Opublikowano: 20.1.1967 52704 KI. _31_c, 30/01 MKP B 22 d Aj/alb UKD j3«BuÓYekM Twórca wynalazku: mgr inz. Alfred Stasinski Wlasciciel patentu: Stocznia Marynarki Wojennej, Gdynia (Polska) |Ur*«4tf Patentowego Sposób odlewania duzych elementów, zwlaszcza okretowych srub napedowych, z wysokomanganowego brazu, oraz uklad wlewowy do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób odlewania duzych elementów z wysokomanganowego brazu, brazów aluminiowych oraz stopów, wykazujacych duze sklonnosci do utleniania i tworzenia w odle¬ wach zazuzlen, zwlaszcza okretowych srub nape¬ dowych oraz uklad wlewowy do stosowania tego sposobu.Celem projektu jest umozliwienie wykonywania wysokiej jakosci odlewów duzych elementów, zwlaszcza srub napedowych, z brazu wysokoman¬ ganowego. Dotychczas nie uzyskano jeszcze odlewu sruby napedowej, nadajacej sie do eksploatacji, z brazu wysokomanganowego, ze wzgledu na jogromne trudnosci natury technologicznej, wyste¬ pujace w czasie procesu odlewania.Braz wysokomanganowy jest bardzo podatny na tworzenie zuzla w czasie procesu wypelniania for¬ my, co stanowi podstawowa trudnosc otrzymania odlewu bez zanieczyszczen. Projekt przewiduje usuniecie tych trudnosci przez zastosowanie odpo¬ wiedniej konstrukcji ukladu wlewowego oraz technologii odlewania.Znane sa sposoby dotyczace wykonywania odle¬ wów srub z mosiadzu lub stopów zelaza.Znane jest stosowanie do zalewania form srub napedowych ze stopów niezelaznych: ukladu wle¬ wowego „zamknietego" o stosunku Fgl: Fbz: : Fdopr = 1,6 :1,3 :1 (gdzie Fgl — pole przekroju wlewu glównego, Fdopr — pole przekroju wlewu doprowadzajacego i Fbz — pole przekroju belki zuzlowej). Taka konstrukcja ukladu wlewowego . nie zapewnia dobrej jakosci odlewu z brazu wy¬ sokomanganowego oraz z mosiadzu Cu Zn 40 Mn 4 Fe ze wzgledu na wspomniane wyzej tendencje 5 tych stopów do tworzenia zuzla w czasie wypel¬ niania formy metalu.Znana jest równiez konstrukcja ukladu wlewo¬ wego „otwartego" dla mosiadzów specjalnych, któ¬ ra w wypadku odlewania srub ponizej 1 t nie 10 moze zapewnic najwyzszej jakosci odlewu, ze wzgledu na wydzielajaca sie ilosc zuzla z ukladu wlewowego w czasie zalewania formy, który to zuzel moze sie przedostac do skrzydel formy sruby.Stosuje sie równiez uklady „otwarte", do odle- 15 wania srub okretowych z brazu aluminiowego, z dobrym powodzeniem, jednak nie chronia zupel¬ nie przed tworzeniem sie zuzla w formie podczas jej zalewania stopem.Konstrukcje ukladów wlewowych, o których 20 wspomniano wyzej, róznia sie od proponowanej w projekcie, zarówno samymi elementami ukladu, jak tez stosunkiem wielkosci przekrojów poszcze¬ gólnych elementów ukladu wlewowego.Przy opracowywaniu sposobu wedlug wynalazku. 