RU2051770C1 - Method of making ferrum aluminium castings and apparatus for performing the method - Google Patents

Abstract

FIELD: casting production. SUBSTANCE: method comprises steps of placing an insert, made of ferrum base alloy, on a core in a working cavity of a mold; heating the insert; casting overheated aluminium base melt; applying on portions of working cavity, forming end surfaces of the casting, a layer of a paint with a thickness, being 2-3 times more, than thickness of a layer of the paint on portions, forming lateral surfaces of the casting; using the insert in the form of a flanged ring, had been heated up to (180-220)C; casting the melt at (835-865)C over (7-10)hours in the apparatus, inclined by an angle, equal to (5-10)degrees, relative to horizon. The apparatus includes two mold halves, the core with the insert, had been placed on it, and a central gating system, pushers, engaging with the insert and placed in the upper mold half; cone pins, placed in the lower mold half with possibility of motion. The insert has a flange. The core is in the form of a stepped piece, having a first cylindrical step with a most diameter, a second cone step and a third cylindrical step with a least diameter, joined with the second step by a sealing area, engaging with the flange of the insert. A height of the first steps is equal to (0.1-0.2), a height of the third step is equal to (0.05-0.1) of a whole height of the insert. An inner diameter of the flange of the insert is equal to (0.99-0.985) of the most diameter of the sealing area. EFFECT: economy due to absence of high-cost equipment. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к методам литья железо-алюминиевых отливок, преимущественно тормозных барабанов. The invention relates to foundry, in particular to methods for casting iron-aluminum castings, mainly brake drums.

Известен способ изготовления железо-алюминиевых отливок, включающий размещение на стержне в рабочей полости формы вкладыша из сплава на основе железа, нагрев его и заливку в рабочую полость перегретого расплава на основе алюминия [1]
Известно и устройство для изготовления биметаллических и армированных отливок, содержащее две полуформы, стержень с размещенным на нем вкладышем и центральную литниковую систему [2]
Указанные технические решения не позволяют получить отливки тормозных барабанов высокого качества и с низкой себестоимостью.A known method of manufacturing iron-aluminum castings, including placing on the rod in the working cavity the shape of the liner of an alloy based on iron, heating it and pouring into the working cavity of an overheated melt based on aluminum [1]
Also known is a device for the manufacture of bimetallic and reinforced castings, containing two half-molds, a rod with a liner placed on it and a central gate system [2]
These technical solutions do not allow castings of brake drums of high quality and low cost.

Цель изобретения расширение технологических возможностей. The purpose of the invention is the expansion of technological capabilities.

На чертеже представлена схема устройства, подготовленного к заливке. The drawing shows a diagram of a device prepared for filling.

