SU1061920A1

SU1061920A1 - Method and apparatus for centrifugal casting

Info

Publication number: SU1061920A1
Application number: SU823484434A
Authority: SU
Inventors: Юрий Павлович Поручиков; Ренгольд Иванович Силин; Владимир Михайлович Миляев; Борис Константинович Гусев; Виктор Алексеевич Авдеев; Алексей Степанович Ярославцев; Алексей Григорьевич Теляшев; Александр Викторович Прокопьев; Николай Николаевич Овчинников; Валентин Андреевич Рямов
Original assignee: Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова; Кушвинский Завод Прокатных Валков И Ремонта Тепловозов
Priority date: 1982-08-10
Filing date: 1982-08-10
Publication date: 1983-12-23

Abstract

1. Способ центробежного лить , включающий установку стержн в изложницу, вращение изложницы и стержн и заливку металла в изложницу с последующей его кристаллизацией , отличающийс тем, что, с целью улучщени .качества, снижени себестоимости , уменьщени ликвации в отливке и формировани пористых слоев в отливке, вращение изложницы и схержн осуществл ют в разньк направлени х, а в период кристаллизации отливки в полость между изложницей и стержнем подают инертный газ.1. A method of centrifugal casting, including placing a core into a mold, rotating a mold and a core, and pouring a metal into a mold with its subsequent crystallization, characterized in that, in order to improve quality, reduce costs, reduce segregation in the casting and form porous layers in the casting , the rotation of the mold and the cake is carried out in different directions, and during the period of crystallization of the casting an inert gas is fed into the cavity between the mold and the rod.

Description

2. Установка дл осуществлени способа центробежного лить по п. 1, содержаща изложницу , соосно расположенный стержень с литниковыми каналами, заливочную воронку и привод вращени изложницы, отличающа с тем, что, с целью улучшени качества отливок, снижени себестоимости, .2. An apparatus for carrying out the centrifugal casting method according to claim 1, comprising a mold, a coaxially disposed rod with runner channels, a pouring funnel and a drive for rotating the mold, characterized in that, in order to improve the quality of the castings, to reduce the cost,.

умеш ще1т люсвацин и формировани пористь1х слоев в отливке, она дополнительно снабжена приводом вращени стержн , выполненным в виде центрального приводного вала, в котором выполнены осевой и радиальный каналы дл подачи инертного газа в полость между изложницей и стержнем.mixing lusvacin and forming porous layers in the casting, it is additionally equipped with a rotational drive rod, made in the form of a central drive shaft, in which axial and radial channels are made to supply inert gas to the cavity between the mold and the rod.

