RU2084307C1

RU2084307C1 - Heated lost head

Info

Publication number: RU2084307C1
Application number: RU94041054A
Authority: RU
Inventors: И.И. Ярополов; Н.А. Савельев
Original assignee: Акционерное общество "Армалит"
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1997-07-20
Also published as: RU94041054A

Abstract

FIELD: foundry, specifically, configuration of heated lost heads used in small and medium castings from non-ferrous alloys and alloyed steels. SUBSTANCE: lost head has complex surface limiting individual cavities in height which volumes correspond to volume of metal needed for compensation of casting under certain metal static pressure. Individual volumes may have any shape. EFFECT: expanded application field. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к конфигурации обогреваемых прибылей. The invention relates to foundry, in particular to the configuration of heated profits.

Эффективность работы прибылей зависит в основном от способности прибыли оставаться в жидком состоянии длительное время, а центральной части отливки обеспечивать свободное поступление жидкого металла к любой затвердевающей части отливки. The effectiveness of the profit depends mainly on the ability of the profit to remain in the liquid state for a long time, and the central part of the casting to ensure the free flow of liquid metal to any hardened part of the casting.

Оценка качества питания отливки определяется отношением действительного давления (силы весового давления) металла в прибыли P_p над питаемым узлом, на котором установлена прибыль, к давлению P_пит необходимому для обеспечения расхода сплава из прибыли, обеспечивающему полную компенсацию усадки затвердевающей отливки (стенок и узла питания).Evaluation of the supply quality of the casting is determined by the ratio of the actual pressure (weight pressure force) of the metal in the profit P _p over the feed unit on which the profit is established, to the pressure P _pit necessary to ensure the consumption of the alloy from profit, providing full compensation for the shrinkage of the hardened casting (walls and power unit )

Если при оценке процесса питания P_p/P_пит≥ 1, то выбранные теплосиловые параметры процесса формирования отливки обеспечивают ее качественное питание.If the evaluation process of the power _{P p} / P _pit ≥ 1, then heat-selected parameters of the formation casting ensure its quality food.

Создание минимального небольшого (0,01 0,03 МПА) избыточного давления P_p над узлом питания обеспечивает питание отливки. Температуру металла в прибыли в жидком состоянии возможно сохранить за счет применения тепла электрической дуги или индукционного нагрева, либо экзотермическим обогревом.The creation of a minimum small (0.01 0.03 MPa) overpressure P _p above the power unit provides power to the casting. It is possible to maintain the temperature of the metal in profit in the liquid state through the use of the heat of an electric arc or induction heating, or by exothermic heating.

Известна закрытия обогреваемая прибыль шаровой формы [1]
Для обогрева прибыли используют либо экзотермические, либо теплоизоляционные материалы.Known for closing heated ball-shaped profits [1]
Either exothermic or thermal insulation materials are used to heat profits.

Задачей изобретения является повышение выхода годного литья. The objective of the invention is to increase the yield of casting.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана обогреваемая прибыль конической формы; на фиг. 2 прибыль сложной формы, состоящей из отдельных частей; на фиг. 3 пример обогрева прибыли экзотеплоизоляционными материалами; на фиг. 4 часть затвердевшей отливки; на фиг. 5 часть фасонной отливки с прибылью. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a heated conical shaped profit; in FIG. 2 profits of complex form, consisting of individual parts; in FIG. 3 example of heating profits exothermic insulation materials; in FIG. 4 parts of hardened castings; in FIG. 5 part profiled castings.

Прибыль состоит из конического резервуара 2 с основанием, выполненным по конфигурации питаемого узла отливки 1 и вертикальной части 3, форма которой зависит от расхода металла на компрессию усадки отливки при затвердевании с желаемой высотой металлостатического напора, установленной на коническую часть. Прибыль обогревается пакетами 4 с экзотермической или пакетами 5 с экзотеплоизоляционной смесью (фиг. 3). Возможно применение пакета с экзотеплоизоляционной смесью. Для удержания смеси в пакетах над узлом питания установлена модель прибыли 6, которая в зависимости от формы прибыли может быть выполнена из различных материалов: материала, из которого выполнена модельная оснастка, в этом случае она должна удаляться вместе с моделью, из пенопласта сжигается в процессе заливки металла модель прибыли; сжигаемая тонкостенная модель прибыли может быть выполнена из бумаги или пластмассы. Постоянные модели прибылей могут быть облицованы пакетами из фольги. The profit consists of a conical tank 2 with a base made according to the configuration of the feed unit of the casting 1 and the vertical part 3, the shape of which depends on the metal consumption for compression of the shrinkage of the casting during solidification with the desired height of the metallostatic head installed on the conical part. The profit is heated by packages 4 with exothermic or packages 5 with exothermic insulation mixture (Fig. 3). It is possible to use a package with an exothermal insulation mixture. To keep the mixture in bags above the power unit, a profit model 6 is installed, which, depending on the form of profit, can be made of various materials: the material from which the model equipment is made, in which case it must be removed together with the model, it is burned from the foam during the filling process metal profit model; the burned thin-walled profit model can be made of paper or plastic. Permanent profit models can be faced with foil bags.

