RU197703U1

RU197703U1 - Casting shape

Info

Publication number: RU197703U1
Application number: RU2020107556U
Authority: RU
Inventors: Елена Сергеевна Зверева; Сергей Витальевич Мартыненко; Хакимжан Хамазанович Байков; Равиль Мубаракшиевич Рахметуллов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Уралвагонзавод" имени Ф.Э. Дзержинского"
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-05-22

Abstract

Полезная модель относится к области литейного производства. Литейная форма содержит литниковую систему с прибылью и отверстием для выхода газов и стержень-вставку, установленный в верхней части прибыли. Стержень-вставка выполнен из экзотермической смеси в виде четырехгранной усечённой пирамиды, установленной вертикально, и меньшее основание которой направлено к центру прибыли. Обеспечивается улучшение качества литья и уменьшение трудоемкости. 8 ил.The utility model relates to the field of foundry. The mold contains a gating system with a profit and a hole for the exit of gases and a core-insert, installed in the upper part of the profit. The insertion rod is made of an exothermic mixture in the form of a tetrahedral truncated pyramid mounted vertically, and the smaller base of which is directed to the center of profit. EFFECT: improved quality of casting and reduced labor intensity. 8 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области литейного производства.The proposed utility model relates to the field of foundry.

В уровне техники известно изобретение, патент № 2395363, опубликованный 27.07.2010, «Литейная форма и способ литья», правообладатель ОАО «НПК «Уралвагонзавод» (RU), в котором описана литейная форма, содержащая: литниковую систему с прибылью и отверстие для выхода газов, сгораемый деревянный элемент, установленный в прибыли, имеющий форму пирамиды, вершина которой вдавлена в боковую верхнюю часть прибыли наклонно к ее оси. Отличительными являются следующие признаки: сгораемый деревянный элемент имеет форму пирамиды с многогранником в основании (треугольником, прямоугольником, шестиугольником и т.д.). Вершина пирамиды вдавлена в боковую верхнюю часть прибыли наклонно к ее оси. Данный патент принят заявителем в качестве прототипа. У прототипа существуют следующие недостатки:The invention is known in the prior art, patent No. 2395363, published on July 27, 2010, "Casting mold and casting method", the copyright holder of OAO NPK Uralvagonzavod (RU), which describes a casting mold containing: a casting system with a profit and an exit opening gas, a combustible wooden element installed in profit, having the shape of a pyramid, the top of which is pressed into the lateral upper part of the profit obliquely to its axis. The following features are distinguishing: a combustible wooden element has the shape of a pyramid with a polyhedron at the base (triangle, rectangle, hexagon, etc.). The top of the pyramid is pressed into the lateral upper part of the profit obliquely to its axis. This patent is accepted by the applicant as a prototype. The prototype has the following disadvantages:

В прототипе в качестве стержня-вставки используется деревянный элемент. При взаимодействии с металлом в прибыли деревянный элемент превращается в уголь, в результате чего затрудняется проникновение атмосферного воздуха из формы в прибыль в месте установки деревянного стержня. Затруднённое проникновение атмосферного воздуха приводит к образованию области с разряженным давлением воздуха внутри прибыли, что затрудняет питание тепловых узлов отливки и приводит к неравномерной усадке металла в питаемых узлах и в прибыли.In the prototype, a wooden element is used as the insertion rod. When interacting with metal in profit, the wooden element turns into coal, which makes it difficult for atmospheric air to penetrate from the mold into profit at the installation site of the wooden rod. Difficult penetration of atmospheric air leads to the formation of a region with discharged air pressure inside the profit, which complicates the power supply of the heat nodes of the casting and leads to uneven shrinkage of the metal in the feed nodes and in profit.

В прототипе деревянный элемент, стержень-вставка, имеет форму пирамиды, и её вершина находится внутри формы, а большая часть деревянного элемента с основанием направлена к центру прибыли и имеет обширную площадь основания.In the prototype, the wooden element, the insertion rod, has the shape of a pyramid, and its apex is inside the shape, and most of the wooden element with the base is directed towards the profit center and has an extensive base area.

