конструкція оснастки для заливки води також залежить від величини, серійності виливків і особливостей виробництва. У всіх випадках добиваються розподілу води в об'ємі піску в середині кожного циліндра з відносною вологістю W близькому до максимуму l , чим досягають охолодження циліндрів зсередини в сирій піщаній суміші форми з підвищеною швидкістю. При цьому виконують умови, щоб решта виливка не змінила швидкості охолодження (в сухому піску) за традиційною ретельно відпрацьованою технологією. Порівняно невелика добавка води в пісок форми не погіршує сипучість піску, алеохолоджує необхідні поверхні, досягаючи їх заданої твердості найефективніше. Якщо після подачі води вакуумування припиняють або герметизують отвори (наприклад, за 5 85516 кривають смужкою плівки), через які вода подавалася у форму, то волога з порожнини циліндра не буде розноситись потоком повітря, що продовжувало б засмоктуватися через ці отвори розрідженням форми, вглиб піску форми у напрямі до засобів вакуумування форми, а накопичується лише між внутрішніми стінками циліндра і потім мігрує при нагріві піску як в сирій піщано-глинистій формі. Подача води до нагріву піску ви ще за температур у кипіння води забезпечує спокійне її поглинання без утворення пари, яка швидко розповсюдилася б углиб форми, що відбувається при надлишковій тривалості періоду від заливки до подачі води. Тому зручно подавати воду в пісок відразу після заливки, а тривалість поглинання регулювати величиною розрідження. Можливе регулювання швидкості охолоджуванім піску усередині циліндра, а через пісок і самого циліндра, шляхом подачі води в інтервалі від температури її замерзання до температури кипіння. А для чавунних виливків воду подають в пісок при охолодженні циліндрів до досягнення металу температури евтектоїдного (перлітного) перетворення, яке протікає з утворенням евтектоїда (ферит + графіт). Це перетворення мри 738°С забезпечує можливість здійснення основних видів термічної обробки сталей і чавунів, регулювання їх структури І властивостей. Регулюючи швидкість охолоджування, можна отримувати у виливках потрібну структур у чавун у. При швидкому охолодженні кінетично вигідніше утворення цементиту, а не графіту, оскільки із збільшенням швидкості охолодження знижується ступінь графітизації. У прискорено охолоджуваних місцях в стр уктурі чавун у збільшується кількість зв'язаного вуглецю і перліту, що підвищує твер Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 дість металу, в порівнянні з чавуном, що контактує з сухим піском. Наприклад, для виливка корпусу блоку циліндрів двигуна типу МЕМЗ виконали розрахунок води, що подавалася, в пісок кожного циліндра при r = 3,4см, h =12,8см, g = 1,60Г/см 3 - питома вага ущільненого піску, W = (g x 100%) / (g і G) = 8%, де, окрім вказаних вище значень, G - вага піску усередині циліндра. Підставивши числові значення у вищенаведену формулу для розрахунку кількості води, отримали g = 64,6г, ту вагу води, яку слід додавати в пісок кожного циліндра. При цьому па внутрішній поверхні циліндрів твердість досягала рівня 250 НВ, при 220...240НВ на інших частинах виливка, що підлягають механообробці. Враховуючи втрати води на змочування оснастки І можливе розповсюдження вологи за межі піску порожнини циліндра у випадку запізнення виконання операції зупинки вакуум ування або закриття отворів після затікання через них води, доцільно збільшити g в 1,1...1,5 рази. Це виправдано тим, що ва га металу решти виливка (порівняно з циліндрами) не менш, ніж в 8...10 разів більше ваги вузла циліндрів, так як і вага піску (в порівнянні з G), що оточує її, і вплив збільшення вологості цього піску менш ніж на 0,5% не викличе зміни твердості (в порівнянні із застосуванням сухого піску), помітної в межах похибки вимірювань, так як і зміни умов висипання піску на подальших операціях. Вказані границі невеликого збільшення води дають деякий термін часу на виконання відповідних технологічних операцій і коригуються при відпрацюванні технології на конкретних виробництва х з урахуванням вимірів величини твердості. Спосіб дозволяє підвищити службові властивості литої заготівки шля хом створення на ній зон з різними механічними властивостями. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601