Как видно из фиг. 1 и фиг. 2, на питаемый узел отливки 1 D_отл устанавливается конический резервуар 2 металла объемом V₁, служащий для питания верхней части отливки в конце затвердевания. На него устанавливается вертикальная часть 3 прибыли объемом V₂, создающая металлостатическое давление при затвердевании отливки. Объем металла прибыли V_пр равняется сумме объемов части прибыли V_пр=V₁+V₂ и должен быть равен объему, расходуемому для компенсации металла при затвердевании.As can be seen from FIG. 1 and FIG. 2, a conical metal tank 2 of volume V ₁ , which serves to power the upper part of the casting at the end of solidification, is installed on the fed casting assembly 1 D _exl . It establishes the vertical part 3 of profit with a volume of V ₂ , which creates a metallostatic pressure during the solidification of the casting. The volume of metal profit V _CR equal to the sum of the volumes of part of the profit V _CR = V ₁ + V ₂ and must be equal to the volume spent to compensate for the metal during solidification.

V_пр≥ V_отл•ε
где e - коэффициент объемной усадки.V _ol ≥ V _ex • ε
where e is the volumetric shrinkage coefficient.

При неравномерном расходовании металла из прибыли на компенсацию усадки затвердевающей отливки, а также для регулирования металлостатического напора в определенные периоды процесса затвердевания отливки, часть прибыли 3 может иметь форму, показанную на фиг. 2. In case of uneven metal consumption from the profit to compensate for the shrinkage of the hardened casting, as well as to regulate the metallostatic pressure at certain periods of the solidification process of the casting, part of the profit 3 may take the form shown in FIG. 2.

Объем части прибыли 3 V₂ будет состоять из комбинации отдельных различной формы объемов

Форма объемов прибыли зависит от потребности металла на компенсацию объемной усадки при затвердевании, отливки в различные периоды времени. Полное расходование металла прибыли на компенсацию металла при затвердевании отливки возможно только в том случае, если металл в резервуаре 2 прибыли участок (фиг. 1) будет затвердевать после полного затвердевания отливки 1.The volume of the profit part 3 V ₂ will consist of a combination of individual volumes of various shapes

The form of profit volumes depends on the need of the metal to compensate for volumetric shrinkage during solidification, casting at different periods of time. The full expenditure of metal profit on the compensation of the metal during the solidification of the casting is possible only if the metal in the reservoir 2 arrived section (Fig. 1) will solidify after the complete solidification of the casting 1.

Процесс питания отливки, обогреваемой прибылью (фиг. 1) предложенной формы, разделяется на три непрерывно протекающих периода. The power supply process of the casting, heated by profit (Fig. 1) of the proposed form, is divided into three continuously flowing periods.

Первоначально отливка питается под действием столба жидкого металла, находящегося в стояке и литниковой воронке. Время продолжительности питания отливки металлом будет продолжаться до затвердевания тонкого сечения питателя. За данный период времени происходит остывание тонких стенок отливки, снимается температура перегрева, нагревается экзотеплоизоляционный материал облицованной прибыли до ее воспламенения. Initially, the casting is fed under the action of a column of liquid metal located in the riser and the gate funnel. The duration of the power supply of the metal casting will continue until the thin section of the feeder solidifies. Over a given period of time, the thin walls of the casting cool down, the superheat temperature is removed, the exothermal insulation material of the lined profit is heated until it ignites.

