RU2051005C1

RU2051005C1 - Method and device for manufacturing castings

Info

Publication number: RU2051005C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Малышев
Original assignee: Владимир Иванович Малышев
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1995-12-27

Abstract

FIELD: foundry engineering. SUBSTANCE: device has furnaces, bath, telescopic draw spike with a drive, units for low pressure-die casting and vacuum suction. EFFECT: enhanced efficiency. 12 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления отливок, преимущественно из цветных сплавов. The invention relates to foundry and can be used for the manufacture of castings, mainly from non-ferrous alloys.

Цель изобретения повышение производительности. The purpose of the invention is improving productivity.

Способ заключается в следующем. The method is as follows.

Отливки сложной формы получают с помощью стержней, сделанных из более легкоплавкого сплава, чем сплав отливки, по выплавляемой или выжигаемой модели форму изготовляют литьем в тигле, после кристаллизации формы (холодильником) модель выплавляют нагревателем, в полученную полость заливают металл отливки, при образовании корки отливки форму расплавляют, подбором соотношения толщин отливки и формы, а также температуры и теплоты кристаллизации плавящихся материалов модели и формы, применения вакуума с литьем под низким давлением и водоохлаждения осуществляют непрерывный процесс двойного литья. Для термической защиты поверхностей модели и формы от завышенной температуры заливаемого металла отливки их покрывают жидкими составами, с содержанием порошков веществ (графита, сульфида молибдена и др.) или без них, образующими разделительную пленку. Модели и формы изготовляют с ячеистой структурой путем примешивания к материалу, находящемуся в жидкой фазе, порообразующих средств (например, гидриды Ti, Zr, Ba, Li) в количестве до 10 мас. дегазацию металла отливки одновременно проводят снижением давления в форме и печи, с этим связана и очистка от окислов (рафинирование), после выдержки времени заливку сплава осуществляют литьем под низким давлением. Complex castings are obtained using rods made of a more fusible alloy than the casting alloy, according to the lost or smelted model, the mold is made by casting in a crucible, after the mold is crystallized (by a refrigerator), the model is melted with a heater, the cast metal is poured into the cavity, and the casting crust is formed the mold is melted by selecting the ratio of the thickness of the casting and the mold, as well as the temperature and heat of crystallization of the melting materials of the model and mold, applying vacuum with low pressure casting and water cooling Waits carry out a continuous double casting process. For thermal protection of the surfaces of the model and mold from the inflated temperature of the cast metal, the castings are coated with liquid compositions containing or without powders of substances (graphite, molybdenum sulfide, etc.) forming a separation film. Models and shapes are made with a cellular structure by mixing pore-forming agents (for example, Ti, Zr, Ba, Li hydrides) into a material in the liquid phase in an amount of up to 10 wt. metal degassing of the casting is simultaneously carried out by lowering the pressure in the mold and furnace, and cleaning from oxides (refining) is also associated with this, after holding the time, the alloy is cast under low pressure.

На фиг.1 изображена предлагаемая установка, вертикальный разрез; на фиг. 2 то же, с опрокидывающимся тиглем. Figure 1 shows the proposed installation, a vertical section; in FIG. 2 the same with a tipping crucible.

Установка содержит колонну 1, печь 2, тигель 3, телескопический подъемник 4 с приводом 5, печь 6 с теплоизоляцией 7. The installation comprises a column 1, furnace 2, crucible 3, telescopic elevator 4 with drive 5, furnace 6 with thermal insulation 7.

Печь 2 представляет собой навесной агрегат, состоящий из ванны 8 плавки и хранения жидкой фазы материала формы с электронагревателем 9. Основным узлом является тигель 3, являющийся промежуточной емкостью и предназначенный для формовки и литья, снабженный для ускорения кристаллизации формы и через форму отливки окружным водопроводом 10, для плавки модели и формы электронагревателем 11. Тигель закрывается крышкой 12, под ней в плите 13 размещены держатель 14 литника; каналы гибких трубопроводов, вакуума и сжатого воздуха (не показаны). Гидравлический (или пневматический) цилиндр 15 осуществляет закрытие и открытие крышки 12. The furnace 2 is a mounted unit consisting of a bath 8 for melting and storing the liquid phase of the mold material with an electric heater 9. The main unit is a crucible 3, which is an intermediate tank and designed for molding and casting, equipped to accelerate crystallization of the mold and through the casting mold by the district water supply 10 , for melting the model and form by the electric heater 11. The crucible is closed by a cover 12, under it in the plate 13 are placed the gate holder 14; ducts of flexible pipelines, vacuum and compressed air (not shown). The hydraulic (or pneumatic) cylinder 15 closes and opens the cover 12.

