Спосіб виготовлення чавунного кокіля
Винахід відноситься до ливарного виробництва. За заданою моделлю кокіля формують порожнину у формі з вогнетривкого матеріалу. Встановлюють у ній вставку, наприклад, з алюмінію. Жорстко фіксують вставку штирями для підвищення її стійкості та запобігання спливанню. У порожнину форми заливають рідкий чавун плоским струменем з температурою чавуну 1240-1260 o З зі швидкістю підйому чавуну у формі 18-22 мм/с. Це забезпечує рівномірний розігрів вставки. На межі взаємодії чавуну та вставки при її розплавленні формується зона рівномірної товщини з дрібнозернистою структурою металу. Кокіль, що виготовляється, має високу точність конфігурації і високу якість литої робочої порожнини. 3 іл.
Винахід відноситься до ливарного виробництва і може бути використане при виготовленні одномісних і багатомісних чавунних кокілів, наприклад, кокілів для виготовлення тіл, що мелють.
Відомий спосіб виготовлення кокіля литтям, що включає формування порожнини ливарної форми для виливки кокіля з піщано-глинистої суміші, встановлення у форму одного або декількох піщаних стрижнів, заливання форми металом і подальше вилучення з форми затверділої виливки кокіля і стрижнів [див., наприклад, Кокільне . Дубінін Н.П., Бєліков О.А., В'язов А.Ф. та ін - М.: Машинобудування, 1967, с.262-263].
Недоліком зазначеного способу є низька точність конфігурації і невисока якість робочої порожнини кокіля, що виготовляється, в результаті використання недостатньо міцного піщаного стрижня зі значною шорсткістю поверхні, а також через низьку теплопровідність матеріалу стрижня, що перешкоджає утворенню в робочій стінці кокіляної щільності. Все це призводить до додаткової механічної обробки кокіля,що значно знижує експлуатаційну стійкість останнього.
Найбільш близьким аналогом до заявляється об'єкту є спосіб виготовлення чавунного кокіля, що включає формування порожнини ливарної форми з вогнетривкого матеріалу за заданою моделлю кокіля, установку в неї вставки, що розплавляється, периферійну заливку в порожнину ливарної форми рідкого чавуну, подальше видалення з форми металу розплавляє чавунного кокіля. При цьому периферійну заливку рідкого чавуну здійснювали вертикально з невеликим нахилом струменя 2-3 o і температурою чавуну 1300-1320 o [див. статтю Вдовіна К.М., Кожем'якіна С.П., Воронцова А.В. Виготовлення виливків з вставками, що розплавляються, ж. "Ливарне виробництво", 1996, 6, с. 10].
Недоліком відомого способу є неможливість виготовлення чавунного кокіля з точною конфігурацією та високою якістю робочої поверхні внаслідок зміщення алюмінієвої вставки при складанні ливарної форми та можливості спливання при струменевій заливці у форму рідкого чавуну. Все це призводить до деформації скоринки, що кристалізується, розплаву чавуну в зоні його контакту з матеріалом вставки і утворення різнотовщинної зони з дрібнозернистою структурою в поверхневому шарі робочої стінки кокіля, що виготовляється, а також до спотворення профілю його внутрішньої порожнини. Крім того, на межі контакту легкоплавкого матеріалу з розплавом чавуну, що має t=1300-1320 o С, в результаті протікання екзотермічної реакції хімічної взаємодії металів відбувається різке підвищення температури, що призводить до передчасного оплавлення вставки, а отже, і спотворення конфігурації робочої поверхні кокіля, що виготовляється.
В основу винаходу поставлено завдання розробити такий спосіб виготовлення чавунногококіля, який забезпечив би отримання високоточної та якісної литої робочої порожнини кокіля шляхом формування в поверхневому шарі робочої стінки кокіля, що виготовляється, протяжної зони рівномірної товщини з дрібнозернистою структурою металу.
Поставлене завдання вирішується тим, що у відомому способі виготовлення чавунного кокіля, що включає формування порожнини ливарної форми з вогнетривкого матеріалу по заданій моделі кокіля, установку в неї вставки, що розплавляється, периферійну заливку в порожнину ливарної форми рідкого чавуну, подальше видалення з форми металу розплавляє виливки чавунного кокіля, згідно винаходу при встановленні розплавлювану вставку жорстко фіксують у порожнині ливарної форми, а периферійну заливку рідкого чавуну здійснюють плоским струменем з температурою чавуну 1240-1260 o З зі швидкістю його підйому у формі 18-22 мм/с.
Відома жорстка фіксація піщаного стрижня в порожнині ливарної форми при виготовленні виливків із внутрішніми порожнинами. Жорстка фіксація варта забезпечення стійкості стрижня [див., наприклад, Титов Н.Д., Степанов Ю. І. Технологія ливарного виробництва. - М: Машинобудування, 1985, с.169-170] .
У способі, що заявляється, операція жорсткої фіксації вставки в порожнини ливарної форми також призначена для підвищення стійкості вставки від зміщення її щодо заданого положення в процесі виготовлення чавунного кокіля.
