литейная форма для получения кольцевых отливок

Формула изобретения

Литейная форма для получения кольцевых отливок, содержащая песчаный стержень с питателем, оформляющий внутреннюю полость отливки, отличающаяся тем, что питатель выполнен в виде кольцевой полости, расположенной в верхней части стержня и имеющей толщину, равную 1/2 - 1/5 h, где h - высота отливки, мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении кольцевых отливок, например стальных бандажей трамвайных или железнодорожных колес.

Известна постоянная литейная форма, выполненная из графита, используемая для литья железнодорожных стальных колес под низким давлением [1].

Наиболее близким прототипом к заявленному техническому решению является литейная форма для литья вагоноточных колес, состоящая из кокиля и песчаного стержня, оформляющего внутреннюю полость отливки, в котором выполнены питатели для подвода расплава в полость кокиля [2].

При изготовлении в такой форме кольцевых отливок типа стальных бандажей, например трамвайных колес, не удается обеспечить необходимое качество изделий из-за неравномерного поступления расплава металла по всему периметру кольца. Местные "горячие очаги" в форме в местах расположения питателей приводят к появлению в отливке трещин. Кроме того, при такой конструкции литниковой системы требуется вводить специальную питающую прибыль для устранения в отливке усадочных дефектов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в литейной форме для получения кольцевых отливок, например бандажей трамвайных колем, состоящей из кокиля и песчаного стержня с полостями-питателями, оформляющего внутреннюю полость отливки, питатели соединены в одну кольцевую полость толщиной 1/2-1/5h, расположенную в верхней части стержня, где h - высота отливки, мм.

Такое решение позволяет подать расплав в форму равномерно по всему периметру кольца, устранить местные перегревы и обеспечит равномерное затвердевание отливки, устранить специальные прибыли, упростить обрубку отливки, так как кольцевой питатель можно отрезать на токарном станке, совместив обработку внутренней поверхности бандажа.

Толщина кольцевой полости-питателя принята из следующих условий: при h > 1/2 имеет место большой расход металла на литниково-питающую систему, при h < 1/5 литник затвердевает ранее, чем вся отливка.

Использование изобретения позволяет улучшить качество отливок и организовать серийное производство литых бандажей трамвайных колес вместо дорогостоящих кованых или полученных прессованием и последующей прокаткой.

Описанная форма обладает новизной и соответствует критериям изобретательского уровня.

На чертеже показана литейная форма (в разрезе) для получения отливки стального бандажа трамвайного колеса.

Форма состоит из верхнего полукокиля 1, нижнего полукокиля 2, песчаного стержня 3, оформляющего внутреннюю полость отливки, в верхней части которого расположена кольцевая полость-питатель 4, и кольцеобразной заливочной чаши 5 с цилиндрическими питателями 6 (в данном примере толщина кольцевой полости 4 равна 30 мм при высоте отливки h = 95 мм).

Литейная форма работает следующим образом.

Расплавка стали заливается в чашу 5 и через питатели 6 поступает в кольцевую полость-питатель 4, из которой равномерно по всему периметру стержня, по его стенке, стекает тонким слоем (приблизительно 1 мм.) вниз в полукокиль 2.

При перераспределении заливаемого расплава стали в тонкий слой увеличивается поверхность теплоизлучения и происходит вследствие этого интенсивный отвод тепла, отсутствует удар струи расплава о стенку кокиля, что способствует измельчению зерна металла отливки и повышению его механических свойств и стойкости кокиля. Равномерное поступление расплава в кокиль по всему периметру кольца обеспечивает равномерный отвод кокилем тепла и направленную кристаллизацию металла отливки.

В начальный период заливки отвод тепла от расплава стали в форме происходит за счет аккумуляции тепла полукокилем 2, затем по мере заполнения формы в работу вступает полукокиль 1 и фронт кристаллизации непрерывно меняет направление поворотом по часовой стрелке, а при достижении расплавом горизонтальной стенки полукокиля 1 фронт кристаллизации смещается по направлению к кольцевой полости 4. Вследствие меньшей (в 3-5 раз) теплопроводности песчаной смеси, оформляющей кольцевую полость-питатель 4, по сравнению с теплопроводностью материала кокиля (полукокилей 1 и 2), расплав в кольцевой полости обеспечивает питание отливки на последней стадии ее затвердевания, устраняя усадочные дефекты. При равномерной подаче металла в форму и равномерном теплоотводе от затвердевающей отливки в ней отсутствуют местные напряжения и недопустимые для бандажей дефекты-трещины.

После окончания заливки стали в форму, выдержки для полного затвердевания отливки и охлаждения ее до 800-900^oC производится извлечение отливки из полукокилей 1 и 2, далее процесс повторяется.

Использование изобретения позволяет получать качественные литые бандажи трамвайных колес и организовать их серийное производство взамен кованых и получаемых прокаткой при более низкой себестоимости, без использования дорогостоящего оборудования. В качестве шихты для плавки используются изношенные бандажи, что обеспечивает материалосбережение, а использование жидкого металла сразу для получения точной заготовки бандажа в предлагаемой форме вместо традиционной технологии (получение из жидкого металла слитка, практика его в сляб, транспортировка сляба на машиностроительных завод, нагрев сляба и рубка его на заготовки, вырубка кольца из нагретой, заготовки, прессование нагретого кольца и последующая его прокатка) обеспечивает энергосбережение.