В ванне 8 смонтировано устройство для осуществления формовки литьем под низким давлением, состоящее из металлоподъемных трубок или трубы 16, опущенной почти до дна ванны, примыкающей (не до верха) к стенке тигля 3, кран 17 в сливной трубе 18 открывает выход расплаву формы в ванну и закрывает выход воздуха из ванны при литье под низким давлением. In the bath 8, a device for low-pressure injection molding is mounted, consisting of metal-lifting tubes or pipe 16, lowered almost to the bottom of the bath, adjacent (not to the top) to the wall of the crucible 3, the valve 17 in the drain pipe 18 opens the exit to the molten mold in the bath and closes the air outlet from the bath when casting under low pressure.

Для удаления модельной массы предусмотрен трубопровод 19. To remove the model mass, a pipeline 19 is provided.

Машина работает следующим образом. The machine operates as follows.

Выплавка модели и заливка формы осуществляется с помощью трубы 18, выполненной в ванне 8. В начале трубы встроено сопло (не показано), в конце трубы под печью закреплена соединительная муфта 20, с помощью которой труба 18 соединяется с подъемной трубой (не показана) печи 6. Герметичность муфты обеспечивается уплотнительным манжетом 21. Стояк блока моделей помещается в сопла трубы 18. Smelting the model and pouring the mold is carried out using a pipe 18, made in the bath 8. At the beginning of the pipe, a nozzle (not shown) is built in, at the end of the pipe a coupling 20 is fixed under the furnace, by which the pipe 18 is connected to a lift pipe (not shown) of the furnace 6. The tightness of the coupling is provided by the sealing sleeve 21. The riser of the model block is placed in the nozzle of the pipe 18.

При формовке с опрокидыванием тигля (фиг.2) труба удаления модельного расплава, она же труба заливки формы металлом отливки (не показано), выполнена в плите 13, проходит через крышку 12 и снабжена соединительной муфтой 20, с помощью которой приемная труба соединяется с подъемной трубой печи 6. При этом литник отливки в держателе 14, входящем в плиту, имеет цанговое крепление. Привод 5 осуществляет поворот кронштейна 22 с тиглем вокруг оси телескопического подъемника 4. Таким образом установка обеспечивает полярно-координатное движение печи 2. Замер температур формы и отливки осуществляется с помощью термопар 23. When molding with tipping of the crucible (Fig. 2), the model melt removal pipe, which is also the mold casting pipe of casting metal (not shown), is made in the plate 13, passes through the cover 12 and is equipped with a coupling 20, with which the receiving pipe is connected to the lifting the furnace pipe 6. In this case, the casting gate in the holder 14, which is included in the plate, has a collet mount. The drive 5 rotates the bracket 22 with the crucible around the axis of the telescopic elevator 4. Thus, the installation provides the polar coordinate movement of the furnace 2. Measurement of the temperature of the mold and casting is carried out using thermocouples 23.

Способ двойного литья координатной машины выполняется следующим образом. В исходное положение печь 2 устанавливается между началом и концом ленточных транспортеров (не показаны) один с моделями другой с отливками. Перед циклом в держатель 14 крышки 12 вставляют и закрепляют литник модели. После закрытия крышки приводом 5 устанавливают печь 2 на место выплавки модели над трубопроводом 19 (фиг.2). The double casting method of the coordinate machine is as follows. In the initial position, the furnace 2 is installed between the beginning and end of the conveyor belts (not shown), one with models of the other with castings. Before the cycle, the model gate is inserted and fixed into the holder 14 of the cover 12. After closing the lid with the drive 5, the furnace 2 is installed in the place of smelting of the model above the pipeline 19 (figure 2).