Изобретение относитс к литейному производству и может быть использовано в метал . лургни и машиностроении дл изготовлени отливок типа втулок, полых прокатных валко бандажей, опорных стоек, обечаек с цилиндрической или фасонной наружной и внутренней поверхностью, преимущественно в тех случа х, когда внутренн часть отливки работает в услови х отсутстви сосредоточенных контактных силовых воздействий. Изобретение позвол ет снизить расход металла, уменьшить массу машин н механизмов, в которых используютс такие Детали, в р де случаев обеспечить повышение стойкости деталей. Известен способ центробежного лить полых отливок, заключающийс в том, что сплав заливают на внутреннюю поверхность вращаАщейс формы. Вращательное движение расплаву сообщаетс от внутренней поверхности формы за счет сил трени 1. Этот способ производства требует повышенных частот вращени формы, особенно при производстве толстостенных отливок и отливок имеющих BHjTpeHHee отверстие малых диаметров , что приводит к ликвации компонентов сплава и к возникновению трещин в отливе. Известен и другой способ и устройство дл получени отливок в силовом центробежном поле в стационарной форме. В этом случае в процессе заливки металл подвергают центрифугированию в литниковой системе, а в дальнейшем знерги к расплаву подводитс за счет вращающегос стержн , установленного в изложнице. Угловую частоту вращени слоев расплава в форме уменьшают в направлении от внутреннего к наружному слою по закону W W«- К сГ Woгде W- углова частота вращени внутреннего сло расплава в форме, углова частота вращени сло расплава, расположенного на рассто нии чГ от наружной поверхности стержн ; К - козффшшент. Описанный способ реализуетс с помощью устройства, содержащего неподвижную форму, заливочную воронку, стержни с рассекател ми, образующими между собой литниковые каналы. Стержни закреплены в подшипниках и снабжены механизмом вращени . Кроме того, имеютс затворы, предотвращающие вытекание расплава , и ролики, обеспечивающие проворачивание изложницы в аварийной ситуации. Расплав через литниковую воронку попадает в литниковые каналы вращающихс стержней, где подвергаетс центрифугированию. Через литннки он поступает в форму. Последующее вращение расплава в форме обеспечиваетс за счет подвода знергнн к расплаву от поверхности вращающихс стержней. Этот способ имеет неоспоримые преимущества , oco6efmo при изготовлении крупных отливок , так как при его реализации не требуетс вращать громоздкие формы больщой массы, за счет чего существенно снижаетс расход энергии 2. Однако он не лишен и недостатков. Одним из них вл етс меньша напр женность склоBoiO )бежного пол при затвердевании расплава в форме. При необходимости изготовлени двухслойных отливок требуетс двухстадийна запивка сплава, котора сопровождаетс заменой стержн , что св зано с определенными трудност ми. Рассмотренный способ не позвол ет получить толстостенные заготовки без ликвации компонентов сплава по поперечному сечению и высоте отливки. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс способ центробежного лить , включающий установку стержн в заливку металла в изложницу с последующей его кристаллизацией. А также установка дл его реализации, содержаща изложницу, соосно расположе1;тый стержень с литниковыми каналами , заливочную воронку и привод вращени изложницы 3. Недостатком известного способа и установки дл его реализации вл етс низкое ка%ство отливок, высока себестоимость и больша ликваци в отливке 41 Целью изобретени вл етс улучшение качества, снижение себестоимости и уменьшение ликвации в отливке, а также формирование пористых слоев в отливке. Поставленна цель достигаетс тем, что в способе центробежного лить , включающем установку стержн в изложницу, вращение изложницы и стержн и заливку металла в Изложницу с последующей его кристаллизацией , вращение изложницы и стержн осуществл ют в разных направлени х, а в период кристаллизации отливки в полость между изложницей и стержнем подают инертный газ. А также тем,- что установка дл центробежного лить , содержаща изложницу, соосно расположенный стержень с литниковыми каналами, заливочную воронку и привод вра щени изложницы, котора дополнительно снабжена приводом вращени стержн , выполненным в виде центрального приводного вала в котором выполнены осевой и радиальный канайы вд подачи инертного газа в полость между изложницей и стержнем. Изменением угловой частоты вращени стержн и формы (коаксиальных цилиндров) можно регулировать напр женность силового центробежного пол и интенсивность перемещени расплава, обеспечива получение качественных отливок, плотных, без ликвации, с улучшенными механическими свойствами. Особенно эффективна така технологи при изготовлении толстостенных отливок из широкоинтервальных сплавов, которые мало при мен ютс при центробежном литье. Наличие вращающихс в противоположных направлени х формы и стержн обеспечивает интенсив .