25 dla ustalenia najbardziej wlasciwej konstrukcji ukladu wlewowego, zbudowano przezroczysty mo¬ del formy sruby 50 kilogramowej w skali 1:1 z celuloidu. Na modelu tym przeprowadzono sze¬ reg doswiadczen, polegajacych na zalewaniu mo- 30 delu woda z wprowadzonymi don zanieczyszcze- 5270452704 niami. Obserwowano przy tym przeplyw i zatrzy¬ mywanie sie zanieczyszczen w poszczególnych ele¬ mentach ukladu wlewowego. Na podstawie tych doswiadczen zbudowano ostatecznie uklad wlewo¬ wy i wypróbowano go na odlewie sruby. Po od¬ powiednich ' zmianach wprowadzono na stale do produkcji srub do 50 kg, a nastepnie do 1000 kg.Glówna istota sposobu jest mozliwosc otrzyma¬ nia wysokiej jakosci odlewu sruby z brazu man¬ ganowego przez zastosowanie grzybka i konfuzora — dyfuzora, jako elementów ukladu wlewowego, oraz* odpowiedniej temperatury zalewania formy.Przy zastosowaniu przedstawionej w sposobie tech¬ nologii otrzymuje sie odlew wolny od zazuzlen i praktycznie nie wykazujacy zadnych wad po obróbce mechanicznej.Sposób wedlug wynalazku mozna stosowac do odlewania srub z mosiadzu Cu Zn 40 Mn 4 Fe, zmniejszajac ilosc braków i napraw z powodu za¬ zuzlen i podwyzszajac jakosc odlewów. Próby ta¬ kiego zastosowania wypadly bardzo pomyslnie.Uklad wlewowy oraz sposób zalewania formy zapewniaja doskonala jakosc odlewów srub nape¬ dowych z brazu wysokomanganowego oraz pozwa¬ laja na zmniejszenie ilosci braków i naddatków na obróbke mechaniczna przy odlewaniu srub z mo¬ siadzu Cu Zn 40 Mn 4 Fe.Uklad ten stanowi kombinacje ukladu zamknie¬ tego z otwartym, przy jednoczesnym zastosowaniu dlawika w postaci „grzybka" oraz konfuzora — dyfuzora na wejsciu stopu do wneki formy. Na skutek tego uzyskuje sie kilkakrotna zmiane szyb¬ kosci przeplywu stopu oraz strate jego energii, co prowadzi do zatrzymania zuzla w poszczególnych czesciach ukladu oraz do lagodnego wypelniania formy. Obok tego odpowiednia temperatura za¬ lewania formy oraz obojetna atmosfera wneki for¬ my zapobiegaja dodotkowo powstawaniu zuzla podczas wypelniania formy metalem.Uklad wlewowy wedlug wynalazku jest przed¬ stawiony w przykladach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematyczny osio¬ wy przekrój formy, Fig. 2 — przekrój poziomy formy plaszczyzna zaznaczona B-B na Fig. 1, Fig. 3 — uklad wlewowy w przekroju pionowym, Fig. 4 — rzut poziomy tego ukladu, Fig. 5 — odmiane ukladu wlewowego dla srub zalewanych w skrzy¬ dla, Fig. 6 — szczegól w przekroju A-A z Fig. 5, a Fig. 7 — grzybek w przekroju pionowym, wy¬ konany z masy cementowej dla mniejszych srub.Przekrój wlewu glównego 1 jest kolowy i mniej¬ szy w plaszczyznie F1 niz Fo. Zabezpiecza to przed zasysaniem powietrza do ukladu wlewowego pod¬ czas zalewania.Zbiornik odzuzlajacy, odsrodkowy 2 sluzy do za¬ trzymywania zanieczyszczen, które przedostaly sie do ukladu z kadzi, z czesci ukladu wlewowego oraz zuzla, który wytworzyl sie w czasie przeplywu stopu do miejsca odzuzlania. Dzialanie tego typu odzuzlacza jest znane. Odzuzlacz odsrodkowy po¬ siada odpowietrzenie 3 w postaci stalowego wióra zwinietego w gietka rurke, wyprowadzonego poza granice formy. Zapobiega to przed dostaniem sie do dalszej czesci ukladu powietrza lub gazów, pod¬ czas wypelniania zbiornika stopem. Ten sposób odpowietrzania ma te zalete, ze gazy mozna od¬ prowadzic dowolna, wygodna droga poza forme.Jest pewny i niezawodny w dzialaniu.Odzuzlacz „grzybkowy" 4 sklada sie ze zbiornika 5 w ksztalcie walca i rdzenia w postaci grzybka 5 umieszczonego w zbiorniku. Stop wprowadzony jest do zbiornika stycznie do