Однак поряд з відомим технічним властивістю заявляється ознака виявляє нову технічну властивість, що полягає в забезпеченні постійного і рівномірного тиску розплаву вставки на чавунну скоринку, що формується за її контуром, що призводить до утворення суворо фіксованої цілісної бездефектної зони з дрібнозернистою структурою чавуну вробочої стінки кокіля, що виготовляється.
Відома заливка металу в порожнину форми плоским струменем [див. Кокильне лиття. Дубінін Н. П., Бєліков О.А., В'язов А.Ф. та ін - М.: Машинобудування, 1967, с.114].
Як відомо, так і в заявляється способі ця операція призначена для плавного заповнення форми металом.
Крім того, заявляється способу зазначена операція призначена для створення нового технічного результату, а саме, зміщення зони високих температур рідкого чавуну від легкоплавкої вставки до периферії порожнини ливарної форми, що дозволяє запобігти передчасному нагріванню і розплавленню вставки до моменту контакту її поверхні з рідким чавуном.
Відмітні ознаки, що характеризують температурний та швидкісний режим заливання чавуну в порожнину ливарної форми, у відомих технічних рішеннях не виявлено.
На підставі вищевикладеного можна зробити висновок, що для фахівця заявляється спосіб виготовлення чавунного кокіля не випливає явно з відомого рівня техніки, а, отже, відповідає умові патентоспроможності "винахідницький рівень".
Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображено загальний вигляд ливарної форми в зібраному вигляді перед заливкою чавуну, в розрізі; на фіг.2 - те ж на стадії заливання чавуну; на фіг.3 - те ж перед видаленням затверділої виливки багатомісного чавунного кокіля.
Заявляється спосіб виготовлення чавунного кокіля реалізується в ливарній формі, яка складається з двох роз'ємних у вертикальній площині напівформ 1 і 2 (фіг.1-3), виконаних відповідно в опоках 3 і 4, заповнених вогнетривким матеріалом, наприклад піщано-глинистої сумішшю. Напівформи 1 і 2 у зібраному вигляді утворюють замкнуту порожнину 5 (фіг.1), виконану по заданій моделікокіля, що виготовляється. При цьому у верхній частині напівформи 1 сформована будь-яким відомим способом литниковая система, що складається зі зміщеного в бік периферійної стінки порожнини 5 стояка 6 з лійкою 7, а в нижній її частині сформована знакова частина 8, призначена для розміщення в порожнині 5 ливарної форми вставки розплавляється 9 У напівформі 2 (фіг.1) в рівні нижньої межі знакової частини 8 виконаний похилий канал 10 з пробкою 11 з тугоплавкого металу, призначений для випуску самопливом з порожнини 5 ливарної форми металу вставки 9, що розплавляється.
Розплавлювана вставка 9 виконана з легкоплавкого матеріалу, наприклад алюмінію, і має фіксуючі елементи 12 (фіг.1) будь-якої відомої форми, наприклад штирі, які призначені для посилення стійкості і забезпечення жорсткої фіксації вставки розплавляється 9 при встановленні її в ливарну форму. Залежно від призначення чавунного кокіля, що виготовляється, розплавляється вставка 9 може бути виконана у вигляді нерозгалуженого стрижня або у вигляді стрижня, пов'язаного з будь-якою кількістю парних симетричних елементів, що мають форму виливків кокіля, наприклад куль або циліндрів. На фіг.2 позицією 13 позначена плоский струмінь чавуну, що подається в порожнину 5 ливарної форми, а на фіг.2 і 3 позицією 14 позначена зона з дрібнозернистою структурою чавуну у виливку чавунного кокіля, що виготовляється.
Спосіб виготовлення чавунного кокіля здійснюється в такий спосіб.
Спочатку формують порожнину 5 (фіг. 1, 2) ливарної форми з литниковой системою з вогнетривкого матеріалу, наприклад піщано-глинистої суміші, відповідно до заданої роз'ємної моделі кокіля за будь-якою відомою технологією [див., наприклад, Титов Н.Д., Степанов Ю.І. Технологія ливарного виробництва. - М: Машинобудування, 1985, с.94-95]. Упорожнини 5 ливарної форми розплавлювану вставку 9 (фіг.1), виконану з алюмінію формою внутрішньої робочої порожнини кокіля, що виготовляється, встановлюють з жорсткою фіксацією. Для цього спочатку розплавлювану вставку 9 за допомогою фіксуючих елементів, наприклад штирів 12, жорстко фіксують у тілі напівформи 2, а потім її нижню частину фіксують шляхом розміщення у знаковій частині напівформи 8 8. Напівформи 1 і 2 жорстко з'єднують між собою і зібрану таким чином ливарну форму встановлюють площиною роз'єму вертикальне положення. Виконання операції жорсткої фіксації вставки розплавляється 9 сприяє підвищенню її стійкості в порожнині 5 ливарної форми як під час складання останньої, так і при подальшій заливці у форму рідкого чавуну, а також виключає можливість спливання вставки 9 з-за різниці щільностей рідкого чавуну і матеріалу вставки. Потім через вирву 7 (фіг.2) і стояк 6 по периферійній стороні порожнини 5 здійснюють заливання в форму ливарну рідкого чавуну. Периферійну заливку рідкого чавуну ведуть плоским струменем 13 з температурою чавуну 1240-1260 o З зі швидкістю підйому чавуну у формі 18-22 мм/с. При цьому плоский струмінь 13 рідкого чавуну формують за допомогою відповідного перерізу стояка 6, наприклад, перерізу у вигляді трапеції.
