Спосіб лиття порожнистого виробу та установка для його здійснення

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью в кокиль пустотелых элементов отопительного радиатора. Известная установка для литья пустотелых изделий в кокиль содержит кокиль с вертикальным разъемом, в верхней части которого имеется заливное отверстие, совмещенное с отверстием в днище литейной емкости [1]. Однако в известном способе и установке для литья пустотелых изделий в кокиль не обеспечивается высокое качество отливки, Это объясняется тем, что в кокиле имеется всего лишь одно отверстие, через которое осуществляют заливку и слив расплава. Слив расплава производят путем кантования кокиля, при этом заливка возможна только порционнодозированная. Ограниченная порция расплава (не более 700кг) в заливной емкости ковша и затраты времени на герметизацию стыка кокиль - заливная емкость, а также слив потерявшего температур у расплава назад в заливную емкость способствует охлаждению расплава в заливной емкости настолько, что необходим периодический подогрев или замена расплава. Практически через 5 - 6 минут температура падает на 50°C, а масса в 700кг обеспечивает не более двух заливок, далее необходима замена расплава. Наличие протяжной и разветвленной литниковой системы относительно малого размера требует разогрева ее в местах подвода металла особенно в месте соединения заливной емкости с кокилем, где металл пребывает наиболее длительное время: как при заливке так и при сливе Тепловое воздействие в месте герметизации может привести к разуплотнению и разгерметизации соединения. Слив незакристаллизовавшегося расплава из полости в противоположном заливке направлении может привести к наплывам, разнотолщинности стенок отливки, а самое главное связан с кантованием установки, занимающим по времени 20 - 25сек - значительно больше, чем требуется (8 - 12сек) для намораживания стенки отливки в 5 6мм. Установка для заливки сложна конструктивно и технологически, низка по производительности, исключает поточность производства, а отливка, получаемая в ней, имеет высокую себестоимость и низкое качество. Вследствие того, что в установке отсутствует сливное отверстие, заливка и слив расплава осуществляется через одно и то же отверстие путем кантования кокиля. В процессе двойного кантования для одноразовой заливки целостность стыковки кокиля с ковшом может разрушиться, установка потеряет герметичность, а расплав вытечет наружу, что опасно для жизни литейщика. Так как монтаж кокиля на ковше осуществляют после наполнения ковша расплавом, то к моменту заливки расплав успевает потерять необходимую для заданной скорости кристаллизации температуру, что влечет потерю качества отливки. Кроме того, герметизацию стыка приходится выполнять в условия х больших температур кована, что связано с проблемой трещин рабочего материала, в связи с чем к герметику предъявляются повышенные требования к огнеупорности и термоустойчивости. Выполнение работ по герметизации - опасная операция. Остывание расплава до заливки снижает его текучесть, для восстановления которой приходится использовать фосфорные добавки, сообщающие отливке негативные свойства хр упкости и усложняющие дальнейшую механическую обработку отливки. Скалывание литниковой системы отливки, нарезание резьбы сопровождается браком более чем в 50%. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ литья и установку для его осуществления, в котором направление движения расплава при заливке и сливе не изменялось, а кокиль не требовалось бы кантовать, что позволило бы увеличить диапазон регулирования времени выдержки намораживания и за счет этого повысить качество отливок и значительно удешеви ть способ. Задача решена тем, что в способе литья пустотелых изделий в кокиль, включающем заливку расплава, выдержку и слив незакристаллизовавшегося расплава, согласно изобретению, заливку и слив осуществляют прямоточным движением расплава, а время выдержки определяют из выражения где - время выдержки, °C; - температура заливаемого расплава, °C; - температура кокиля перед заливкой, °C; - скорость охлаждения корки, °C/сек. Перед заливкой в кокиль устанавливают армирующие оливку элементы в виде резьбовых соединительных втулок. Задача решена тем, что установка, содержащая кокиль с вертикальным разъемом и заливным отверстием, совмещенным с отверстием в днище литейной емкости, согласно изобретению, снабжена затвором, например шиберным, под сливное отверстие, выполненное в кокиле оппозитно заливному, при этом торцевые поверхности полости кокиля выполнены выпуклыми симметрично вертикальной оси с углом к горизоитали 7 - 10, а высота полости где - ширина полости, диаметр сливного отверстия. Заливная емкость выполнена составной в виде открытой чаши. Благодаря тому, что заливка и слив металла осуществляется прямоточным движением расплава, т.е. без изменения его направления движения при сливе через отверстие в кокиле, выполненное оппозитно заливному, достигается сокращение времени выдержки до сколь угодно малых пределов, что напрямую влияет на качество и себестоимость отливки и дает возможность получить равномерно тонкую стенку без трещин и наплывов, не требует дополнительного разогрева расплава в процессе литья, гарантирует дуплекс - процесс литья. Конструктивное решение установки для осуществления способа, заключающееся в выполнении кокиля с заливным и сливным отверстиями, снабжении сливного отверстия затвором, позволяет вести процесс литья отливки без кантования кокиля, при этом выдерживать заданную величину времени выдержки, обеспечивающего тонкую стенку в отливке без литейных изъянов и снижение себестоимости отливки. Выполнение торцевых поверхностей кокиля выпуклыми, с уклоном, обеспечивает равномерность намораживания заданной отливки в ее сечении. Составная литейная емкость позволяет "подвешивать" в ней, армирующую одно из отверстий отливки, втулк у, что упрощает дальнейшую механическую