Второй период связан с расходованием металла прибыли (прибылей) на компенсацию затвердевающего металла в стенках и узлах отливки. В этот период в результате воспламенения экзотермического материала жидкий металл в прибыли перегревается, особенно в вертикальной части 3 прибыли (фиг. 1, фиг. 2). За счет повышенного металлостатического давления перегретый металл поступает в центральную часть узла. За счет теплосилового воздействия изменяется граница между затвердевшим металлом и жидким, ускоряется затвердевание отливных снизу за счет отвода теплоты затвердевшими стенками отливки. Изменяется характер затвердевания узла и температурный градиент. Окончание данного периода характеризуется изменением фронта затвердевания на плоскопараллельный. Жидкий металл в прибыли по мере расходования опускается по высоте с желаемой скоростью. The second period is associated with the expenditure of metal profit (profit) on the compensation of hardened metal in the walls and nodes of the casting. During this period, as a result of ignition of the exothermic material, the liquid metal in the profit overheats, especially in the vertical part 3 of the profit (Fig. 1, Fig. 2). Due to the increased metallostatic pressure, the superheated metal enters the central part of the assembly. Due to the heat-force action, the boundary between the hardened metal and liquid changes, the solidification of casting from below is accelerated due to the removal of heat by the hardened walls of the casting. The nature of the solidification of the node and the temperature gradient are changing. The end of this period is characterized by a change in the solidification front to plane-parallel. The liquid metal in profit as it is spent falls in height at the desired speed.

В третий период происходит окончательное затвердевание термического узла под прибылью и прибыли. Верхняя часть узла под прибылью будет затвердевать плоскопараллельно без усадочных дефектов под металлостатическим давлением h= P_p≥0,01 МПа. Форма прибыли после затвердевания принимает вид, показанный на фиг. 4. Незначительное увеличение припуска на механическую обработку δ за счет прибыли связано с незначительным запасом объема металла в прибыли. Объем металла можно уменьшить за счет части 3 прибыли по высоте опытным путем. Следовательно, и припуск на механическую обработку уменьшится.In the third period, the final solidification of the thermal unit under profit and profit occurs. The upper part of the assembly under hardening will solidify plane-parallel without shrinkage defects under metallostatic pressure h = P _p ≥ 0.01 MPa. The profit form after solidification takes the form shown in FIG. 4. A slight increase in machining allowance δ due to profit is associated with a small margin of metal in profit. The volume of metal can be reduced due to part 3 profit in height empirically. Consequently, the machining allowance will decrease.

Обогреваемая прибыль предлагаемой формы тоже позволит получить отливки при повышенном металлостатическом напоре в конце затвердевания отливки при незначительном дополнительном расходе металла на прибыль. В этом случае сечение части прибыли 3, прилегающей к части 2, должно быть минимальным (фиг. 3), чтобы обеспечить легкое отделение прибыли путем незначительной ударной нагрузки. Heated profits of the proposed form will also make it possible to obtain castings with increased metallostatic pressure at the end of the solidification of the casting with a slight additional metal consumption for profit. In this case, the cross section of the profit part 3 adjacent to part 2 should be minimal (Fig. 3), in order to ensure easy profit separation by means of a small shock load.

Расчет профиля и размеров прибыли выполняется из следующих предпосылок:
максимальный объем металла прибыли будет равен объему питаемой части отливки, умноженной на коэффициент объемной усадки и гарантированного запаса, который образуется за счет расходования металла из стояка;
расчета времени затвердевания стенок и узлов отливки;
температура нагрева металла прибыли;
расчета веса экзотермического материала.The calculation of the profile and profit margins is performed from the following prerequisites:
the maximum amount of profit metal will be equal to the volume of the feed part of the casting, multiplied by the coefficient of volumetric shrinkage and guaranteed margin, which is formed due to the consumption of metal from the riser;
the calculation of the solidification time of the walls and nodes of the casting;
metal heating temperature has arrived;
calculating the weight of the exothermic material.

Пример расчета сложной прибыли. Для цилиндрической отливки диаметром 100 мм и высотой 150 мм объем отливки V 1177500 мм³ и объем прибыли V_пр= V•ε = 52987,5 мм³
где ε коэффициент объемной усадки, равный 0,045
Объем прибыли V_пр состоит из отдельных объемов.An example of calculating compound profits. For a cylindrical casting diameter of 100 mm and a height of 150 mm casting 1,177,500 volume V mm ³ and the amount of profit V _ave = V • ε = 52987,5 ³ mm
where ε is the coefficient of volumetric shrinkage equal to 0.045
The profit volume V _ol consists of individual volumes.