В результаті цього відбувається рівномірний розігрів і розплавлення металу 9 вставки з одночасним формуванням на межі взаємодії гарячого чавуну з холодною поверхнею вставки 9 зони рівномірної товщини з дрібнозернистою структурою металу.
Це забезпечується тим, що заливка рідкого чавуну плоским струменем 13 в порожнину 5 (фіг.2) ливарної форми дозволяє змістити зону високих температур рідкого чавуну від вставки, що розплавляється, до периферії порожнини 5, запобігаючи тим самим передчасне нагрівання ірозплавлення вставки 9 до контакту поверхні останньої з рідким чавуном. Крім того, жорстка фіксація розплавлюваної вставки 9 забезпечує сталість тиску в об'ємі вже розплавленої нижньої частини вставки 9, що знаходиться в замкнутому просторі між стінкою напівформи 2, ще твердою верхньою частиною вставки 9 і скоринкою, що формується на контакті вставки 9 з рідким чавуном, в результаті чого запобігається коливання тиску розплаву вставки 9 на чавунну скоринку, що утворюється, а отже, виключається механічне руйнування останньої. Таким чином, в заявляється способі створюються умови для формування контуру вставки 9 протяжної зони 14 (фіг.2, 3) з дрібнозернистою структурою чавуну, що має рівномірну товщину, що дозволяє отримувати внутрішню робочу порожнину кокіля, що виготовляється з високою точністю конфігурації і високоякісної поверхнею.
Заливка рідкого чавуну з температурою 1240-1260 o З порожнину 5 ливарної форми забезпечує на межі його контакту з холодною вставкою 9 швидке зняття теплоти перегріву розплаву чавуну, що дозволяє вже на першому етапі кристалізації по контуру вставки 9 створити міцну чавунну скоринку, що витримує з боку розплаву вставки 9, так і з боку рідкого чавуну, і одночасно з цим сформувати в робочій стінці кокіля, що виготовляється, зону 14 з дрібнозернистою структурою чавуну рівномірної товщини.
Швидкість підйому чавуну в ливарній формі, рівна 18-22 мм/с, сприяє випереджаючому формуванню міцної чавунної скоринки, що оконтурює, на межі контакту "рідкий чавун - вставка" до моменту повного розплавлення вставки 9 і одночасного утворення зони рівномірної товщини з дрібнозернистою структурою стінки кокіля, що забезпечуєвисоку точність конфігурації та якість поверхні кокіля, що виготовляється.
Здійснювати заливку чавуну з температурою нижче 1240 o З недоцільно, так як недостатній перегрів металу над температурою ліквідус призведе до швидкої втрати чавуном рідинної плинності, а отже, до неякісного формозаповнення.
Здійснювати заливку чавуну з температурою вище 1260 o З також недоцільно через передчасне розплавлення вставки до моменту утворення міцної чавунної скоринки за її контуром, що призведе до порушення конфігурації робочої порожнини та зниження якості.
Здійснювати заливку чавуну зі швидкістю підйому його у формі нижче 18 мм/с і вище 22 мм/с недоцільно, тому що в першому випадку відбудеться передчасне оплавлення вставки, а в другому - розмив її поверхні рідким чавуном. Все це призведе до спотворення конфігурації робочої порожнини кокіля, що виготовляється, і зниження якості його поверхні.
Через 2-4 хвилини після заливання рідкого чавуну з порожнини 5 ливарної форми видаляють метал вставки 9 (фіг.3) самопливом через похилий канал 10. Потім охолоджену виливок чавунного кокіля вибивають з форми і відокремлюють від неї литникову систему. Виготовлений за способом, що заявляється, чавунний кокіль не вимагає додаткової механічної обробки. Матеріал стрижня, що розплавляється, може бути використаний багаторазово, причому втрати його в процесі виливки кокіля незначні і становлять близько 2%.
Таким чином, спосіб виготовлення кокіля, що заявляється, є маловідходним і ресурсозберігаючим, дозволяє отримати кокіль з високою точністю конфігурації і якістю внутрішньої литої робочої порожнини.
Спосіб виготовлення чавунного кокіля, що включає формування порожнини ливарної форми з вогнетривкогоматеріалу за заданою моделлю кокіля, установку в ній розплавлюваної вставки, периферійну заливку в порожнину ливарної форми рідкого чавуну, подальше видалення з форми металу вставки, що розплавляється, і затверділої виливки чавунного кокіля, який відрізняється тим, що при встановленні розплавлюваної вставки жорстко фіксують в периферійне заливання рідкого чавуну здійснюють плоским струменем з температурою чавуну 1240-1260 o З зі швидкістю його підйому у формі 18-22 мм/с.