RU2058849C1

RU2058849C1 - Taphole system for centrifugal shaped casting with vertical axis of rotation

Info

Publication number: RU2058849C1
Application number: RU93006856A
Authority: RU
Inventors: В.С. Моисеев; А.А. Неуструев; С.П. Серебряков; Ю.А. Колобков; Б.Г. Церковский; А.В. Фадеев; Ю.Л. Скорняков; Н.В. Губанцев
Original assignee: Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1996-04-27

Abstract

FIELD: metallurgy, shaped casting ingots production by centrifugal casting with vertical axis of rotation. SUBSTANCE: widened part of riser is made in the form of isolated one from another volumes. Blades surfaces are made as template curve with angle between radius, that is drawn from riser center to beginning of blades with taphole path conjugation and tangential to nearest to rotation axis point o blade 1) α = 40-50^°, angle between the same radius and tangential to most distant from axis of rotation point of blade 2) β = 20-25^°, and angle of conjugation of narrowing taphole path with blade between tangential. that forms angle 3) α,, and axis of taphole path 4) γ = 70-80^°. EFFECT: improved design. 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к литейному производству и может найти применение в производстве фасонных отливок методом центробежного литья с вертикальной осью вращения, например, из титановых и жаропрочных сплавов. The invention relates to foundry and may find application in the manufacture of shaped castings by centrifugal casting with a vertical axis of rotation, for example, from titanium and heat-resistant alloys.

Известна литниковая система для центробежного литья с вертикальной осью вращения [1] (преимущественно для отливок из титановых сплавов), имеющая центральный стояк (круглый, четырех- или шестигранный) с установленным в центре рассекателем (или без него), радиальные литниковые ходы, переходящие в вертикальные с присоединенными к ним с помощью питателей формами отливок и размещенные во вращаемом контейнере плавильно-заливочной установки. Known gating system for centrifugal casting with a vertical axis of rotation [1] (mainly for castings from titanium alloys), having a central riser (round, four- or six-sided) with a divider installed in the center (or without it), radial sprue passages turning into vertical casting forms attached to them with the help of feeders and placed in a rotating container of the melting and casting plant.

Такая литниковая система обеспечивает достаточную заполняемость значительной номенклатуры фасонного литья. Однако не гарантирует ее достаточную заполняемость для отливок, имеющих тонкостенную протяжную конфигурацию (при отношении L/δ ≥ 50, где L длина отливки по ходу движения металла, δ преобладающая толщина стенок отливки). Such a sprue system provides sufficient occupancy of a significant range of shaped castings. However, it does not guarantee its sufficient occupancy for castings having a thin-walled long configuration (with a ratio L / δ ≥ 50, where L is the length of the casting along the metal, δ is the predominant wall thickness of the casting).

Наиболее близкой к предлагаемой является литниковая система, включающая стояк с установленным в центре рассекателем фасонного типа в виде радиальных лопаток, сопряженных с радиальными литниковыми ходами, питатели и литейные формы. Closest to the proposed one is the sprue system, including a riser with a shaped-type divider installed in the center in the form of radial blades paired with radial gate ways, feeders and foundry molds.

Недостатком данной литниковой системы является то, что она обладает производительностью, ограниченной условиями вовлечения заливаемого расплава во вращение, и не может обеспечить заполненного течения металла в горизонтальной части литникового хода в направлении от центра к периферии, что повышает вероятность образования пульсаций потока расплава при заполнении рабочей полости формы. В результате повышается вероятность образования в отливках таких дефектов, как незаливы, спаи и др. The disadvantage of this sprue system is that it has a performance limited by the conditions for casting the melt into rotation and cannot provide a filled metal flow in the horizontal part of the sprue in the direction from the center to the periphery, which increases the likelihood of pulsation of the melt flow when filling the working cavity forms. As a result, the probability of formation of such defects as castings, junctions, etc. in the castings increases.

Целью изобретения является повышение производительности литниковой системы при заполненном движении расплава в горизонтальном литниковом ходе от центра к периферии, снижение брака литья и расширение номенклатуры изделий при литье тонкостенных протяжных отливок. The aim of the invention is to increase the performance of the gating system when the melt is moving horizontally from the center to the periphery, reducing casting defects and expanding the product range when casting thin-walled long castings.

Цель достигается тем, что в расширенной части стояка создают изолированные друг от друга объемы, а поверхности лопаток выполнены в виде лекальной кривой, где угол между радиусом, проведенным из центра стояка к началу сопряжения лопатки с литниковым ходом, и касательной к ближней оси вращения точке лопатки α= 40-50^о, угол между тем же радиусом и касательной к наиболее удаленной от оси вращения точке лопатки β= 20-25^о, угол сопряжения сужающегося литникового хода с лопаткой между касательной, образующей угол α, и осью литникового хода γ= 70-80^о.The goal is achieved in that in the expanded part of the riser, volumes are isolated from each other, and the surfaces of the blades are made in the form of a curve, where the angle between the radius drawn from the center of the riser to the beginning of the pairing of the blade with the runway and the point of the blade tangent to the near axis of rotation α = 40-50 ^about , the angle between the same radius and the tangent to the point of the blade farthest from the axis of rotation β = 20-25 ^about , the pairing angle of the tapering gate with the blade between the tangent, forming the angle α, and the gate axis γ = 70 -80 ^about .