Процесс взаимодействия металла с деревянным стержнем-вставкой начинается у основания пирамиды. Так как площадь основания обширная, поэтому для поверхности с обширной площадью требуется большое количество тепла, получаемого от горячего металла, что не позволяет металлу дольше оставаться в жидком состоянии и равномерно заполнять тепловые узлы, что приводит к неравномерной усадке металла в питаемых узлах и прибыли. The process of interaction of metal with a wooden rod-insert begins at the base of the pyramid. Since the base area is vast, therefore, for a surface with a large area, a large amount of heat is required from the hot metal, which does not allow the metal to remain in the liquid state longer and evenly fill the thermal nodes, which leads to uneven metal shrinkage in the fed nodes and profit.

В прототипе деревянный стержень-вставка может иметь любое количество граней, то есть он является пирамидой с многогранником в основании. Наличие граней в количестве больше, чем пять, и наличие, соответственно, более пяти углов на боковой поверхности стержня-вставки, взаимодействующей с металлом, обеспечивают при взаимодействии стержня-вставки с металлом более интенсивный отвод тепла (тепловой энергии) от жидкого металла, чем при наличии трех граней. В результате чего, при использовании стержней-вставок в виде пирамид в основании с n-угольником, где n>5, металл в прибыли будет находиться меньше времени в жидком состоянии, что снизит эффективность её работы и приведет к неравномерной усадке металла в тепловых узлах и прибыли.In the prototype, the wooden core-insert can have any number of faces, that is, it is a pyramid with a polyhedron at the base. The presence of faces in an amount of more than five, and the presence, respectively, of more than five angles on the lateral surface of the insertion rod interacting with the metal, ensures that the interaction of the insertion rod with the metal provides more intense heat (heat) removal from the liquid metal than with the presence of three faces. As a result, when using pyramid-shaped insertion rods in the base with an n-gon, where n> 5, the metal will be in profit less time in the liquid state, which will reduce its efficiency and lead to uneven metal shrinkage in the thermal nodes and arrived.

Если граней будет шесть и более, то основание стержня-вставки будет стремиться к форме окружности, соответственно отвод тепла от жидкого металла будет более равномерным, чем при наличии у стержня-вставки четырех граней. Поэтому в зоне установки стержня-вставки будет происходить равномерная кристаллизация металла, после чего одномоментно прекратится проникновение атмосферного воздуха из формы в прибыль, в результате чего затруднится питание тепловых узлов, что приведет к неравномерной усадке металла в тепловых узлах и прибыли.If there are six or more faces, then the base of the insertion rod will tend to a circle shape, respectively, the heat removal from the liquid metal will be more uniform than if the insertion rod has four faces. Therefore, in the installation area of the insertion rod, uniform crystallization of the metal will occur, after which the atmospheric air penetration from the mold into the profits will cease simultaneously, as a result of which the supply of thermal units will be difficult, which will lead to uneven metal shrinkage in the thermal units and profit.

В прототипе вершина пирамиды вдавлена в боковую верхнюю часть прибыли наклонно к ее оси. Если стержень-вставка находится под наклоном к оси прибыли, то уменьшается площадь металла в горизонтальном сечении, проходящем через центр части стержня-вставки, взаимодействующего с металлом в прибыли, по сравнению с площадью металла в горизонтальном сечении, проходящем через центр части стержня-вставки, взаимодействующего с металлом в прибыли, при установке стержня-вставки в вертикальном положении. Это, в свою очередь, приведет к тому, что ухудшится питание тепловых узлов и, соответственно, снизится эффективность работы прибыли, что приведет к неравномерной усадке металла в тепловых узлах и прибыли.In the prototype, the top of the pyramid is pressed into the lateral upper part of the profit obliquely to its axis. If the insertion rod is inclined to the axis of profit, then the area of the metal in the horizontal section passing through the center of the part of the insertion rod interacting with the metal in profit is reduced compared to the area of the metal in the horizontal section passing through the center of the part of the insertion rod, interacting with the metal in profit when installing the insert rod in a vertical position. This, in turn, will lead to a deterioration in the supply of thermal units and, accordingly, a decrease in the efficiency of profit, which will lead to uneven shrinkage of metal in the thermal units and profit.

