литейная многоместная керамическая форма

Формула изобретения

ЛИТЕЙНАЯ МНОГОМЕСТНАЯ КЕРАМИЧЕСКАЯ ФОРМА преимущественно для получения корпусных отливок из нержавеющих сплавов, содержащая керамический блок с полостями для отливок, расположенных ярусами друг над другом, и полостями литниково-питающей системы, включающей литниковую воронку, прибыль и питатели, при этом в литниковой воронке размещен керамический вкладыш, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества отливок и их физико-механических свойств за счет увеличения жидкотекучести стали и снижения пленкообразования, она снабжена вставкой-модификатором из керамической пористой смеси, установленной в полости прибыли под дном керамического вкладыша, выполненного в виде стакана с фланцем, обращенного дном вниз, при этом внутренняя поверхность дна керамического вкладыша выполнена вогнутой, а на его боковых стенках выполнены симметричные проемы, суммарное сечение которых составляет 1,3 - 1,7 суммарного сечения питателей, причем питатели каждого яруса отливок смещены относительно друг друга на 40 - 45^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению корпусных отливок из нержавеющих сталей, получаемых преимущественно методом точного литья по выплавляемым моделям, и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности, связанных с литьем.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является литейная многоместная керамическая форма, содержащая керамический блок с полостями для отливок, расположенных ярусами друг над другом, литниково-питающую систему, включающую литниковую воронку, прибыль и питатели, при этом в литниковой воронке размещен керамический вкладыш.

Однако указанная литейная многоместная форма предназначена для отливки мелких деталей из обычных углеродистых сталей. Литниковая система прототипа не обеспечивает повышения качества и надежности отливок из нержавеющих сталей.

Цель изобретения - повышение качества корпусных отливок и их физико-механических свойств из нержавеющих сталей за счет увеличения жидкотекучести стали и снижения пленообразования.

Это достигается тем, что литейная многоместная керамическая форма снабжена вставкой модификатором из керамической пористой смеси, установленной в полости прибыли под дном керамического вкладыша, выполненного в виде стакана с фланцем, обращенного дном вниз, при этом внутренняя поверхность дна керамического вкладыша выполнена вогнутой, а на его боковых стенках выполнены симметричные проемы, суммарное сечение которых 1,3...1,7 суммарного сечения питателей, причем питатели каждого яруса отливок смещены относительно друг друга на 40...45^о.

Указанные признаки соответствуют критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема литейной формы; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1.

Литейная форма состоит из керамического блока 1 с полостями для отливок 8, расположенных ярусами друг над другом, литниково-питающей системы, включающей литниковую воронку 2, прибыль 5 и питатели 7.

В полости литниковой воронки 2 размещен керамический вкладыш 3, расположенный симметрично керамическому блоку 1 и выполненный в виде стакана с фланцем, обращенным дном вниз, при этом внутренняя поверхность дна керамического вкладыша 3 выполнена вогнутой, а на его боковых стенках выполнены симметричные проемы 4.

Под дном вкладыша 3 расположена полость прибыльной части 5, оформленной в виде диска, по периметру диска расположены выступы, совмещенные с осями питателей 7 (фиг.3,4).

В полости прибыльной части 5 под дном керамического вкладыша 3 установлена вставка-модификатор из керамической пористой смеси. Полость прибыльной части 5 сопряжена с питателями 7, установленными на фланце отливки 8 (фиг.4).

Керамический блок 1 устанавливается в опоку 9 и засыпается наполнителем 10. Технологическая цепочка литейной многоместной керамической формы строится в следующей последовательности. Вначале изготавливают восковые модели отливок 8, которые выполнены совместно с питателями 7, а также изготавливают литниковую воронку 2 и прибыльную часть 5. Затем производят стопочную вертикальную сборку элементов формы. Модельный блок может состоять из трех или четырех отливок.

При сборке блока моделей должно соблюдаться одно непременное условие, при котором с целью рассредоточения тепловых узлов и снижения величин остаточных напряжений, питатели каждого яруса отливок смещены относительно друг друга на 40...45^о.

Известно, что в зоне питателей происходит наибольший разогрев отливки, что способствует образованию в этих зонах тепловых узлов и наличия максимальных остаточных напряжений в отливках после охлаждения, что является причиной снижения надежности и прочности отливок.