Процесс формовки литьем выполняют следующим образом. Полость образованная моделью отливки в емкости 3 тигля, заполняется расплавом из ванны 8 через подъемные трубки или трубу 16. Затекание металла в полость может без ограничений регулироваться путем выбора давления газа и сечения литника. Необходимое давление газа зависит от толщины отливки-формы и разницы уровней между зеркалом ванны металла и высотой тигля. При специальной установке трубы сплав поступает в полость тигля с образованием пены и выдавливает воздух из тигля через вентиляционные отверстия. После завершения заполнения тигля давление удерживается до тех пор, пока начавшееся в нижней части затвердевание не достигнет крышки 12. Затем воздух из ванны 8 выпускается, и сплав, находящийся в подъемной трубе, стекает в ванну. The molding process is carried out as follows. The cavity formed by the casting model in the vessel 3 of the crucible is filled with the melt from the bath 8 through the lifting tubes or pipe 16. The flow of metal into the cavity can be controlled without restrictions by selecting the gas pressure and the cross section of the gate. The required gas pressure depends on the thickness of the cast-mold and the difference in levels between the metal bath mirror and the height of the crucible. With a special installation of the pipe, the alloy enters the cavity of the crucible with the formation of foam and squeezes the air out of the crucible through the ventilation holes. After completion of the filling of the crucible, the pressure is held until the solidification that has begun in the lower part reaches the cover 12. Then, air is discharged from the bath 8 and the alloy in the riser flows into the bath.

Блок мелких моделей, собранных из графитонаполненного полимера на общем литнике, по толщине может быть больше по сравнению с толщиной плавящейся формы на 10-15% Однако при заполнении емкости тигля 3 большая часть тепла металла (65-70%) передается холодильнику. A block of small models assembled from graphite-filled polymer on a common sprue may be 10-15% thicker than the melting mold thickness, however, when filling the crucible 3 capacity, most of the metal heat (65-70%) is transferred to the refrigerator.

Для того, чтобы правильно определить параметры формы по отношению к модели и отливке, т. е. управлять образованием корки, необходимо заранее подобрать соотношение толщин отливки и формы, а также температур и теплоты кристаллизации плавящихся материалов модели и формы. In order to correctly determine the shape parameters in relation to the model and casting, i.e., to control the formation of a crust, it is necessary to select in advance the ratio of the thickness of the casting and the mold, as well as the temperatures and heat of crystallization of the melting materials of the model and the mold.

После затвердения формы расплав модельной массы вытекает из формы в трубопровод 19 под атмосферным давлением, поступающим через вакуум-провод. Удаление из формы остатков модельной массы осуществляется через вакуум-провод подачей горячего сжатого воздуха. При необходимости предотвращения схватывания поверхностей отливки с формой в момент соприкосновения жидкого металла с формой, которое само устраняется выплавкой модели и формы, модель и форму покрывают жидкими составами, содержащими порошки веществ (графита, сульфида молибдена и др.). After hardening of the mold, the molten model mass flows from the mold into the pipe 19 under atmospheric pressure through a vacuum wire. Removing from the mold the remains of the model mass is carried out through a vacuum wire by supplying hot compressed air. If it is necessary to prevent the surfaces of the casting from setting on the mold at the moment of contact of the molten metal with the mold, which itself is eliminated by smelting the model and mold, the model and mold are coated with liquid compositions containing powders of substances (graphite, molybdenum sulfide, etc.).

Важнейшим элементом технологического процесса является оптимальный тепловой режим охлаждения формы и отливки, поскольку толщина формы с металлическим тиглем превышает толщину отливки в несколько раз. При этом без опасения отпадает надобность в защите поверхностей модели при литье формы и поверхностей формы при ее заливке металлом отливки. The most important element of the technological process is the optimal thermal regime for cooling the mold and casting, since the thickness of the mold with a metal crucible exceeds the thickness of the casting several times. At the same time, there is no need to protect the surfaces of the model when casting molds and mold surfaces when it is cast with cast metal.

Готовую форму сложной отливки проверяют на герметичность жидкостью. Эту операцию используют и для покрытия поверхностей формы составами с содержанием порошков металлов или без них в тех случаях, когда разность температур кристаллизации между формой и отливкой выше допустимой. The finished form of a complex casting is checked for liquid tightness. This operation is also used to coat mold surfaces with compositions containing or without metal powders in cases where the crystallization temperature difference between the mold and casting is higher than the permissible value.

Труба 18 с помощью муфты 20 удлинена для нанесения защитных покрытий на рабочую поверхность формы. Для разделения поверхностей тонких частей формы с заливаемым металлом завешенной температуры форму заполняют жидкостью, которая образует на рабочих поверхностях тонкую пленку толщиной не более 0,2 мм. The pipe 18 with the sleeve 20 is extended to apply protective coatings on the working surface of the mold. To separate the surfaces of the thin parts of the mold with cast metal at a high temperature, the mold is filled with liquid, which forms a thin film on the working surfaces of a thickness of not more than 0.2 mm.