Предлагаемой полезной моделью решается проблема улучшения качества литья, уменьшение трудоемкости. При использовании предлагаемой полезной модели в процессе изготовления отливок дефект «усадочная раковина» будет образовываться внутри отделяемой прибыли, но при этом не будет выходить на поверхность отливки. Соответственно дефект «усадочная раковина» не сможет являться концентратором напряжений на поверхности отливки и не потребует дополнительной механической обработки. The proposed utility model solves the problem of improving the quality of casting, reducing the complexity. When using the proposed utility model in the manufacturing process of castings, the defect “shrinkage shell” will form inside the separated profit, but will not go to the surface of the casting. Accordingly, the defect “shrinkage shell” cannot be a stress concentrator on the surface of the casting and will not require additional machining.

При этом достигается следующий технический результат: равномерная усадка металла в тепловых узлах и в прибыли за счёт увеличения времени образования корки металла, соприкасающегося с поверхностью стержня-вставки.In this case, the following technical result is achieved: uniform shrinkage of the metal in the thermal units and in profit due to an increase in the time of formation of the crust of the metal in contact with the surface of the insert rod.

На фиг. 1 изображена прибыль в сборе со стержнем-вставкой (разрез), на фиг. 2 - то же, но после заливки металла с образовавшейся корочкой. In FIG. 1 shows profit assembled with an insertion rod (section), FIG. 2 - the same, but after pouring a metal with a crust formed.

На фиг. 3 представлено изображение температурного поля прибыли со стержнем-вставкой, форма которого представляет собой четырехгранную пирамиду в определенный момент времени t от начала заливки, а именно t=100 с и сечение четырехгранного стержня-вставки с результирующими векторами теплопередачи при рассечении литейной формы с залитым металлом и установленным четырехгранным стержнем-вставкой. На фиг. 4 представлено изображение температурного поля прибыли со стержнем-вставкой, форма которого представляет собой шестигранную пирамиду в определенный момент времени t от начала заливки, а именно t=100 с и сечение шестигранного стержня-вставки с результирующими векторами теплопередачи при рассечении литейной формы с залитым металлом и установленным шестигранным стержнем-вставкой. На фиг. 5 представлено изображение температурного поля прибыли со стержнем-вставкой, форма которого представляет собой семигранную пирамиду в определенный момент времени t от начала заливки, а именно t=100 с и сечение семигранного стержня-вставки с результирующими векторами теплопередачи при рассечении литейной формы с залитым металлом и установленным семигранным стержнем-вставкой. На фиг. 6 изображена шкала температурных полей (в цвете), возникающих в горизонтальных сечениях, проходящих через центр тех частей стержней-вставок (различного сечения), которые взаимодействуют с металлом в прибыли. In FIG. Figure 3 shows an image of the temperature field of profit with an insertion rod, the shape of which is a tetrahedral pyramid at a certain point in time t from the start of pouring, namely, t = 100 s and a cross section of a tetrahedral insertion rod with the resulting heat transfer vectors when dissecting a mold with a filled metal and installed tetrahedral insert rod. In FIG. Figure 4 shows an image of the temperature field of profit with an insertion rod, the shape of which is a hexagonal pyramid at a certain point in time t from the start of pouring, namely, t = 100 s and a cross section of the hexagonal insertion rod with the resulting heat transfer vectors when dissecting a casting mold with cast metal and mounted hexagonal insert rod. In FIG. Figure 5 shows an image of the temperature field of profit with an insertion rod, the shape of which is a seven-sided pyramid at a certain point in time t from the start of pouring, namely, t = 100 s and a cross-section of a seven-sided insertion rod with the resulting heat transfer vectors when dissecting a casting mold with cast metal and installed hexagonal core insert. In FIG. Figure 6 shows the scale of temperature fields (in color) arising in horizontal sections passing through the center of those parts of the insertion rods (of various sections) that interact with the metal in profit.

На фиг. 7 изображена прибыль в сборе со стержнем-вставкой, располагающимся под углом наклона α к вертикальной оси прибыли, поз. 7, (разрез) после заливки металла с образовавшейся корочкой. In FIG. 7 shows profit assembled with an insertion rod located at an angle of inclination α to the vertical axis of profit, pos. 7, (section) after pouring a metal with a crust formed.