obwodu. Zadaniem odzuzlacza grzybkowego jest zatrzymac zanieczysz¬ czenia i zuzel wytworzony na drodze plyniecia io stopu od odzuzlacza odsrodkowego i w samym zbiorniku, oraz przechwycenie zuzla niezatrzyma- nego w odzuzlaczu pierwszym.Na skutek ruchu obrotowego stopu w zbiorniku i wytworzonej sily odsrodkowej oraz róznicy cieza- ** 15 rów wlasciwych stopu i zuzla, czyste czasteczki ' metalu utrzymuja sie przy sciankach zbiornika, ' a zuzel i czasteczki niemetaliczne osadzaja sie na nózce grzybka.W ten sposób w przestrzen ponad grzybkiem do- 20 staje sie lagodnie stop pozbawiony w duzym stop¬ niu zanieczyszczen.Waznym elementem konstrukcji grzybka jest sposób jego uzebrowania i odpowietrzenia. Odpro¬ wadzenie gazów odbywa sie za pomoca wióra sta- 25 lowego 6 na zewnatrz formy. Konstrukcja grzyb¬ ka zapewnia równiez jego umiejscowienie podczas zalewania formy, ze wzgledu na to, ze Fgd Fgg (gdzie Fgd — pole przekroju podstawy grzybka a Fgg — pole przekroju glówki grzybka). Dla 30 ewentualnego unikniecia podniesienia grzybka na skutek energii przeplywajacego stopu w pierwszej chwili, nalezy zabezpieczyc rdzen szpilkami stalo¬ wymi 7\ grubosci 1,2 do 5 mm, w zaleznosci od wielkosci odlewu. 35 Szczeline 8 miedzy podstawa grzybka a po¬ wierzchnia walcowa zbiornika mozna zalac miesza¬ nina talku z bentonitem rozcienczonych w spiry¬ tusie. Grzybek wykonany jest z masy cementowej lub z szamotu (dla srub wiekszych). 40 Dyfuzor wprowadzajacy 9 znajduje sie ponad grzybkiem i stanowi przedluzenie zbiornika grzyb¬ ka. Wykonany jest z rdzenia w postaci placka z odpowiednim otworem. Dzieki ksztaltowi otworu wyplywowego, szybkosc metalu, w najmniejszym jg przekroju nie zwieksza sie. Najwiekszy przekrój wlewu doprowadzajacego F5 jest równy przekrojo¬ wi piasty sruby przy odlewach o wadze do 50 kg i jest dwa do trzech razy wiekszy od przekroju najmniejszego F4 przy srubach wiekszych. 50 Taki sposób wprowadzania stopu do formy za¬ pewnia lagodne wypelnienie formy, co zapobiega dalszemu intensywnemu powstawaniu zuzla.Jednoczesnie odpowiednio dobrana wysokosc za¬ lewania H (praktycznie nizsza od wysokosci nadle- 95 wu) zapewnia utrzymanie ruchu wirowego stopa przy odpowiednim doborze srednicy zbiornika, przez caly czas wypelniania formy. Przez to reszt¬ ki zuzla i zanieczyszczen utrzymuja sie na srodku powierzchni piasty i wyplywaja do nadlewu.M Przewód laczacy zbiornik odsrodkowy 2 z od- zuzlaczem grzybkowym 4 jest wykonany stycznie do obwodów odzuzlaczy i posiada przekrój po¬ wierzchni F2 < FI w celu stworzenia ukladu zam¬ knietego w pierwszej czesci ukladu wlewowego. 69 Rurowy chwytek zanieczyszczen 10 sluzy do ich%rm ostatecznego wychwycenia w czasie wypelniania formy stopem. Chwytak ten jest wykonany z bla¬ chy stalowej o grubosci g = 0,5—1 mm i opusz¬ czony jest na dno formy przed rozpoczeciem zale¬ wania. W czasie zalewania jest on unoszony nad dnem formy i w ten sposób wyplywajace resztki zanieczyszczen wchodza w obszar zamkniety chwy¬ taka i utrzymuja sie w nim do konca zalewania formy, czysty zas stop wypelnia wneke formy.Jak to pokazano na rysunku (fig. 1 i 2), stosunek powierzchni