RU200996U1

RU200996U1 - CASTING SHAPE

Info

Publication number: RU200996U1
Application number: RU2020107557U
Authority: RU
Inventors: Сергей Витальевич Мартыненко; Елена Сергеевна Зверева; 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: 2020-11-23

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 трехгранной усеченной 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 casting mold contains a gating system with a riser and a hole for the outlet of gases and a rod-insert installed in the upper part of the riser. The rod-insert is made of an exothermic mixture in the form of a triangular truncated pyramid, installed vertically, and the smaller base of which is directed to the center of the bottom. Improvement of casting quality and reduction of labor intensity are provided. 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:In the prior art, the invention is known, patent No. 2395363, published on July 27, 2010, "Foundry mold and casting method", the copyright holder of OJSC NPK Uralvagonzavod (RU), which describes a casting mold containing: a gating system with a riser and an outlet for the outlet gases, a combustible wooden element installed in the head, having the shape of a pyramid, the top of which is pressed into the lateral upper part of the head obliquely to its axis. Distinctive features are the following: 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 an insert rod. When interacting with metal in the profit, the wooden element turns into coal, as a result of which it is difficult for atmospheric air to penetrate from the mold to the profit at the place of installation of the wooden rod. Hindered penetration of atmospheric air leads to the formation of an area with a discharged air pressure inside the head, which complicates the power supply of the heat units of the casting and leads to uneven shrinkage of the metal in the fed units and in the head.

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 insert rod, is in the shape of a pyramid with its apex inside the mold, while most of the wooden element with the base is directed towards the center of the center and has a large 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 metal interaction with a wooden insert rod begins at the base of the pyramid. Since the base area is large, 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 a liquid state for longer and evenly fill the heating nodes, which leads to uneven shrinkage of the metal in the fed nodes and profits.

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 insert rod can have any number of faces, that is, it is a pyramid with a polyhedron at the base. The presence of faces in the number of more than five, and the presence, respectively, of more than five corners on the lateral surface of the insert rod interacting with the metal, provide a more intense heat (thermal energy) removal from the liquid metal during the interaction of the insert rod with the metal than with the presence of three faces. As a result, when using rods-inserts in the form of pyramids at the base with an n-gon, where n> 5, the metal in the profit will be less time in the liquid state, which will reduce the efficiency of its operation and lead to uneven shrinkage of the metal in the heat 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 трех 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 insert rod will tend to the shape of a circle, respectively, the heat removal from the liquid metal will be more uniform than if the insert rod has three faces. Therefore, in the zone of installation of the insert rod, uniform crystallization of the metal will occur, after which the penetration of atmospheric air from the mold into the profit will stop at once, as a result of which the power supply of the heating units will become difficult, which will lead to uneven shrinkage of the metal in the heating 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 insert rod is inclined to the axis of the head, then the metal area in the horizontal section passing through the center of the part of the insert rod interacting with the metal in the head decreases compared to the metal area in the horizontal section passing through the center of the part of the insert rod. interacting with the metal in the bottom, when installing the rod-insert in a vertical position. This, in turn, will lead to the fact that the power supply of the heating units will deteriorate and, accordingly, the efficiency of the profit work will decrease, which will lead to uneven shrinkage of the metal in the heating 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 labor intensity. When using the proposed utility model in the process of making castings, a “shrinkage cavity” defect will be formed inside the separated profit, but it will not come out to the surface of the casting. Accordingly, the “shrinkage cavity” defect cannot act as a stress concentrator on the casting surface and does 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 heat nodes and in the profit due to an increase in the time of formation of a crust of 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. FIG. 1 shows a profit assembled with an insert rod (section), Fig. 2 - the same, but after pouring the metal with the formed crust.

На фиг. 3, представлено изображение температурного поля прибыли со стержнем-вставкой, форма которого представляет собой трехгранную пирамиду в определенный момент времени t от начала заливки, а именно t=100 с и сечение трехгранного стержня-вставки с результирующими векторами теплопередачи при рассечении литейной формы с залитым металлом и установленным трехгранным 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. FIG. 3, an image of the temperature field of a profit with an insert rod is shown, the shape of which is a triangular pyramid at a certain time t from the start of pouring, namely t = 100 s and a section of a triangular insert rod with the resulting heat transfer vectors when cutting a casting mold with poured metal and an installed triangular insert rod. FIG. 4 shows an image of the temperature field of a profit with an insert rod, the shape of which is a hexagonal pyramid at a certain moment of time t from the start of pouring, namely t = 100 s and a section of a hexagonal insert rod with the resulting heat transfer vectors when cutting a casting mold with a poured metal and installed hexagonal rod-insert. FIG. 5 shows an image of the temperature field of a profit with an insert rod, the shape of which is a seven-sided pyramid at a certain moment of time t from the beginning of pouring, namely t = 100 s and a section of a seven-sided insert rod with the resulting heat transfer vectors when cutting a casting mold with a poured metal and installed seven-sided rod-insert. FIG. 6 shows the scale of the temperature fields (in color) arising in horizontal sections passing through the center of those parts of the insert rods (of various sections) that interact with the metal in the bottom.