На фиг. 8 изображена прибыль в сборе после заливки металла, с образовавшейся корочкой и с установленным стержнем-вставкой, который смещен относительно вертикальной оси прибыли. In FIG. Figure 8 shows the profit in the assembly after pouring the metal, with a crust formed and with an inserted rod-insert that is offset relative to the vertical axis of profit.

Литейная форма состоит из формовочной смеси, поз. 1, с полостью, поз. 2, для жидкого металла, поз. 8, и отверстием для выхода газов, поз. 3, стержня-вставки, поз. 4, изготовленного из экзотермической смеси, имеющего форму усеченной четырехгранной пирамиды, с четырехгранным нижним основанием, поз. 5, установленным в литейную форму, а верхнее основание (меньшее основание), поз. 6, которого находится внутри прибыли, в полости, поз. 2. Устройство осуществляется следующим образом. Заливаемый металл, поз. 8, поступает, (указано стрелкой А) в полость, поз. 2, прибыли и заполняет ее. При этом жидкий металл, поз. 8, заливает стержень-вставку, поз. 4, находящийся в верхней части прибыли, со всех сторон, кроме части с нижним основанием, поз. 5, находящимся в формовочной смеси, поз. 1, газы выходят через отверстие, поз. 3. В полости, поз. 2, на поверхности жидкого металла, поз. 8, образуется корочка, поз. 9. Размеры стержня-вставки, поз. 4, (в том числе высота части, находящейся в прибыли) подбираются в соответствии с размером прибыли и тепловых узлов согласно заданной технологии.The mold consists of a molding mixture, pos. 1, with a cavity, pos. 2, for liquid metal, pos. 8, and a gas outlet, pos. 3, insertion rod, pos. 4, made of an exothermic mixture having the shape of a truncated tetrahedral pyramid, with a tetrahedral lower base, pos. 5 installed in the mold, and the upper base (smaller base), pos. 6, which is located inside the profit, in the cavity, pos. 2. The device is as follows. Poured metal, pos. 8, enters (indicated by arrow A) into the cavity, pos. 2, arrived and fills it. In this case, liquid metal, pos. 8, fills the core-insert, pos. 4, located in the upper part of the profit, on all sides, except for the part with the lower base, pos. 5, located in the molding sand, pos. 1, gases exit through the hole, pos. 3. In the cavity, pos. 2, on the surface of a liquid metal, pos. 8, a crust is formed, pos. 9. Dimensions of the insertion rod, pos. 4, (including the height of the part in profit) are selected in accordance with the size of the profit and thermal units according to a given technology.

Отличительными от прототипа являются следующие признаки: материалом стержня-вставки является экзотермическая смесь, стержень-вставка представляет собой усеченную четырехгранную пирамиду, нижнее основание стержня-вставки находится в формовочной смеси, а его верхнее основание (меньшее основание) - в полости прибыли, стержень-вставка установлен вертикально, вертикальная ось, поз. 13, которого располагается параллельно вертикальной оси прибыли.Distinctive features of the prototype are the following features: the material of the insertion rod is an exothermic mixture, the insertion rod is a truncated tetrahedral pyramid, the lower base of the insertion rod is in the molding mixture, and its upper base (smaller base) is in the profit cavity, the insertion rod mounted vertically, vertical axis, pos. 13, which is parallel to the vertical axis of profit.