ное перемешивание расплава в форме при затвердевании , отчего выравниваютс температу ры по толщине стенки отливки, возрастает суммарна теплопроводность сплава и ускор етс теплоотвод и затвердевание отливки. Дл более интенсивного перемешивани расгшава из кольцевой полости под стержнем в форму подают инертный газ, который, проход через расплав, усиливает теплообмен. Вследствие зт го кристаллизаци осуществл етс при наличии большого количества твердых зародышей во всем объеме жидкого расплава, что благо при тствует формированию в отливке мелкозернистой структуры с круглым зерном. Одн временно газ формирует пористый внутренни слой отливки, который не снижа прочности издели , обеспечивает уменьшение расхода ме талла. При затвердевании отливки, когда градиент емператур по толщине стенки незначителен, наблюдаютс минимальные остаточные напр жени , поэтому в отливках отсутствуют трещины . Предотвращению трешин способствует и наличие пористого сло . Положение и ширину пористого сло по толщине стенки можно мен ть за счет изменени скорости вращени формы и стержн . Дл случа , когда углова частота вращени внутреннего сло равна W. и радиус сло rg, а дл на1ружного -соответственно Wj и г и W.0 Wf граница между сло ми должна располагатьс на рассто нии г от центра вращени вн 22 Г + г ВН Н ( последнее справедливо при условии наличи расплава в жидком состо нии). В процессе затвердевани эта граница смещаетс к внутренней поверхности отливки. На чертеже представлена установка, общий вид. Установка состоит из заливочной воронки 1, сменной изложницы 2 и стержней 3, в которых вьшолнена литникова система,система привода 4 и 5 во вращение изложницы и стержн . Вал привода стержн заканчиваетс конусным приспособлением 6 pfiR центровки и креплени стержн и снабжен каналами 7 (осевым и радиальным) дл подачи инертного газа. Форма устанавливаетс в.центрируюшем механизме 8. Между формой и стержнем имеетс кольцева полость, котора формирует отливку 9. В процессе изготовлени отливки 9 изложница 2 и стержни 3 вращаютс в разные стороны с технологически необходимой скоростью , а через каналы 7 подаетс инертный газ, который поступает в полость между стержнем и изложницей. Вследствие повышенного давлени газа и центробежного эффекта, обусловленного вращением стержн , предотвращаетс затекание расплава в полость (зазор) под стержень. Газ в виде пузырей удал етс через слой расплава, формиру при этом пористый слой отливки. Установка работает следующим образом. Через воронку 1 и литниковую систему вращающа с изложница 2 заполн етс расплавом . В процессе заливки стержень 3 враШаетс в противоположную сторону с технолбгически необходимой скоростью. Вследствие силового взаимодействи расплава с формой и стержнем в нем возникают тороидальные завихрени , обеспечивающие непрерьгеное перемешивание расплава по толщине сло и высоте отливки, что повышает суммарную теплопроводность сплава и способствует ускореннрму затвердеванию отливки. Непрерывное перемешивание расплава и ускоренное его затвердевание предотвращают возникновение ликвации в отливке.The invention relates to foundry and can be used in metal. lurges and mechanical engineering for the manufacture of castings of the type of sleeves, hollow rolling shafts, support stands, shells with a cylindrical or shaped outer and inner surface, mainly in those cases when the inner part of the casting works in the absence of concentrated contact force effects. The invention makes it possible to reduce the consumption of metal, to reduce the mass of machines and mechanisms in which such Parts are used, and in a number of cases to ensure an increase in the resistance of parts. A known method of centrifugal casting of hollow castings is that the alloy is poured onto the inner surface of a rotating form. Rotational movement of the melt is communicated from the inner surface of the mold due to friction forces 1. This production method requires higher frequencies of rotation of the mold, especially in the production of thick-walled castings and castings having a small diameter BHTpeHHee hole, which leads to segregation of alloy components and the occurrence of cracks in the casting. Another method and apparatus for producing castings in a centrifugal force field in a stationary form is known. In this case, in the process of pouring, the metal is subjected to centrifugation in the gating system, and then the energy is supplied to the melt by means of a rotating rod installed in the mold. The angular frequency of rotation of the melt layers in the mold is reduced in the direction from the inner to the outer layer according to the law W W - - K cG Where W is the angular frequency of rotation of the inner layer of the melt in the form, the angular frequency of rotation of the melt layer located at an HR distance from the outer surface of the rod; K - kozffshent. The described method is implemented by means of a device comprising a fixed form, a pouring funnel, rods with dividers, which form gating channels between them. The rods are fixed in bearings and equipped with a rotation mechanism. In addition, there are gates to prevent melt flow, and rollers to ensure the mold is turned in an emergency. The melt through the gating funnel enters the gating channels of the rotating rods, where it is subjected to centrifugation. Through litnki he enters the form. The subsequent rotation of the melt in the mold is ensured by supplying the power to the melt from the surface of the rotating rods. This method has indisputable advantages, oco6efmo in the manufacture of large castings, since in its implementation it is not necessary to rotate the cumbersome forms of a large mass, thereby significantly reducing energy consumption 2. However, it is not without drawbacks. One of these is the lower strength of the skoiO running floor when the melt is solidified in the mold. If it is necessary to manufacture two-layer castings, a two-stage alloying of the alloy is required, which is accompanied by the replacement of the core, which is associated with certain difficulties. The considered method