Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья
Рассмотрены критерии выбора конструкции металлической неохлаждаемой формы, основными из-которых являются материал, способ изготовления формы, уровень центробежных сил, геометрические параметры отливки. Описаны варианты конструкции литейных форм для изготовления простых и сложных по конфигурации отли...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96238 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья / С.В. Скрипник, Д.Ф. Чернега // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 11-15. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96238 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. 2016-03-12T16:57:23Z 2016-03-12T16:57:23Z 2011 Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья / С.В. Скрипник, Д.Ф. Чернега // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 11-15. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96238 669.187.56:621.74.043:6211 Рассмотрены критерии выбора конструкции металлической неохлаждаемой формы, основными из-которых являются материал, способ изготовления формы, уровень центробежных сил, геометрические параметры отливки. Описаны варианты конструкции литейных форм для изготовления простых и сложных по конфигурации отливок. Criteria of selection of design of metallic non-cooled mould, the main of which are material, method of mould manufacture, level of centrifugal forces, geometric parameters of casting, are considered. Options of design of casting moulds are described for producing castings, both simple and intricate in configuration. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрошлаковая технология Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья Criteria of selection of designs of cast moulds for centrifugal electroslag casting Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья |
| spellingShingle |
Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. Электрошлаковая технология |
| title_short |
Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья |
| title_full |
Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья |
| title_fullStr |
Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья |
| title_full_unstemmed |
Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья |
| title_sort |
критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья |
| author |
Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. |
| author_facet |
Скрипник, С.В. Чернега, Д.Ф. |
| topic |
Электрошлаковая технология |
| topic_facet |
Электрошлаковая технология |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Современная электрометаллургия |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Criteria of selection of designs of cast moulds for centrifugal electroslag casting |
| description |
Рассмотрены критерии выбора конструкции металлической неохлаждаемой формы, основными из-которых являются материал, способ изготовления формы, уровень центробежных сил, геометрические параметры отливки. Описаны варианты конструкции литейных форм для изготовления простых и сложных по конфигурации отливок.
Criteria of selection of design of metallic non-cooled mould, the main of which are material, method of mould manufacture, level of centrifugal forces, geometric parameters of casting, are considered. Options of design of casting moulds are described for producing castings, both simple and intricate in configuration.
|
| issn |
0233-7681 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96238 |
| citation_txt |
Критерии выбора конструкции литейных форм для центробежного электрошлакового литья / С.В. Скрипник, Д.Ф. Чернега // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 11-15. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT skripniksv kriteriivyborakonstrukciiliteinyhformdlâcentrobežnogoélektrošlakovogolitʹâ AT černegadf kriteriivyborakonstrukciiliteinyhformdlâcentrobežnogoélektrošlakovogolitʹâ AT skripniksv criteriaofselectionofdesignsofcastmouldsforcentrifugalelectroslagcasting AT černegadf criteriaofselectionofdesignsofcastmouldsforcentrifugalelectroslagcasting |
| first_indexed |
2025-11-27T08:26:17Z |
| last_indexed |
2025-11-27T08:26:17Z |
| _version_ |
1850808416673464320 |
| fulltext |
ния источника питания или глубины шлаковой ван-
ны. Влияние этих параметров на интенсивность до-
полнительных источников теплоты вблизи торцов
патрубка показано рис. 4.
Влияние диаметра патрубков на интенсивность
тепловыделения вблизи их торцов исследовали от-
дельно для заготовок корпусов ДУ-80 и ДУ-50. Ре-
зультаты моделирования приведены на рис. 5.
Как видно из рис. 5, с уменьшением диаметра
патрубка тепловыделение возле его приплавляемо-
го торца возрастает. Это дополнительное тепловы-
деление способствует увеличению глубины про-
плавления торца патрубка, зафиксированному на
макроструктуре зоны соединения патрубков загото-
вок корпусов задвижек с условным проходом 50
(ДУ-50) и 80 мм (ДУ-80) (рис. 6).
Таким образом, в результате математического
моделирования определены зависимости интенсив-
ности источников теплоты в дополнительной зоне
тепловыделения, появляющейся в шлаковой ванне
вблизи торцов приплавляемых патрубков, от тех-
нологических параметров и геометрии плавильного
пространства.
Полученные зависимости позволяют определять
технологический режим процесса ЭШЛП при вы-
плавке корпусов задвижек различных типоразмеров.