Устройство включает верхнюю 1 и нижнюю 2 полуформы. В верхней полуформе выполнен стержень-болван с рядом ступеней: первой цилиндрической формы 3, имеющей наибольший диаметр, второй конической формы 4 и третьей цилиндрической формы 5, имеющей наименьший диаметр. Вторая и третья ступени сопряжены запирающей площадкой 6. В верхней полуформе размещены толкатели 7, взаимодействующие с ограничителями 8 и вкладышем 9, снабженным буртом 10. Внутри стержня выполнен стояк 11. В нижней полуформе размещены центральный толкатель 12 и расположенные по периферии конические штыри 13 с ограничителями хода 14, позволяющими им смещаться на величину А. Конические штыри в собранном устройстве контактируют со вставкой-вкладышем 9 со стороны бурта 10. Торцевые поверхности обозначены позицией 15, а боковые 16. The device includes upper 1 and lower 2 half-molds. In the upper half-mold, a blockhead is made with a number of steps: the first cylindrical shape 3 having the largest diameter, the second conical shape 4 and the third cylindrical shape 5 having the smallest diameter. The second and third steps are connected by a locking platform 6. In the upper half-mold there are pushers 7 interacting with the stops 8 and the insert 9 provided with a shoulder 10. A riser 11 is made inside the rod 11. In the lower half-form there is a central pusher 12 and conical pins 13 with limiters located on the periphery stroke 14, allowing them to shift by a value A. The conical pins in the assembled device are in contact with the insert-insert 9 on the side of the shoulder 10. The end surfaces are indicated by the position 15, and the side 16.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Полуформы разогревают до 200-210^оС, устройство раскрывают и окрашивают из пульверизатора, при этом толщина слоя краски на торцевых поверхностях 15 в 2-3 раза превышает толщину слоя краски на боковых поверхностях 16. Полуформы (кокиль) нагревают до 340-350^оС. На болван одевают вкладыш 9, нагретый до 180-220^оС, при этом добиваются плотного прилегания бурта к запирающей площадке 6. Вкладыш удерживают фиксатором (не показан). Полуформы спаривают, устройство переводят в наклоненное под углом 5-10^о к горизонту положение, в рабочую полость заливают расплав. Усаживаясь, отливка отходит от боковых поверхностей нижней полуформы и обжимает препятствующие усадке вкладыш 9 и конические штыри 13. При достижении отливкой температуры ниже 400^оС полуформы раскрывают, при этом отливка остается в верхней полуформе. Отливку охлаждают до 350-370^оС и с помощью толкателей 7 снимают со стержня.The half-molds heated to 200-210 ^C., disclose apparatus and stained with an atomizer, the thickness of the ink layer on the end surfaces 15 is 2-3 times greater than the thickness of the ink layer at the side surfaces 16. The mold halves (metal mold) heated to 340-350 ^{° C.} A liner 9, heated to 180-220 ° C, is put ^{on a} blockhead, while a tight fit of the shoulder to the locking platform 6 is achieved. The liner is held in place by a latch (not shown). The mold halves are mated, the device is transferred to the inclined angle ^of 5-10 to the horizontal position into the working cavity is filled melt. Settling, molding extends from the lateral surfaces of the lower mold and prevent shrinkage compresses the liner 9 and tapered pins 13. When the temperature below the casting mold 400 ^C. disclose, wherein the casting remains in the upper mold half. The casting is cooled to 350-370 ^about With and using pushers 7 removed from the rod.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Соблюдается упомянутая выше последовательность технологических операций. В случае затруднения извлечения отливки из нижней полуформы используют центральный толкатель 12, для улучшения условий заливки на стояк надевают съемную воронку (не показана). Рабочую температуру полуформ поддерживают за счет темпа работы 8-9 заливок в 1 ч и естественно теплоотвода. The above-mentioned sequence of technological operations is observed. If it is difficult to remove the casting from the lower half-mold, a central pusher 12 is used; to improve the pouring conditions, a removable funnel (not shown) is put on the riser. The working temperature of the half-molds is maintained due to the pace of work of 8–9 fillings per 1 h and, of course, heat removal.

Большая (в 2-3 раза) толщина слоя краски на торцевых поверхностях рабочей полости позволяет получить направленную кристаллизацию в отливке, что предотвращает появление усадочных дефектов в тепловых узлах. Кроме того, слоя краски в стояке в 5 и более раз должен превышать минимальную. Уменьшение соотношения толщин слоя краски в рабочей полости приводит к появлению усадочных дефектов, а увеличение к неоправданному увеличению времени охлаждения отливки, возрастанию уровня остаточных напряжений и затруднению съема отливки со стержня. Large (2-3 times) the thickness of the paint layer on the end surfaces of the working cavity allows you to get directional crystallization in the casting, which prevents the appearance of shrinkage defects in the thermal nodes. In addition, the paint layer in the riser should be 5 or more times greater than the minimum. A decrease in the ratio of the thicknesses of the paint layer in the working cavity leads to the appearance of shrinkage defects, and an increase to an unjustified increase in the cooling time of the casting, an increase in the level of residual stresses and difficulty in removing the casting from the rod.

Нагрев вкладыша ниже 180^оС приводит к газовым раковинам на поверхности контакта вкладыша с алюминиевым сплавом, при нагреве свыше 220^оС возникает увеличенный зазор между вкладышем и первой ступенью стержня, что формирует разностенность и дебаланс.Heating of the liner below ¹⁸⁰ ° C leads to blister on the surface of the liner in contact with the aluminum alloy, when heated above 220 ^{° C} there is an enlarged gap between the insert and the first stage of the rod that forms and variation in the unbalance.