Технический результат в заявляемой полезной модели достигается тем, что наличие 4-х граней и соответственно наличие 4-х углов на боковой поверхности стержня-вставки, взаимодействующей с металлом в прибыли, обеспечивают при сгорании стержня-вставки более интенсивный прогрев жидкого металла, в результате чего металл будет находиться дольше в жидком состоянии, по сравнению с металлом, контактирующим с боковой поверхностью n - гранного стержня-вставки, где n>5. Более интенсивный прогрев происходит, так как вектор теплового потока, поз. 10, направлен перпендикулярно поверхностям граней, поэтому в термических зонах, поз. 11, образованных в местах пересечения граней, результирующая векторов теплопередачи, поз. 12, усиливается за счет объединения тепловых полей вектор теплового потока. Если граней n>5, то есть, шесть и более, то верхнее основание и нижнее основание стержня-вставки будут стремиться к форме окружности, а результирующая векторов теплопередачи, поз. 12, определяемая как сумма векторов теплового потока, поз. 10, будет ослабляться. Тогда тепловой поток, проходящий через термические зоны стержня-вставки, образованные в местах пересечения граней на боковой поверхности, будет менее интенсивным и не обеспечит тот интенсивный прогрев жидкого металла при сгорании стержня-вставки, который обеспечивает тепловой поток, проходящий через термические зоны, образованные в местах пересечения граней на боковой поверхности четырехгранного стержня-вставки. Интенсивный прогрев приводит к тому, что происходит равномерная усадка металла в тепловых узлах, а усадочные раковины образуются в теле прибыли. На фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5 показано, что в одинаковый момент времени t=100 в сечениях прибылей отливок с установленными экзотермическими стержнями-вставками различного сечения имеются зоны, в которых достигается более высокая температура по сравнению с другими зонами (на температурных полях они показаны жёлтым цветом).The technical result in the claimed utility model is achieved by the fact that the presence of 4 faces and, accordingly, the presence of 4 angles on the side surface of the insert core, interacting with the metal in profit, provide for more intense heating of the liquid metal when the insert rod is burned, resulting in the metal will stay longer in the liquid state, compared with the metal in contact with the lateral surface of the n-faced insert core, where n> 5. More intense heating occurs, since the heat flux vector, pos. 10, is directed perpendicular to the surfaces of the faces, therefore, in thermal zones, pos. 11 formed at the intersection of the faces, the resulting heat transfer vectors, pos. 12, the heat flux vector is enhanced by combining the heat fields. If there are n> 5 faces, that is, six or more, then the upper base and lower base of the insertion rod will tend to a circle shape, and the resulting heat transfer vectors, pos. 12, defined as the sum of the heat flux vectors, pos. 10 will weaken. Then the heat flux passing through the thermal zones of the insertion rod formed at the intersections of the faces on the lateral surface will be less intense and will not provide that intense heating of the liquid metal during combustion of the insertion rod, which provides the heat flux passing through the thermal zones formed in intersections of faces on the lateral surface of the tetrahedral insert rod. Intensive heating leads to the fact that there is a uniform shrinkage of the metal in the thermal nodes, and shrink shells are formed in the body of profit. In FIG. 3, FIG. 4, FIG. Figure 5 shows that at the same time t = 100 in the profit cross sections of castings with installed exothermic insert rods of different sections there are zones in which a higher temperature is achieved compared to other zones (they are shown in yellow in temperature fields).

Технический результат также достигается за счёт того, что стержень-вставка является усечённой пирамидой и сужается к центру прибыли. Верхнее основание усеченной пирамиды стержня-вставки (меньшее основание) должно быть направлено к центру прибыли, так как для поверхности меньшей площади требуется, соответственно, меньшее количество тепла для начала возникновения химической реакции в стержне-вставке, сопровождаемой выделением дополнительного количества тепла, позволяющего, тем самым, увеличить время образования корки между стержнем-вставкой и металлом и получить дополнительную энергию для того, чтобы металлу дольше оставаться в жидком состоянии и равномерно заполнять тепловые узлы с образованием усадочных раковин в теле прибыли.The technical result is also achieved due to the fact that the insertion rod is a truncated pyramid and tapers towards the center of profit. The upper base of the truncated pyramid of the insertion rod (smaller base) should be directed to the profit center, since for a surface of a smaller area, correspondingly, less heat is required to initiate a chemical reaction in the insertion rod, accompanied by the release of additional heat, which allows thereby, increase the formation time of the crust between the insertion core and the metal and obtain additional energy in order for the metal to remain in the liquid state longer and evenly fill the thermal nodes with the formation of shrinkage shells in the profit body.