does not allow to obtain thick-walled billets without segregation of the alloy components over the cross section and height of the casting. Closest to the invention to the technical essence and the achieved result is a method of centrifugal casting, including the installation of the rod in the pouring of the metal into the mold, followed by its crystallization. As well as an installation for its implementation, containing a mold, coaxially located; a rod with gating channels, a pouring funnel and a drive rotation of the mold 3. A disadvantage of the known method and installation for its implementation is the low quality of castings, high cost and large liquation in the casting The aim of the invention is to improve the quality, reduce the cost and decrease segregation in the casting, as well as the formation of porous layers in the casting. The goal is achieved by the method of centrifugal casting, including the installation of the rod in the mold, the rotation of the mold and the rod and the pouring of the metal into the Mold, followed by its crystallization, the rotation of the mold and the rod in different directions, during the crystallization of the casting into the cavity the mold and the rod serves inert gas. As well as by the fact that the installation for centrifugal casting, containing a mold, coaxially located rod with gating channels, a pouring funnel and a rotational drive of the mold, which is additionally equipped with a rotational drive of the rod, made in the form of a central drive shaft. supply of inert gas into the cavity between the mold and the core. By varying the angular frequency of rotation of the rod and the shape (coaxial cylinders), it is possible to adjust the strength of the force centrifugal field and the intensity of the melt movement, ensuring the production of high-quality castings, dense, without segregation, with improved mechanical properties. Such technologies are especially effective in the manufacture of thick-walled castings from wide-interval alloys, which are little used in centrifugal casting. The presence of rotating in opposite directions to the mold and the rod provides intensive mixing of the melt in the mold during solidification, which makes the temperature uniform across the casting wall thickness, the total thermal conductivity of the alloy increases and the heat sink and solidification of the casting is accelerated. For more intensive mixing, an inert gas is fed from the annular cavity under the rod into the mold, which, passing through the melt, enhances the heat exchange. Owing to this, crystallization is carried out in the presence of a large amount of solid nuclei in the entire volume of the liquid melt, which is favored by the formation of a fine-grained structure with a round grain in the casting. At the same time, the gas forms a porous inner layer of the casting, which does not reduce the strength of the product, and reduces the consumption of metal. When the casting hardens, when the temperature gradient across the wall thickness is insignificant, minimal residual stresses are observed, so there are no cracks in the castings. The presence of a porous layer also contributes to the prevention of cracks. The position and width of the porous layer across the wall thickness can be changed by varying the speed of rotation of the mold and the rod. For the case when the angular frequency of rotation of the inner layer is W. and the radius of the layer rg, and for the outer one, respectively Wj and r and W.0 Wf, the boundary between the layers should be located at a distance z from the center of rotation of the inner 22 G + g BHH (the latter is true provided that the melt is in the liquid state). During solidification, this boundary shifts to the inner surface of the casting. The drawing shows the installation, general view. The installation consists of a filling funnel 1, a replaceable mold 2 and rods 3, in which the runner system, the drive system 4 and 5 during the rotation of the mold and the rod are completed. The drive shaft of the rod ends with a conical device 6 pfiR of centering and securing the rod and is provided with channels 7 (axial and radial) for supplying an inert gas. The form is set in the centrifugal mechanism 8. Between the form and the core there is an annular cavity that forms casting 9. In the process of making casting 9, mold 2 and rods 3 rotate in different directions at a technologically necessary speed, and inert gas flows through channels 7 into the cavity between the core and the mold. Due to the increased pressure of the gas and the centrifugal effect due to the rotation of the rod, the melt flows into the cavity (gap) under the rod. The gas in the form of bubbles is removed through the melt layer, thus forming a porous layer of casting. The installation works as follows. Through the funnel 1 and the gating system, the rotating mold 2 is filled with melt. In the process of pouring, the rod 3 rotates in the opposite direction with the technologically necessary speed. Due to the force interaction of the melt with the mold and the core, toroidal eddies arise in it, ensuring unaltered mixing of the melt throughout the layer thickness and height of the casting, which increases the total thermal conductivity of the alloy and contributes to accelerated solidification of the casting. Continuous mixing of the melt and accelerated its solidification prevent segregation in the casting.