Снижение температуры расплава ниже 835^оС, как и увеличение времени заливки более 10 с, вызывает дефекты, обусловленные низкой жидкотекучестью. Увеличение температуры расплава свыше 865^оС снижает стойкость кокиля, приводит к подливам металла. При сокращении времени заливки менее 7 с возрастает скорость заливки, в результате в расплав затягиваются воздушные пузыри и возникают поверхностные раковины, возможны и усадочные дефекты из-за сокращения времени питания.Reduced Melt temperatures below 835 ^{° C,} as an increase in fill time over 10 s, causing defects due to low fluidity. Increasing melt temperature of over 865 ^{° C} lowers the durability of the mold leads to metal pouring. When the pouring time is reduced to less than 7 s, the pouring speed increases, as a result, air bubbles are drawn into the melt and surface shells appear, and shrinkage defects are possible due to a reduction in the feeding time.

При наклоне устройства к горизонту менее 5о на верхнем торце отливки появляются поверхностные раковины, наклон более 10о затрудняет заливку и ухудшает питание отливки из стояка. When the device is tilted to a horizon of less than 5 °, surface shells appear on the upper end of the casting, a slope of more than 10 ° makes filling difficult and affects the supply of the casting from the riser.

Выполнение вкладыша с буртом и стержня ступенчатым позволяет существенно уменьшить усилие снятия отливки со стержня, поскольку контакт отливки со стержнем осуществляется только по первой и третьей ступеням. Вторая ступень имеет зазор с вкладышем и выполняет также направляющую функцию. The implementation of the liner with the shoulder and the rod step allows you to significantly reduce the effort of removing the casting from the rod, since the contact of the casting with the rod is carried out only in the first and third steps. The second stage has a gap with the liner and also performs a guiding function.

Вкладыш по отношению к первой ступени имеет гарантированный натяг, что обеспечивает его точное позиционирование. Примыкание вкладыша к запирающей площадке 6 предотвращает подлив металла в конический зазор. При этом важно иметь гарантированное перекрытие, которое обеспечивается соотношением внутреннего диаметра бурта и наружного запирающей площадки. Увеличение внутреннего диаметра бурта более 0,990 повышает риск подлива, уменьшение усложняет механическую обработку вкладыша и изделия в целом, увеличивает массу металла, уходящего в стружку. Увеличение высоты первой ступени стержня усложняет съем отливки, приводя к резкому росту усилия съема. Уменьшение высоты вызывает повышенный износ стержня, что снижает точность позиционирования вкладыша. Высота третьей ступени, равна высоте бурта, обусловлена конструктивными и технологическими соображениями. При уменьшении высоты третьей ступени происходят поломки бурта при надевании вкладыша, при увеличении возрастает залив металла в зазор между буртом и боковой поверхностью третьей ступени, что усложняет съем отливки. The insert in relation to the first stage has a guaranteed interference fit, which ensures its accurate positioning. The adjacency of the liner to the locking platform 6 prevents the pouring of metal into the conical gap. It is important to have a guaranteed overlap, which is ensured by the ratio of the inner diameter of the collar and the outer locking pad. An increase in the inner diameter of the collar more than 0.990 increases the risk of pouring, a decrease complicates the machining of the liner and the product as a whole, and increases the mass of metal that goes into the chips. Increasing the height of the first stage of the rod complicates the removal of the casting, leading to a sharp increase in the removal force. Reducing the height causes increased rod wear, which reduces the accuracy of the positioning of the liner. The height of the third stage, equal to the height of the shoulder, is due to structural and technological considerations. When the height of the third stage is reduced, the collar breaks when putting on the liner; with increase, the metal gulf increases in the gap between the collar and the lateral surface of the third stage, which complicates the casting removal.