Подготовив соответствующим образом форму к заливке металлом, привод установки устанавливает печь 2 на печь 6. При этом герметизация стыка трубы 18 и металлоподъемной трубы печи 6 выполняется уплотнителем 21. Цикл литья в водоохлаждаемом тигле с плавящейся формой начинается с готовности формы к заливке. Внутри формы вакуум-насосом создается разрежение, и расплавленный металл втягивается внутрь холодной формы, в это время над зеркалом металла в печи 6 создается низкое давление газа (для алюминиевых сплавов 0,2-0,3 ат). После заполнения формы разрежение исчезает, при этом давление в печи удерживается до тех пор, пока начавшееся в верхней части затвердевание не достигнет литника (отверстия подъемной трубы у формы). Затем воздух из печи или тигля выпускается, и металл, находящийся в трубе 18, стекает в печь 6. Having prepared the mold accordingly for casting with metal, the installation drive sets the furnace 2 on furnace 6. In this case, the joint of the pipe 18 and the metal lifting pipe of the furnace 6 is sealed with a sealant 21. The casting cycle in a water-cooled crucible with a melting mold begins with the readiness of the mold for filling. A vacuum is created inside the mold with a vacuum pump, and the molten metal is drawn into the cold mold, at this time a low gas pressure is created above the metal mirror in the furnace 6 (for aluminum alloys 0.2-0.3 atm). After filling the mold, the vacuum disappears, while the pressure in the furnace is held until the solidification that began in the upper part reaches the gate (the opening of the lifting pipe at the mold). Then the air from the furnace or crucible is discharged, and the metal in the pipe 18 flows into the furnace 6.

Как только кристаллизация отливки достигнет заданной температуры затвердевания, водоохлаждение и давление в ванне 8 прекращают, выпускают воду и включают сопротивление нагревателя или индуктор, чем осуществляют плавку формы. По достижении расплавом формы открывают кран 17, и жидкий сплав под атмосферным давлением через вентиляционные отверстия сливается в ванну 8, образуя полость и освобождая отливку от формы. As soon as the crystallization of the casting reaches a predetermined solidification temperature, water cooling and pressure in the bath 8 are stopped, water is released and the resistance of the heater or inductor is turned on, thereby melting the mold. When the melt reaches the mold, the valve 17 is opened, and the liquid alloy under atmospheric pressure through the vents merges into the bath 8, forming a cavity and freeing the casting from the mold.

Воздух в газовых порах, находящийся под плотной коркой формы при ее расплавлении, под действием температуры, повсеместно расширяясь, оказывает давление на отливку такое же, как и давление из печи 6, что исключает в отливках дефекты усадочного происхождения, и они получаются очень плотными. The air in the gas pores, which is under a dense crust of the mold when it is melted, expands everywhere, expands everywhere, and exerts the same pressure on the casting as the pressure from furnace 6, which eliminates shrinkage defects in the castings and they turn out to be very dense.

Так как при вакуумном способе литья под низким давлением затвердевание начинается в верхней части формы и распространяется вниз, то остальная часть металла подпитывает отливку снизу на протяжении всего процесса затвердевания, т.е. весь металл в печи 6 служит для каждой отливки во время затвердевания как жидкий питатель. Благодаря такому направленному затвердеванию при литье под низким давлением отпадает необходимость в прибыли для отливки, а масса литника находится на уровне ниже 5%
После выплавки формы привод устанавливает печь с отливкой в исходное положение и раскрывает крышку 12. Отливка может быть извлечена из раскрытого тигля, как и установка модели при помощи манипулятора или робота.Since in the vacuum casting method under low pressure, solidification begins in the upper part of the mold and extends downward, the rest of the metal feeds the casting from below throughout the entire solidification process, i.e. all the metal in the furnace 6 serves for each casting during solidification as a liquid feeder. Due to this directional solidification during casting under low pressure, there is no need for profit for casting, and the mass of the gate is below 5%
After the mold is smelted, the drive sets the casting furnace to its original position and opens the lid 12. The casting can be removed from the open crucible, as well as installing the model using a manipulator or robot.

При формовке литьем по выжигаемой модели в тигле осуществляют рассредоточенный подвод металла, обеспечивая спокойное затекание его в тигель сверху вниз так, чтобы не деформировать модель. Подвод в форму металла отливки выполняют снизу, так как это обеспечивает последовательную и равномерную газификацию модели. When casting by a burned model in a crucible, a dispersed supply of metal is carried out, ensuring its smooth flowing into the crucible from top to bottom so as not to deform the model. The metal casting is cast from below, as this provides a consistent and uniform gasification of the model.