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. FIG. 7 shows a profit assembled with a rod-insert located at an angle of inclination α to the vertical axis of the profit, pos. 7, (section) after pouring the metal with the formed crust.

На фиг. 8 изображена прибыль в сборе после заливки металла, с образовавшейся корочкой и с установленным стержнем-вставкой, который смещен относительно вертикальной оси прибыли. FIG. 8 shows a complete profit after pouring the metal, with a crust formed and with an installed insert rod, which is displaced relative to the vertical axis of the 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 трехгранной пирамиды, с трехгранным 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 casting mold consists of the molding mixture, pos. 1, with a cavity, pos. 2, for liquid metal, pos. 8, and a gas outlet, pos. 3, rod-insert, pos. 4, made from an exothermic mixture, in the form of a truncated triangular pyramid, with a triangular 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 carried out 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 rod-insert, pos. 4, located in the upper part of the profit, from 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 liquid metal, pos. 8, a crust is formed, pos. 9. Dimensions of the insert rod, pos. 4, (including the height of the part that is in the profit) are selected in accordance with the size of the profit and heating units according to the given technology.

Отличительными от прототипа являются следующие признаки: материалом стержня-вставки является экзотермическая смесь, стержень-вставка представляет собой усеченную трехгранную 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.The following features are distinguished from the prototype: the material of the insert rod is an exothermic mixture, the insert rod is a truncated triangular pyramid, the lower base of the insert rod is in the molding mixture, and its upper base (smaller base) is in the profit cavity, the insert rod installed vertically, vertical axis, pos. 13, which is parallel to the vertical axis of profit.

Технический результат в заявляемой полезной модели достигается тем, что наличие 3 граней и соответственно наличие 3 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 трехгранного 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 3 faces and, accordingly, the presence of 3 corners on the lateral surface of the insert rod interacting with the metal in the profit, provide during the combustion of the insert rod more intensive heating of the liquid metal, as a result of which the metal will stay longer in a liquid state, in comparison with the metal in contact with the lateral surface of the n-faceted rod-insert, where n> 5. More intensive heating occurs, since the heat flow vector, pos. 10, directed perpendicular to the surfaces of the faces, therefore, in thermal zones, pos. 11, formed at the intersection of the faces, the resultant heat transfer vectors, pos. 12, the heat flux vector is enhanced by combining thermal fields. If there are n> 5 faces, that is, six or more, then the upper base and the lower base of the insert rod will tend to the shape of a circle, 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 insert rod formed at the intersection of the edges on the lateral surface will be less intense and will not provide that intense heating of the liquid metal during the combustion of the insert rod, which provides the heat flux passing through the thermal zones formed in where the faces intersect on the side surface of the triangular insert bar. Intensive heating leads to the fact that there is a uniform shrinkage of the metal in the heat nodes, and shrinkage cavities are formed in the body of the profit. FIG. 3, fig. 4, figs. 5 shows that at the same time t = 100 in the sections of the risers of the castings with installed exothermic rods-inserts of different sections there are zones in which a higher temperature is reached compared to other zones (they are shown in yellow in the 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 insert rod is a truncated pyramid and narrows towards the center of the profit. The upper base of the truncated pyramid of the insert rod (smaller base) should be directed towards the center of the profit, since for the surface of a smaller area, accordingly, less heat is required to start a chemical reaction in the insert rod, accompanied by the release of additional heat, which allows Thus, to increase the time of crust formation between the rod-insert and the metal and to obtain additional energy in order for the metal to remain in the liquid state for a longer time and evenly fill the heating nodes with the formation of shrinkage cavities in the body of the profit.

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 rod-insert is an exothermic mixture. When interacting with metal in the head, the material of the rod-insert is an exothermic mixture, which provides filtration of atmospheric air from the mold to the head at the place of the rod installation. The material of the insert 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 an area with a discharged air pressure inside the head, which facilitates the power supply of the heat units of the casting and leads to uniform shrinkage of the metal in the heat units with the formation of shrinkage cavities in the body of the head. 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 the 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 the head, is maximal to ensure optimal power supply of the heating units and, accordingly, the best work efficiency of the head is provided, which leads to uniform shrinkage of the metal in heating units and profits. If the insert bar is tilted to the axis of the profit, FIG. 7, then 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 the bottom, decreases.

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

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 casting mold is used at the Joint Stock Company Scientific and Production Corporation Uralvagonzavod named after F.E. Dzerzhinsky "for the manufacture of castings" Lateral frame "," Nadressornaya girder "," The body of the draft gear ", etc. The proposed utility model has been successfully implemented in the foundries of the joint-stock company" Scientific and Production Corporation "Uralvagonzavod" named after F.E. Dzerzhinsky ". Laboratory tests have shown high quality casting. This fact testifies to the fulfillment of the condition 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, "Foundry mold and casting method", copyright holder of OJSC NPK Uralvagonzavod (RU).

Исп. Лебедева Е.А. (3435) 345839, 345041.Use Lebedeva E.A. (3435) 345839, 345041.

Claims

A casting mold containing a gating system with a riser and an opening for gas outlet and an insert-rod installed in the upper part of the riser, characterized in that the insert-rod is made of an exothermic mixture in the form of a triangular truncated pyramid, installed vertically, and the smaller base of which is directed towards profit center.