Дл предотвращени попадани расплава в кольцевую полость между стержнем 3 и изложницей 2 в нее через осевой и радиальный каналы 7 подаетс под давлением инертный газ. Избыточный газ через слой расплава удал етс в виде пузырей, усилива его перемешивание и охлаждение. Одновременно газ способствует формированию пористого внутреннего сло отливки. По мере затвердевани расплава измен етс число и размеры тороидов , что обеспечивает изменение температурного пол отливки в благопри тном направлении , способствует выравниванию температур по сечению.To prevent the melt from entering the annular cavity between the core 3 and the mold 2, an inert gas is fed under pressure through the axial and radial channels 7. Excess gas through the melt layer is removed in the form of bubbles, enhancing its mixing and cooling. At the same time, the gas contributes to the formation of a porous inner layer of the casting. As the melt solidifies, the number and size of the toroids change, which allows the temperature of the casting to change in a favorable direction, and contributes to the equalization of temperatures over the cross section.

П р и .м е р. На лабораторной центробежной установке с вертикальной осью вращени не удавалось получить из моделирующих со-, ставбз отливки с цилиндрической внутренней полостью даже при угловой частоте вращени 100-120 1/с. На установке, изготовленной согласно предлагаемому способу цилиндрическую полость в отливке D d I, равном 76 35 100 мм, удалось получить при W 62,8 1/с И Wg 62,8 1/с. На прозрачных моделирующих жидкост х и таких же формах было обнаружено интенсивное перемешивание жидкостей по толщине сло . В отливке из парафина пористый слой находилс на pftcсто нии 22-24 мм от центра отливки или на рассто нии 4,5-6;5 мм от внутренней поверхности отливки. Таким образом в услови х замедленной кристаллизации (затвердевал парафин ) при W формы --W стержн , численно равных 62,8 1/с в затвердевающем слое образуетс в определенном месте пористый слой. Его расположение мен етс в за- . висимости от угловой частоты вращени формы и стержн . Наблюдаемые влени согла619206PRI m. In a laboratory centrifugal unit with a vertical axis of rotation, it was not possible to obtain castings with a cylindrical internal cavity simulating co-stabilization, even at an angular frequency of rotation of 100-120 1 / s. On the installation, manufactured according to the proposed method, a cylindrical cavity in the casting D d I, equal to 76 35 100 mm, was obtained with W 62.8 1 / s and Wg 62.8 1 / s. On transparent modeling liquids and the same forms, intense mixing of liquids over the layer thickness was detected. In the paraffin casting, the porous layer was located at a pft distance of 22-24 mm from the center of the casting or at a distance of 4.5-6; 5 mm from the inner surface of the casting. Thus, under conditions of delayed crystallization (paraffin hardened) with a W shape of a –W rod, numerically equal to 62.8 1 / s, a porous layer forms in a certain place in the hardening layer. Its location varies in za-. depending on the angular frequency of rotation of the form and the rod. Observed events according 619206