Например, при расположении питателей на одной оси по всей высоте блока образуется единый столб жидкого расплава, происходит местный локальный разогрев отливок в этой зоне. Из-за неравномерного охлаждения различных частей отливки и наличия больших остаточных напряжений происходит образование горячих трещин. Например, на фланце 7 расположены отверстия, наименьшая толщина стенки в их зоне 5 мм, именно в этой тонкой перемычке при охлаждении образуются микротрещины.

При смещении питателей отливки относительно соседней в ярусе блока на 40. . . 45^о происходит рассредоточение тепловых узлов, снижаются внутренние напряжения в отливках, в результате чего указанные дефекты устраняются, при охлаждении блока в отливках формируется более равновесная структура, микротрещины в отливках устраняются, поэтому указанные признаки при сборке блоков являются обязательными и в то же время оптимальными.

После сборки блока на поверхность восковых моделей наносят 5-6 слоев огнеупорного покрытия, сушат при комнатной температуре в течение 24 ч, а затем производят вытопку модельной массы в среде горячей воды при 90... 95^оС. Вытопленные блоки выдерживают в помещении цеха при 18...20^оС в течение 24 ч.

После сушки керамических блоков в полость прибыльной части 5 устанавливают вставку-модификатор 6, которую приклеивают термостойким клеем к донной части прибыльной части 5. Затем в полость литниковой чаши 2 устанавливают керамический вкладыш 3, который фланцем опирается на уступ литниковой чаши 2, а донной частью - на верхнюю поверхность вставки-модификатора 6. Собранный блок устанавливают в опоку 9, засыпают наполнителем 10 и направляют в прокалочную печь на обжиг форм при 800...850^оС в течение 3...4 ч. После обжига формы подаются на участок заливки, отливка деталей производится из специальной нержавеющей стали 12Х18Н9ТЛ, ГОСТ 977-88. Заполнение формы расплавом стали происходит следующим образом.

Металл из ковша вначале заполняет полость литниковой воронки 2 и керамического вкладыша 3. Затем через симметричные проемы 7, выполненные на боковых стенках вкладыша 3, заполняют полость прибыли 5 и отливки 8.

Известно, что при плавке нержавеющих сталей на поверхности расплава образуется плотная окисная пленка, в результате чего происходит засорение сплава пленами, при этом снижается жидкотекучесть этих сплавов при заполнении форм, возрастает брак отливок по пленам и недоливам.

При данной схеме заливки плотная пленка металла образуется на поверхности литниковой воронки 2, а наиболее очищенный металл поступает в полость формы через нижние проемы 4 вкладыша 3. Предлагаемая схема литниковой системы предусматривает принцип заливки из чайникового ковша, когда более очищенный металл попадает в полость формы из нижней части заливочного ковша. При перетекании металла из литниковой воронки в полость прибыльной части 5 металл попадает в восстановительную среду, так как в полости прибыльной части установлена вставка-модификатор, содержащая в составе газотворный элемент, например, в виде порошка каменного угля, который при прокалке форм выгорает, при этом создает в полости формы восстановительную среду и препятствует окислению расплава и образованию плен, в результате чего возрастает жидкотекучесть нержавеющих сталей.

По данным исследований наиболее эффективным средством борьбы с пленами в отливках из нержавеющих сталей является восстановительная среда. Таким образом, наличие в литейной форме вкладыша с проемами и восстановительной среды позволяет получать отливки из нержавеющих сталей высокого качества при стопочном расположении отливок в блоке литейной формы. Следует также отметить, что большое влияние на качество отливок при стопочном расположении отливок в блоке оказывает суммарное сечение проемов вкладыша 4 и питателей отливки 7. Для надежного питания отливок суммарное сечение проемов вкладыша должно составлять 1,3...1,7 суммарного сечения питателей отливок.

Если это отношение меньше 1,3, то в местах подвода питателей происходит перегрев отливок за счет увеличения проходного сечения проемов вкладыша, в результате чего возникают значительные тепловые узлы. Увеличение этого значения более 1,7 приводит к уменьшению проходного сечения проемов вкладыша, что приводит к ухудшению питания и качества, поэтому приведенные значения элементов питателей следует считать оптимальными.

Таким образом, наличие проемов во вкладыше 3 и создание восстановительной среды в полости прибыльной части 5 обеспечивает глубокую очистку расплава и препятствует образованию плотных окисных плен в расплавах из нержавеющих сталей, в результате чего увеличивается жидкотекучесть сталей при заполнении блока формы отливок.

Внедрение в производство литейной многоместной керамической формы снижает брак отливок из нержавеющих сталей по пленам на 15...17%, повышает качество отливок и их физико-механические свойства, сокращает расход дорогостоящего материала на 20...22%.