V_пр=V₁+V₂
где V₁ объем сплава конической части 2 прибыли,
V₂ объем сплава части 3 прибыли, состоящей из отдельных полостей объемом

тогда

После заполнения формы сплавом и загорания экзотермического материала 4 облицовки прибыли перегретый сплав из прибыли 3 (объем

) под действием металлостатического давления поступает в затвердевающую часть отливки. Первоначально затвердевают тонкостенные части. Для компенсации объемной усадки протяженных тонкостенных частей с обеспечением последовательно направленной кристаллизацией необходим максимальный металлостатический напор и высокая температура сплава. При этом учитывается, что термическое действие прибыли важнее металлостатического давления. Так как перегретый сплав, поступая в затвердевающие стенки, разогревает центральную часть, стенка затвердевает последовательно по направлению к прибыли. Одновременно с затвердеванием стенки происходит и затвердевание части объема бобышки

удаленной от прибыли.V _ol = V ₁ + V ₂
where V _{1 the} volume of the alloy conical part 2 arrived,
V _{2 the} volume of the alloy part 3 profit, consisting of individual cavities volume

then

After filling the mold with the alloy and igniting the exothermic material 4, the cladding arrived, the superheated alloy from profit 3 (volume

) under the action of metallostatic pressure enters the hardened part of the casting. Thin-walled parts initially harden. To compensate for the volumetric shrinkage of extended thin-walled parts with sequentially directed crystallization, the maximum metallostatic pressure and high temperature of the alloy are required. It is taken into account that the thermal effect of profit is more important than metallostatic pressure. Since the superheated alloy, entering the hardening walls, heats the central part, the wall hardens sequentially in the direction of profit. Simultaneously with the hardening of the wall, a part of the volume of the boss also hardens.

remote from profit.

Общий объем затвердевшей части отливки будет равен объему

На фиг. 5 он ограничен сплошной тонкой линией

Затем начинается затвердевание центральной части бобышки, ограниченной пунктирной линией. Отвод теплоты формой происходит через стенку и затвердевшую часть бобышки. В этот период поступление перегретого сплава начинается из объема прибыли при меньшем металлостатическом давлении. Протяженность зоны питания резко сокращается. Фронт затвердевшего сплава в бобышке принимает форму почти параллельную дну бобышки. Объем затвердевшего сплава

ограничен пунктирной линией. Дальнейшее питание бобышки будет осуществляться из объема прибыли

Объем затвердевшего сплава ограничен штрихпунктирной линией V_σ•V_б Окончательное затвердевание отливки будет происходить под металлостатическим давлением P_p с объемом сплава в прибыли V₁. Объем прибыли V₁ незначителен и его расчет не производим, считаем его дополнительным к V_пр (гарантийным).The total volume of the hardened part of the casting will be equal to the volume

In FIG. 5 it is bounded by a solid thin line

Then begins the hardening of the central part of the boss, limited by a dashed line. The removal of heat by form occurs through the wall and the hardened part of the boss. During this period, the receipt of the superheated alloy begins from the profit margin at lower metallostatic pressure. The length of the food area is sharply reduced. The front of the solidified alloy in the boss takes the form almost parallel to the bottom of the boss. Hardened Alloy Volume

limited by a dashed line. Further feeding of the boss will be carried out from the amount of profit

The volume of the hardened alloy is limited by the dash-dot line V _σ • V _{b. The} final solidification of the casting will occur under metallostatic pressure P _p with the alloy volume in profit V ₁ . The profit volume V _{1 is} insignificant and we do not calculate it, we consider it additional to V _ol (guarantee).

Процесс затвердевания отливки и питания перегретым сплавом из прибыли затвердевающих участков отливки является процессом непрерывным, поэтому в точном расчете отдельных объемов сплава в прибыли нет необходимости, так как достаточен приблизительный расчет, причем объем сплава в прибыли V_пр должен быть равен V_пр= V•ε с незначительным гарантийным запасом V_1з.The process of solidification of the casting and supply of the superheated alloy from the profit of the hardening sections of the casting is a continuous process, therefore, there is no need for profit in the exact calculation of individual volumes of the alloy, since an approximate calculation is sufficient, and the volume of the alloy in profit V _CR should be equal to V _CR = V • ε with insignificant guarantee margin V _1z .

Объем фасонной отливки V 1177500 мм³ принимаем состоящим из объема сплава в бобышке и стенке. Размер бобышки равен D_отл. 100 мм, высота бобышки h₁ 70 мм, толщина стенки b 20 мм, тогда объем бобышки V_σ будет равен

.The volume of shaped casting V 1177500 mm ³ taken consisting of the volume of the alloy in the boss and the wall. The size of the boss is D _ex. 100 mm, boss height h ₁ 70 mm, wall thickness b 20 mm, then the boss volume V _σ will be equal to

.