,суютс с общими положени ми гндро щнамнки .They are in common with the general positions of the bridge.

В насто щее врем заканчиваетс изготовление промышленной установки средней мощ5 ностн и проектируетс машина дл производства крупных отливок (с внешним диаметром более 1500 мм).The manufacture of an industrial plant of average power is currently being completed and a machine is being designed for the production of large-scale castings (with an external diameter of more than 1500 mm).

В качестве базового объекта рассмотрен способ центробежного лить и машина с вертикальной осью вращени , его реализующа . При получении полых отливок на таких установках внутренн поверхность их соответствует параболоиду вращени . В результате по высоте отливки мен етс толщина стенки. В зависимости от угловой частоты вращени эта разница толщины стенки внизу и вверху отливки мен етс . В последующем при механической обработке полученную конусность надо устранить, что делаетс за счет срезани на станках значительного количества металла. Предлагаемый способ дает возможность получить цилиндрическую внутреннюю полость. За счет этого экономитс 5-10% металла и умень-.. шаетс объем механической обработки.The centrifugal casting method and the machine with a vertical axis of rotation, which implements it, are considered as the base object. Upon receipt of hollow castings on such installations, their internal surface corresponds to a paraboloid of rotation. As a result, the wall thickness varies with the height of the casting. Depending on the angular frequency of rotation, this difference in wall thickness at the bottom and top of the casting varies. In subsequent machining, the resulting taper must be eliminated, which is done by cutting a large amount of metal on the machines. The proposed method makes it possible to obtain a cylindrical internal cavity. This saves 5-10% of the metal and reduces the amount of machining.

Например, дл бандажа наружным диаметром 400 мм, толщиной 150 мм и высотой 600 мм при угловой частоте вращени формы 41,8 1/с (400 об/мин) зкономи металла составл ет 5%, а при увеличешп высоты тото же бандажа до 1000 мм экономи металла увеличиваетс до 7,3%.For example, for a bandage with an outer diameter of 400 mm, a thickness of 150 mm and a height of 600 mm with an angular frequency of rotation of the form 41.8 1 / s (400 rpm), the economy of metal is 5%, and with an increase in height of the same bandage up to 1000 mm metal savings increased to 7.3%.

Уменьшение толщины стенки н продувка расплава газом ускор ют охлаждение и обеспечивают примерно на 7% сокращение общего цикла изготовлени otливки, что позвол ет увеличить производительность машины на 5%.Reducing the wall thickness and blowing the melt with gas accelerates cooling and provides about a 7% reduction in the overall production cycle of the casting, which allows the machine to increase productivity by 5%.

Маль{е угловые частоты вращени стержн и формы (они уменьшаютс в 1,5-2,5 раза) обеспечат более экономные режимы эксплуатации машины, -возрастет их долговечность, уменьшатс peMOHTHbje расходы, сократитс .потребность в электроэнергии.Fewer angular rotational frequencies of the rod and shape (they are reduced by 1.5-2.5 times) will provide more economical modes of operation of the machine, their durability will increase, peMOHTHbje costs will decrease, electricity demand will be reduced.

Claims

METHOD FOR CENTRIFUGAL CASTING AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION. 1. The method of centrifugal casting, including the installation of the core in the mold, the rotation of the mold and the rod and pouring metal into the mold with its subsequent crystallization, characterized in that, in order to improve quality, reduce costs, reduce segregation in the casting and the formation of porous layers in the casting, the rotation of the mold and the rod is carried out in different directions, and during the crystallization period of the casting, an inert gas is supplied between the mold and the rod into the cavity.

at ·

2. Installation for implementing the method of centrifugal casting according to π · 1, containing a mold, a coaxially located rod with gating channels, a casting funnel and a mold rotation drive, characterized in that, in order to improve the quality of castings, reduce costs,. to reduce segregation and the formation of porous layers in the casting, it is additionally equipped with a rod rotation drive, made in the form of a central drive shaft, in which axial and radial channels for supplying inert gas into the cavity between the mold and the rod are made.