Из сложных форм, имеющих поднутрения и карманы, из которых трудно удалить остатки модельной массы, удаление остатков модели осуществляется наклоном тигля в обе стороны с применением продувки формы сжатым воздухом. From complex shapes with undercuts and pockets, from which it is difficult to remove the remains of the model mass, the remnants of the model are removed by tilting the crucible in both directions by blowing the mold with compressed air.

После подготовки формы к заливке металлом как внутри формы, так и над расплавом алюминия в печи 6, вакуумными насосами создают разрежение. After preparing the mold for pouring metal both inside the mold and above the aluminum melt in furnace 6, vacuum pumps create a vacuum.

При снижении давления над расплавом алюминия существующее равновесие смещается и находившийся в расплаве водород вынужден удаляться с поверхности зеркала. С этим связана и очистка от окислов. Вследствие пористости материала графитно-шамотного тигля снижение давления действует во всем объеме печи и происходит равномерная дегазация всего его содержимого. Подготовив металл, вакуумирование в печи 6 прекращается, в печь подают газ низкого давления, в результате осуществляется заливка формы рафинированным сплавом. With a decrease in pressure over the aluminum melt, the existing equilibrium shifts and the hydrogen in the melt is forced to be removed from the mirror surface. Oxidation is also associated with this. Due to the porosity of the material of the graphite-chamotte crucible, a decrease in pressure acts in the entire volume of the furnace and there is a uniform degassing of its entire contents. Having prepared the metal, evacuation in the furnace 6 is stopped, low pressure gas is supplied to the furnace, as a result, the mold is filled with a refined alloy.

Формовка с наклоном опрокидыванием тигля осуществляется обычной заливкой. При затекании расплава по рассредоточенным каналам по заслонке из ванны в тигель воздух из тигля выдавливается через перфорацию в стенках или вентиляционные отверстия, выполненные в подовой полости тигля (не показано). Forming with an inclination by tilting the crucible is carried out by conventional casting. When the melt flows through the dispersed channels through the valve from the bath to the crucible, air is squeezed out of the crucible through perforations in the walls or ventilation holes made in the hearth of the crucible (not shown).

Использование изобретения позволит получать качественные отливки из цветных сплавов и повысить производительность труда. Using the invention will allow to obtain high-quality castings from non-ferrous alloys and increase labor productivity.

Claims

1. A method of producing castings, including manufacturing a mold according to a one-time model, removing the model, pouring metal, removing the cast by destroying the mold, characterized in that, in order to increase productivity, the mold is made by pouring by vacuum suction and crystallization in an intermediate container of the mold metal, after removal models fill the mold with low-pressure casting of the casting metal, and the casting is extracted by melting the mold metal.

2. The method according to claim 1, characterized in that the filling of the intermediate tank with metal is carried out from above along the walls of the tank.

3. The method according to claim 1, characterized in that, in order to provide thermal protection of the model and form, the surface of the model and form is coated with a composition containing metal powders.

4. The method according to PP. 1 to 3, characterized in that the models and forms are made with a cellular structure by adding pore-forming agents to the melt.

5. The method according to PP. 1 to 3, characterized in that the material of the model or form is foamed by blowing air or oxygen.

6. The method according to claim 1, characterized in that when casting on gasified models, the form is evacuated.

7. Installation for producing castings containing a heated crucible with a melt connected to a compressed air supply system and a lid with a metal wire, characterized in that, in order to increase productivity, it is equipped with a vacuum suction casting device located on the lid of the crucible connected to the metal wire by channels, and an intermediate container for the manufacture of a single metal mold having a lid associated with the drive of its movement, the container is placed on the device for casting by vacuum suction and connected to heating and cooling systems, while the intermediate tank and the vacuum suction casting device are mounted on a bracket mounted on the column with the possibility of rotation and vertical movement.

8. Installation according to claim 7, characterized in that along the perimeter of the intermediate tank placed tubes connected to a metal wire.

9. Installation according to claim 7, characterized in that the model holder is fixed to the lid of the intermediate tank.

10. Installation according to claim 7, characterized in that the metal wire of the vacuum suction casting device is connected to a sleeve and a metal wire located in the crucible lid.

11. Installation according to claim 7, characterized in that the cavity of the device for casting by vacuum suction and an intermediate tank are connected by means of a locking device.