przekrojów poszczególnych elementów ukladu wlewowego jest nastepujacy: FI: F2 : F3 ; : F4 : F5 = 1,2 :1,: 2,5 : 3,5 :12.Zalewanie formy metalem odbywa sie naste¬ pujaco. Przed zalewaniem formy nalezy wprowa¬ dzic chwytak rurowy, utrzymujac zanieczyszczenia az do chwili wyplyniecia metalu do nadlewu. Za¬ lewanie formy prowadzi sie w atmosferze obo¬ jetnej sztucznie wytworzonej wewnatrz formy. Po¬ czatek zalewania mosiadzu Cu Zn 40 Mn 4 F e nale¬ zy prowadzic przy temp. 945 do 970°C dla srub o ciezarze 100 do 1000 kg oraz 955 do 980°C dla srub o ciezarze 15 do 100 kg.Dla brazu manganowego temperatury zalewania wynosza odpowiednio: 1100 do 1120° i 1120 do 1150°C.Stwierdzono doswiadczalnie w sposób powtarzal¬ ny, ze odlewy zalewane w temperaturach wyzszych od podanych maja tendencje do wykazywania wad w postaci zazuzlen tuz pod powierzchnia i w glab scianki odlewu. Nastepuje to na skutek bardziej intensywnego utleniania sie skladników stopu w czasie zalewania formy. Odlewy zalewane w tem¬ peraturach nizszych wykazuja wady w postaci pe¬ cherzy gazowych.Poczatek zalewania formy prowadzi sie przy mniejszej szybkosci zalewania az do chwili zapel¬ nienia stopem calego ukladu wlewowego. Po tym szybkosc zalewania zwieksza sie, utrzymujac do konca zalewania pelny zbiornik wlewowy.Zalewanie nalezy prowadzic do chwili wplynie¬ cia stopu do piasty sruby na wysokosc okolo 100 mm ponad poziom górnej krawedzi skrzydel.Reszte stopu trzeba wprowadzic przez nadlew w sposób zabezpieczajacy przed bezposrednim ude¬ rzeniem strumienia stopu w zwierciadlo. Stwier¬ dzono bowiem, ze doprowadzajac metal do nadle¬ wu w sposób pozwalajacy swobodnie mu spadac do nadlewlu, odlewy wykazywaly wady zazuzlen tlenkami wokól piasty oraz na skrzydlach sruby w poblizu piasty. Sprawdzono to doswiadczalnie w ten sposób, ze zalewajac stop do nadlewu na wprowadzony wegiel drzewny otrzymano odlew z wtraceniami wegla drzewnego na skrzydlach sruby w poblizu piasty, co utwierdzilo w tym, ze w czasie dolewania stopu do nadlewu nastepuje silne utlenianie sie stopu, a strumien metalu po¬ lo 15 30 40 45 50 55 siadajacy odpowiednia energie porywa wytworzo¬ ny zuzel w glab zalewanej formy.Zalewanie formy bez przerwy, az do pelnej wy¬ sokosci nadlewu powoduje niekorzystna prace nad¬ lewu, ze wzgledu na nizsza temperature stopu w nadlewie w stosunku do temperatury w dolnej czesci formy.Opisany wyzej sposób doprowadzenia metalu i sposób zalewania formy pozwala na otrzymanie odlewu sruby napedowej wysokiej jakosci, prak¬ tycznie wolnej od zazuzlen. Dzieki temu, mozna wykonac odlewy srub z brazu manganowego wy¬ sokiej jakosci, zmniejszajac jednoczesnie naddatki na obróbke mechaniczna do wielkosci koniecznych, ze wzgledu na zachowanie ksztaltu geometrycznego sruby, i uwzgledniajacych nierówna powierzchnie formy piaskowej. Poza tym, mozna zmniejszyc ilosc braków z powodu zazuzlen.Powyzsze dotyczy równiez srub wykonywanych dotychczas z mosiadzu Cu Zn 40 Mn 4 Fe. Zmniej¬ szenie naddatku na obróbke prowadzi do obnizenia pracochlonnosci obróbki odlewu sruby, zmniejsze¬ nia zuzycia narzedzi oraz zmniejszenia zuzycia ma¬ terialu na odlew. PL