Учитывая, что общий объем отливки нами принят V 1177500 мм₃, объем стенок в отливке V_с будет равен V_c = V - V_σ 1177500 542500 635000 мм³.Given that the total volume of the casting we adopted V 1177500 mm ₃ , the volume of the walls in the casting V _s will be equal to V _c = V - V _σ 1177500 542500 635000 mm ³ .

Учитывая, что чем выше металлостатический напор, тем выше плотность отливки, в верхней части прибыли должен располагаться максимальный объем сплава в полости прибыли. Given that the higher the metallostatic pressure, the higher the density of the casting, in the upper part of the profit should be the maximum volume of alloy in the cavity of profit.

Затвердевание отливки начинается от поверхности формы и в первую очередь полностью затвердевают тонкостенные части, а затем более толстые. За время полного затвердевания стенки отливки происходит затвердевание и части объема бобышки 10 мм от низа. На фиг. 5 затвердевшая часть показана тонкой сплошной линией. Тогда объем верхней полости прибыли

будет равен

В дальнейшем затвердевает часть бобышки. На чертеже показана пунктирной линией. В этот период затвердевает радиусный переход от стенки к бобышке и сама бобышка на высоту 40 мм от низа. Тогда объем полости прибыли

будет равен

Затем при уменьшенном металлостатическом напоре затвердевает участок бобышки, ограниченный штрихпунктирной линией. Питание участка происходит от части объема прибыли

Окончательное затвердевание осуществляется под воздействием конусообразной части прибыли объемом V₁ при металлостатическом напоре P_p 0,01 МПа.Hardening of the casting begins from the surface of the mold and first of all the thin-walled parts completely harden, and then the thicker ones. During the complete hardening of the casting wall, hardening and parts of the boss volume 10 mm from the bottom occur. In FIG. 5, the hardened portion is shown by a thin solid line. Then the volume of the upper cavity arrived

will be equal

Subsequently, part of the boss solidifies. The drawing shows a dashed line. During this period, the radius transition from the wall to the boss solidifies and the boss itself to a height of 40 mm from the bottom. Then the cavity volume arrived

will be equal

Then, with a reduced metallostatic pressure, the boss section hardens, limited by a dash-dot line. The power supply of the site comes from part of the volume of profit

The final solidification is carried out under the influence of the conical part of the profit volume V ₁ with a metallostatic pressure P _p 0,01 MPa.

Зная объемы выбранных отдельных полостей, определяют их размеры и расположение по высоте, с учетом обеспечения максимального гидростатического напора и перегрева сплава и прибыли экзотеплоизоляционным материалом. Knowing the volumes of the selected individual cavities, determine their size and location in height, taking into account the provision of maximum hydrostatic pressure and overheating of the alloy and profit exothermal insulation material.

шар диаметром ⌀ 39 мм

шар диаметром ⌀ 25 мм с цилиндром o 20 мм длиной 7 мм.

ball diameter ⌀ 39 mm

ball with a diameter of ⌀ 25 mm with a cylinder o 20 mm 7 mm long.

цилиндр диаметром ⌀ 17 мм и длиной 29 мм.

cylinder with a diameter of ⌀ 17 mm and a length of 29 mm.

Общая высота прибыли 100 мм. The total profit height is 100 mm.

Расположение отдельных полостей по высоте прибыли связано с обеспечением максимального металлостатического напора и перегревом прибыли. The location of individual cavities in terms of profit height is associated with ensuring maximum metallostatic pressure and overheating of profit.

Пережимы между отдельными объемами способствуют быстрому возгоранию экзотермической смеси. The clamps between the individual volumes contribute to the rapid ignition of the exothermic mixture.

Наличие современных средств получения тонкостенных емкостей из пластмассы, бумаги, картона и т. д. позволяет организовать массовое производство облицовок прибыли для питания отливок для различных сплавов с заранее проверенным временем нахождения перегретого сплава в прибыли до ее затвердевания. The availability of modern means of producing thin-walled containers made of plastic, paper, cardboard, etc., makes it possible to organize the mass production of profit linings for supplying castings for various alloys with a pre-checked time for the superheated alloy to be in profit until it hardens.

Claims

1. Heated profit for castings, characterized in that it has a complex surface that limits the height of individual cavities, the volumes of which correspond to the volume of metal necessary to compensate for the shrinkage of the casting with a certain metallostatic pressure.

2. Profit according to claim 1, characterized in that the individual cavities have any shape.

3. Profit under item 1, characterized in that the amount of profit is equal to the volume of metal necessary to compensate for the shrinkage of the casting.