обработку отливки, снижает брак и себестоимость отливки. Литейная емкость в виде открытой чаши обеспечивает постоянную температуру заливаемому расплаву, исключает герметизацию. На фиг.1 изображена установка для литья в вертикальном сечении по плоскости разъема кокиля; на фиг.2 - вид установки снизу (без станины). Установка содержит разъемный по вертикали кокиль 1, одна половина 2 которого подвижна относительно другой половины 3, жестко укрепленной на станине 4. Две половины кокиля размещены на оси 5 и скреплены зажимом 6. Кокиль снабжен затвором 7, например шиберным с отверстием 8. В днище кокиля выполнено сливное отверстие 9, выполненное оппозитно заливному отверстию, совмещенному с отверстием в днище литейной емкости 10, которая выполнена в виде составной чаши, половины которой шарнирно соединены осью 11 между собой и скреплены зажимом 12. Торцевые поверхности 13 полости кокиля выполнены выпуклыми симметрично относительно вертикальной оси и имеющими уклон в 7 - 10° к горизонтали, обеспечивающий равномерную толщину кристаллизующей стенки отливки. Втулка 14 с вн утренней резьбой, смонтированная в сливном отверстии 9. Втулка 15 с внешней резьбой смонтирована в заливном отверстии кокиля 1. Пример осуществления способа. Перед заливкой в отверстии кокиля 1 устанавливают армирующие элементы отопительного радиатора в виде резьбовых втулок 14 и 15, резьбовые поверхности которых, защищены от теплового удара специальным огнеупорным покрытием, продувают сжатым воздухом и подогревают затем кокиль до температуры 100°C - 150°C. На внутреннюю поверхность кокиля наносят слой огнеупорной краски. После чего в литейную емкость далее в кокиль 1 сверху вниз заливают расплав чугуна с температурой 1350°C. Расплав в кокиле выдерживают 10 12сек., после чего осуществляют слив незастывшего расплава прямоточным движением сверху вниз. После слива незастывшего металла из полости, при отсутствии торможения усадки, между закристаллизовавшейся стенкой отливки и формообразующей поверхностью кокиля образуется зазор; резко уменьшающий теплоотдачу, опасность отбела и трещин. Отливку из кокиля удаляют при температуре 900°C. Зависимость времени выдержки от температуры кокиля заливке и температуры расплава при скорости нарастания .связаны следующим соотношением что видно из табл.1. корки Наиболее благоприятные режимы для кристаллизации расплава при В указанных пределах температур возможно варьировать выдержкой без ущерба для качества отливки: при более высокой повышать а при более низкой - снижать. В процессе работы выравнивается до стабилизируя время выдержки до 12 - 15сек и скорость охлаждения. Предложенная зависимость параметров позволяет поддерживать оптимальный режим литья, при котором температура расплава толщина стенки отливки = 5мм. Установка для осуществления способа работает следующим образом. В исходном состоянии кокиль 1 открыт, т.е. подвижная половина 2 кокиля 1 отведена относительно оси 5 и неподвижной половины 3 кокиля 1. Сливное отверстие 9 в кокиле 1 перекрыто затвором 7, например шиберным с отверстием 8. Подготовка кокиля 1 к работе ведется согласно описанию способа. Втулку 15 с внешней резьбой захватывают частями составной литейной емкости 10 и фиксируют зажимом 12. Литейную емкость 10 размещают в верхней части кокиля с совмещением их заливных отверстий. После чего, запирают кокиль 1 зажимом 6 и заливают расплав чугуна в кокиль 1 до верхнего уровня заливной емкости 10. После выдержки, открывают затвор 7, т.е. совмещают отверстия 9 и 8 и осуществляют слив незастывшего расплава из кокиля 1, который возможно для дальнейшего использования, в частности для отливки более простого по конфигурации изделия, в виде утюга, или колосниковой решетки. Этим обеспечивается дуплекс-процесс литья и малоотходность предлагаемого способа, что удешевляет производство отливок в целом. Для извлечения отливки достаточно разомкнуть затвор 7, зажим 12 и откинуть подвижную 2 половину кокиля 1. Уклон торцевой поверхности полости установлен экспериментально из условия минимальной разнотолщинности образующийся при кристаллизации нижней и верхней торцевых стенок отливки. Минимальная разнотолщинность стенок получается в пределах уклонов 7 - 10° (см. табл.2). Диаметр отверстий в конкретном примере исполнения был выбран ширина Заданное соотношение высоты от ее ширины и диаметра сливного отверстая выбрано также экспериментально из условия минимальной разнотолщинности стенок партии отливок (см. табл.3), При нарушении указанного соотношения в сторону уменьшения и (или) увеличения нарушается процесс воронкообразования, снижается пульсация расплава при сливе и скорость истечения расплава, что приводит к разнотолщинности стенок отливок и сопутствующи х ей дефектам литья. При увеличении и (или) уменьшении нарушается сплошность струи сливаемого расплава, что также отрицательно сказывается на качество отливки (см. табл.3). Практические испытания предлагаемого способа и установки для литья проведены на Криворожском центральном рудоремонтном заводе, где произведена отливка элементов отопительного радиатора. В результате установлено, что предлагаемая безстержневая технология отливки при высоком качестве отлитых изделий снизила их себестоимость в 5 - 6 раз по сравнению с доселе применяемым стержневым способом литья изделий аналогичного назначения (радиаторов). Заявляемое изобретение представляет собой значительный интерес для народного хозяйства, так как обеспечивает изготовление дешевых и одновременно качественных изделий народного потребления при минимальных затратах на организацию производства, расширяет ассортимент отопительных радиаторов. Потребность в отлитых заявляемым способом радиаторных элементах лишь по Кривому Рогу составляет свыше 5млн. штук на ближайший год. Заявляемый способ литья относится к ресурсосберегающим малоотходным технологиям литья, не оказывающим отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.