Сущность изобретения заключается в том, что применение глухих несообщающихся объемов, образуемых нижней расширенной частью стояка и лекальными лопатками, исключает необходимость закручивания металла, сливаемого в центральный стояк, снижая гидравлические потери в потоке расплава, а сопрягаемые с лопатками сужающиеся литниковые ходы обеспечивают заполненное течение в них металла. The essence of the invention lies in the fact that the use of deaf non-communicating volumes formed by the lower expanded part of the riser and the shoulder blades eliminates the need for twisting of the metal drained into the central riser, reducing hydraulic losses in the melt flow, and the tapered gate runways connected with the vanes provide a filled flow in them metal.

На фиг.1 дана схема стояка и сопряженного с ним литникового хода, горизонтальный разрез; на фиг. 2 схема стояка, литникового хода, питателя и формы, вертикальный разрез; (1 стояк; 2 рассекатель; 3 лопатка; 4 литниковый ход; 5 питатель; 6 форма); на фиг.3 лопатка, поперечный разрез. В приведенную во вращение конструкцию через сливной поток из тигля (не показан) сливается мерная порция расплава металла, который дойдя до рассекателя, распределяется по глухим полостям нижней части стояка и, захваченный лопатками, направляется в литниковые ходы. Заполнение формы происходит при обратном (по направлению к центру) течении расплава. Figure 1 is a diagram of the riser and the gate run associated with it, a horizontal section; in FIG. 2 diagram of the riser, gate, feeder and form, vertical section; (1 riser; 2 divider; 3 blade; 4 sprue run; 5 feeder; 6 form); figure 3 shoulder blade, cross section. A measured portion of the molten metal merges into the rotational structure through a drain flow from a crucible (not shown), which, having reached the divider, is distributed over the blind cavities of the lower part of the riser and, captured by the blades, is sent to the gateways. The filling of the mold occurs during the reverse (towards the center) melt flow.

Указанные предельные значения приведенных углов α, β и γ подтверждены выполненными гидромоделирующими экспериментами на прозрачной (из оргстекла) оснастке. При проведении экспериментов замерялись расходные характеристики моделирующей жидкости для сравнения с аналогичными характеристиками известной конструкции и для фотометрирования поведения жидкости в каналах литниковой системы на различных этапах заполнения формы с помощью скоростной фотокамеры. Анализ сравниваемых характеристик показал, что расходы литниковой системы (в зависимости от формы поперечного сечения стояка квадратного, шестигранного, треугольного, круглого) в 1,5-2,0 раза меньше расхода, обеспечиваемого предлагаемой конструкцией литниковой системы (табл.1). Скоростное фотометрирование подтвердило, что заполнение формы происходит при полностью заполненном поперечном сечении канала горизонтального литникового хода. Интенсивность сужения последнего по направлению к периферии от центра выбирали исходя из условия неразрывности потока, зависящего от скорости расплава в каналах литниковой системы (табл.1). The indicated limiting values of the reduced angles α, β, and γ are confirmed by the performed hydromodeling experiments on transparent (from plexiglass) equipment. During the experiments, the flow characteristics of the simulating fluid were measured for comparison with similar characteristics of the known design and for photometric measurements of the fluid behavior in the channels of the gate system at various stages of filling the mold using a high-speed camera. The analysis of the compared characteristics showed that the gating system costs (depending on the cross-sectional shape of the square, hexagonal, triangular, round risers) are 1.5-2.0 times less than the flow rate provided by the proposed gating system design (Table 1). High-speed photometry confirmed that the filling of the mold occurs when the cross section of the channel of the horizontal gate is completely filled. The intensity of the narrowing of the latter toward the periphery from the center was chosen based on the continuity of the flow, which depends on the melt velocity in the channels of the gate system (Table 1).

На основании анализа результатов экспериментов установлено, что оптимальными углами исполнения лопаток и сопряжения с ними литниковых ходов, при условии их заполненности, в зависимости от частоты вращения являются значения, приведенные в табл.2. Based on the analysis of the experimental results, it was found that the optimal angles for the execution of the blades and the conjugation of the gate gates, provided they are full, depending on the speed, are the values given in Table 2.

Изменение углов α, β, γ в зависимости от частоты вращения определяется созданием постоянного расхода литниковой системы при различных режимах заливки, что обеспечивает примерно одинаковое давление на периферийные зоны (относительно оси вращения) формы, предупреждая ее разрушение (исходя из предельной прочности оболочковой формы, равной 5 · 10⁵ Па).The change in the angles α, β, γ depending on the rotational speed is determined by the creation of a constant flow rate of the sprue system under different pouring modes, which provides approximately the same pressure on the peripheral zones (relative to the rotation axis) of the mold, preventing its destruction (based on the ultimate strength of the shell mold equal to 5 · 10 ⁵ Pa).

В результате улучшаются расходные характеристики (м³/с) литниковой системы, снижаются пульсации расплава при заполнении рабочих полостей форм, что приводит к снижению брака литья (не менее чем на 10%) и расширению номенклатуры изделий.As a result, the flow characteristics (m ³ / s) of the gating system are improved, the pulsation of the melt decreases when filling the working cavities of the molds, which leads to a decrease in casting defects (by at least 10%) and the expansion of the product range.

Claims

GATE SYSTEM FOR CENTRIFUGAL SHAPED CASTING WITH VERTICAL ROTATION AXIS, containing a central riser with an expanding lower part, a divider and gate ways connected in forms by feeders, characterized in that it is equipped with vanes, the surfaces of which are made with a variable curvature, where the angle between the radius from the center of the riser to the beginning of the pairing of the blade with the runway, and tangent to the point closest to the axis of rotation, the blade is 40 50 ^o , the angle between the same radius and the tangent to the most distant from the axis of rotation, the point of the blade is 20 - 25 ^o and the angle between the axis of the gate and the tangent to the point nearest to the axis of rotation of the blade is 70 80 ^o .