1. Вайсберг Г. Л., Римчук Д. В. Фонтанна безпека: Запи-
тання. Відповіді. – Харків, 2002. – 474 с.
2. Стальные поковки вместо стального литья: Рекламный
проспект фирмы «Cameron» // Выставка «Нефтегаз-90».
3. Электрошлаковое литье заготовок корпусов фланцевых
задвижек с приплавлением патрубков / М. А. Полещук,
Л. Г. Пузрин, В. Л. Шевцов и др. // Современ. электро-
металлургия. – 2009. – № 2. – С. 13—17.
4. Полещук М. А., Пузрин Л. Г., Шевцов В. Л. Электро-
шлаковое литье – самый прогрессивный способ произ-
водства корпусов арматуры высокого давления // Арма-
туростроение. – 2009. – № 4. – С. 49—54.
5. Исследование области соединения в заготовках корпусов
фланцевых задвижек высокого давления, полученных спо-
собом ЭШЛ с приплавлением / М. А. Полещук, Т. Г. Со-
ломийчук, Г. М. Григоренко и др. // Современ. электро-
металлургия. – 2009. – № 4. – С. 8—12.
6. Мужиченко А. Ф., Полещук М. А., Шевцов В. Л. Мате-
матическое моделирование тепловыделения в шлаковой
ванне при электрошлаковом литье с приплавлением заго-
товок корпусов фланцевых задвижек // Там же. –
2010. – № 2. – С. 17—20.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 16.02.2011
УДК 669.187.56:621.74.043:6211
КРИТЕРИИ ВЫБОРА
КОНСТРУКЦИИ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЛИТЬЯ
С. В. Скрипник, Д. Ф. Чернега
Рассмотрены критерии выбора конструкции металлической неохлаждаемой формы, основными из-которых являются
материал, способ изготовления формы, уровень центробежных сил, геометрические параметры отливки. Описаны
варианты конструкции литейных форм для изготовления простых и сложных по конфигурации отливок.
Criteria of selection of design of metallic non-cooled mould, the main of which are material, method of mould manufacture,
level of centrifugal forces, geometric parameters of casting, are considered. Options of design of casting moulds are
described for producing castings, both simple and intricate in configuration.
Ключ е вы е с л о в а : кокиль; толщина стенок кокиля;
материал; шлаковый гарнисаж; теплоизолирующее покры-
тие; центробежная сила
Вопросам энергетической эффективности про-
изводства машиностроительных заготовок по мере
удорожания энергоносителей уделяется все боль-
шее внимание. Наиболее дешевыми, а в случае ис-
пользования труднодеформируемых и трудносва-
риваемых жаропрочных сталей и сплавов, наиболее
целесообразными являются литые заготовки. Сдер-
живающим фактором широкого применения литых
заготовок, например в газовых турбинах, являются
жесткие требования к их качеству и свойствам.
© С. В. СКРИПНИК, Д. Ф. ЧЕРНЕГА, 2011
11
В ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины разра-
ботан способ центробежного электрошлакового
литья (ЦЭШЛ), позволяющий получать высокока-
чественные заготовки со свойствами на уровне ко-
ваных [1]. При изготовлении машиностроительных
заготовок способом ЦЭШЛ металл, полученный в
электрошлаковой тигельной печи, разливают во
вращающиеся вокруг вертикальной оси литейные
формы вместе со шлаком, используемым при плав-
ке. Разливка всего накопленного в тигле расплава
может осуществляться в закрепленную на вращаю-
щейся планшайбе одно- или многоместную литей-
ную форму для получения соответствующего коли-
чества отливок.
В качестве литейных форм для ЦЭШЛ исполь-
зуют металлические неохлаждаемые формы (коки-
ли). Возможна и комбинированная литейная форма –
кокиль и керамический стержень или облицован-
ный кокиль с различной толщиной покрытия для
каждого формообразующего элемента и стержень.
Основным вопросом при проектировании коки-
лей является выбор материала и толщины рабочих
стенок. Эти параметры конструкции определяют
долговечность литейной формы – стойкость про-
тив трещин и коробления.
Наиболее распространенными материалами для
изготовления крупногабаритных кокилей для
ЦЭШЛ являются углеродистые сталь 10, сталь 20,
25Л, Ст3 и высокопрочный чугун марок ВЧ 42-12,
ВЧ 45-5. Преимущество чугунных кокилей состоит
в повышенной стойкости, в сравнении со стальны-
ми, недостаток – в сложности их ремонта. Сущес-
твующие способы ремонта чугунных кокилей с
использованием сварки (кроме сварки в нагретом
состоянии) не обеспечивают получения однородно-
го по структуре и свойствам слоя наплавленного
металла.