Контактирование вкладыша с толкателями в верхней полуформе предотвращает глубокие вмятины на отливке при съеме, а с коническими штырями в нижней полуформе обеспечивает прижатие бурта вкладыша к запорной поверхности. Осевое перемещение конических штырей улучшает условия извлечения отливки из нижней полуформы. Contacting the liner with the pushers in the upper half-mold prevents deep dents on the casting during removal, and with tapered pins in the lower half-mold ensures the collar of the liner is pressed against the locking surface. The axial movement of the conical pins improves the conditions for extracting the casting from the lower half-mold.

По сравнению с традиционным литьем в кокиль способ в сочетании с устройством расширяет технологические возможности, что достигается заявленными технологическими параметрами и особенностями конструкции. Compared with traditional chill casting, the method in combination with the device expands technological capabilities, which is achieved by the claimed technological parameters and design features.

По сравнению с литьем под давлением появляется возможность повысить качество отливок за счет облегчения съема со стержня и управления процессом кристаллизации, снижаются капитальные затраты, что снижает себестоимость изделия. Повышение производительности в данном случае возможно за счет применения устройства на многопозиционных установках. Compared to injection molding, it is possible to improve the quality of castings by facilitating removal from the core and controlling the crystallization process, capital costs are reduced, which reduces the cost of the product. The increase in productivity in this case is possible due to the use of the device on multi-position installations.

Claims (2)

1. Способ изготовления железоалюминиевых отливок преимущественно тормозных барабанов, включающий размещение на стержне в рабочей полости формы вкладыша из сплава на основе железа, нагрев его и заливку в рабочую полость перегретого расплава на основе алюминия, отличающийся тем, что на участки рабочей полости формы, формирующие торцевые поверхности отливки, наносят слой краски, в 2 - 3 раза превышающий толщину слоя краски на участках, формирующих боковые поверхности отливки, вкладыш используют в виде кольца с буртом, нагретым до 180 - 220^oС, расплав заливают при 835 - 865^oС в течение 7 - 10 с в устройство, наклоненное под углом 5 - 10^o к горизонту.1. A method of manufacturing iron-aluminum castings of predominantly brake drums, comprising placing on the rod in the working cavity a mold of an iron-based alloy liner, heating it and pouring superheated aluminum-based melt into the working cavity, characterized in that the mold ends form on the working cavity sections the surface of the casting, a paint layer is applied that is 2 to 3 times the thickness of the paint layer in the areas forming the side surfaces of the casting, the liner is used in the form of a ring with a collar heated to 180 - 220 ^o C, the melt is poured at 835 - 865 ^o C for 7 - 10 s into the device, inclined at an angle of 5 - 10 ^o to the horizon. 2. Устройство для изготовления железо-алюминиевых отливок преимущественно тормозных барабанов, содержащее две полуформы, стержень с размещенным на нем вкладышем и центральную литниковую систему, отличающееся тем, что оно снабжено контактирующими с вкладышем толкателями, размещенными в верхней полуформе, и коническими штырями, установленными в нижней полуформе с возможностью перемещения, вкладыш снабжен буртом, а стержень выполнен в виде ступенчатого болвана с первой ступенью цилиндрической формы наибольшего диаметра, второй ступенью - конической и третьей ступенью - цилиндрической наименьшего диаметра, сопряженной с второй ступенью запирающей площадкой, контактирующей с буртом вкладыша, причем высота первой ступени составляет 0,1 - 0,2, высота третьей ступени 0,05 - 0,1 общей высоты вкладыша, а внутренний диаметр бурта вкладыша равен 0,990 - 0,985 наибольшего диаметра запирающей площадки. 2. A device for the manufacture of iron-aluminum castings of predominantly brake drums, containing two half-molds, a shaft with an insert located on it and a central gate system, characterized in that it is equipped with pushers in contact with the insert, located in the upper half-mold, and conical pins installed in the lower half-mold with the ability to move, the liner is equipped with a shoulder, and the rod is made in the form of a step block with the first stage of the cylindrical shape of the largest diameter, the second stage - a conical and third stage — a cylindrical smallest diameter, conjugated to the second stage by a locking pad in contact with the shoulder of the liner, the height of the first stage being 0.1 - 0.2, the height of the third stage 0.05 - 0.1 of the total height of the liner, and the inner diameter of the liner collar is 0.990 - 0.985 of the largest diameter of the locking pad.

Images