Технический результат достигается за счёт того, что материалом стержня-вставки является экзотермическая смесь. При взаимодействии с металлом в прибыли материал стержня-вставки – экзотермическая смесь обеспечивает фильтрацию атмосферного воздуха из формы в прибыль в месте установки стержня. Материал стержня-вставки имеет определённую пористость, величина которой зависит от состава смеси, благодаря этой пористости происходит фильтрация атмосферного воздуха. Наличие атмосферного воздуха приводит к отсутствию внутри прибыли области с разряженным давлением воздуха, что облегчает питание тепловых узлов отливки и приводит равномерной усадке металла в тепловых узлах с образованием усадочных раковин в теле прибыли. Указанный технический результат достигается за счёт того, что стержень-вставка располагается вертикально, вертикальная ось которого располагается параллельно вертикальной оси прибыли. Благодаря этому, площадь металла в горизонтальном сечении (см. фиг. 1), проходящем через центр части стержня-вставки, взаимодействующего с металлом в прибыли, является максимальной для обеспечения оптимального питания тепловых узлов и, соответственно, обеспечивается наилучшая эффективность работы прибыли, что приводит к равномерной усадке металла в тепловых узлах и прибыли. Если стержень-вставка находится под наклоном к оси прибыли, фиг. 7, то уменьшается площадь металла в горизонтальном сечении, проходящем через центр части стержня-вставки, взаимодействующего с металлом в прибыли.The technical result is achieved due to the fact that the material of the core-insert is an exothermic mixture. When interacting with metal in profit, the material of the core-insert — an exothermic mixture provides filtering of atmospheric air from the mold into profit at the location of the core. The material of the insertion rod has a certain porosity, the value of which depends on the composition of the mixture, due to this porosity, atmospheric air is filtered. The presence of atmospheric air leads to the absence of a region with discharged air pressure inside the profit, which facilitates the feeding of the heat nodes of the casting and leads to uniform shrinkage of the metal in the heat nodes with the formation of shrink shells in the body of profit. The specified technical result is achieved due to the fact that the insert rod is located vertically, the vertical axis of which is parallel to the vertical axis of profit. Due to this, the area of the metal in the horizontal section (see Fig. 1) passing through the center of the part of the insert-rod interacting with the metal in profit is maximum to ensure optimal supply of thermal units and, accordingly, the best profit efficiency is ensured, which leads to to uniform shrinkage of metal in thermal units and profit. If the insertion rod is inclined to the axis of profit, FIG. 7, the area of the metal in the horizontal section passing through the center of the part of the insert rod interacting with the metal in profit is reduced.

В частном варианте стержень-вставка может быть смещен относительно оси прибыли, фиг. 8.In a particular embodiment, the insertion rod may be offset relative to the axis of profit, FIG. 8.

Литейная форма используется на предприятии Акционерное общество «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» имени Ф.Э. Дзержинского» для изготовления отливок «Рама боковая», «Балка надрессорная», «Корпус поглощающего аппарата» и др. Предлагаемая полезная модель успешно осуществлена в литейных цехах предприятия Акционерного общества «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» имени Ф.Э. Дзержинского». Лабораторные испытания показали высокое качество литья. Этот факт свидетельствует о выполнении условия патентоспособности изобретений - «промышленная применимость».The mold is used at the enterprise Uralvagonzavod Scientific and Production Corporation named after F.E. Dzerzhinsky "for the manufacture of castings" Side frame "," Nadressornaya beam "," Absorber body ", etc. The proposed utility model has been successfully implemented in foundries of the Joint-Stock Company Uralvagonzavod Scientific Industrial Corporation named after F.E. Dzerzhinsky. " Laboratory tests showed high quality castings. This fact indicates the fulfillment of the conditions of patentability of inventions - "industrial applicability".

Источники информации:Sources of information:

1. Патент на изобретение № 2395363, опубликованный 27.07.2010, «Литейная форма и способ литья», правообладатель ОАО «НПК «Уралвагонзавод» (RU).1. Patent for invention No. 2395363, published on July 27, 2010, “Casting mold and casting method”, copyright holder of OAO NPK Uralvagonzavod (RU).

Claims

A mold containing a gating system with a profit and a gas outlet and an insertion rod installed in the upper part of the profit, characterized in that the insertion rod is made of an exothermic mixture in the form of a tetrahedral truncated pyramid mounted vertically, and the smaller base of which is directed towards profit center.