Стальные литые или сварные кокили, в отличие
от чугунных, можно многократно ремонтировать
посредством заварки дефектов и наплавки. Процесс
их ремонта с использованием сварки прост, требу-
ется лишь тщательная подготовка мест заварки.
Выбор способа изготовления кокиля зависит от
многих факторов: габаритных размеров и конфигу-
рации отливки, норм точности, материала и произ-
водственных возможностей предприятий.
Термическая обработка литейной формы при по-
лучении стальных или чугунных заготовок кокилей
является обязательной. Это обусловлено необходи-
мостью изменения литой структуры, а также снятия
остаточных технологических (литейных, свароч-
ных и т. п.) напряжений. Остаточные напряжения
могут вызывать разрывы рабочей стенки формы ли-
бо ее коробление вследствие релаксации [2].
Принято считать, что толщина стенки кокиля X2
должна равняться глубине прогрева формы к мо-
менту окончания затвердевания отливки. При боль-
шем значении X2 термические условия формирова-
ния отливки не изменяются.
Существуют несколько методов расчета толщи-
ны стенки формы, однако ни один из них не явля-
ется универсальным. В первом приближении реко-
мендуются, например, эмпирические зависимости:
X2 = 13 + 0,6 2X1 [2]; X2 = 11 √⎯⎯2X1 [3], где X1 –
половина толщины стенки отливки.
На основании теоретического анализа напря-
женно-деформированного состояния рабочих сте-
нок кокилей различных конструкций X2 для цилин-
дрических кокилей (рис. 1, а) полых отливок при-
нимается по критерию X1/R1, где R1 – наружный
радиус отливки [4, 5]. Положительным моментом
в этом случае является учет конфигурации кокиля
через наружный радиус отливки. Однако рассчи-
танные по указанному методу кокили получаются
довольно массивными и громоздкими.
Рис. 1. Зависимость X2/2R1 от X1/R1 (а) и X2 от 2X1 (б): X1 – половина толщины стенки отливки; X2 – толщина стенки кокиля;
R1 – наружный радиус отливки
12
Согласно ГОСТ 16237—70, значение X2 опреде-
ляют с помощью графика (рис. 1, б). Для стальных
рабочих стенок и высокопрочного чугуна значение
X2 находится ближе к нижней границе заштрихо-
ванной области. Расчет толщин стенок литейной
формы по упомянутым вариантам позволяет полу-
чить усредненное их значение и принять оптималь-
ное конструктивное решение.
Следует принимать во внимание, что заливка
металла со шлаком во вращающуюся форму сопро-
вождается образованием на стенках рабочей полос-
ти теплоизолирующего слоя шлакового гарнисажа,
принимающего на себя существенную часть тепло-
вой нагрузки. При этом уменьшаются термические
напряжения в стенках формы, увеличивается ее
срок службы.
Рис. 3. Секционный одноместный кокиль ЦЭШЛ (а) и корпусная заготовка для газовой турбины (б)
Рис. 4. Секционный одноместный кокиль ЦЭШЛ (а) и литая заготовка звездочки тяговой цепи (б)
Рис. 2. Цельный «вытряхной» одноместный кокиль ЦЭШЛ (а) и заготовка зубчатого колеса для карьерного автомобиля МАЗ (б)
13
Снижение термических напряжений позволяет
уменьшить при проектировании толщину стенки
формы. С другой стороны, при ЦЭШЛ литейная
форма подвергается нагрузке от действия силового
центробежного поля.
В зависимости от конструктивных и служебных
требований к конфигурации и качеству отливки гра-
витационный коэффициент может колебаться в ши-
роких пределах (вплоть до 100 и более единиц).
При этом масса жидкого металла и шлака во столько
же раз утяжеляется под действием центробежных
сил. Поэтому прочность литейной формы после пред-
варительного выбора толщины стенок необходимо
рассчитывать, как и сосуды высокого давления.
В конечном итоге, конструкция кокиля зависит
от уровня рабочих напряжений, сложности и жест-
кости изделия, а также от требуемой безопасности.
Наиболее простыми по конструкции являются
«вытряхные» формы с горизонтальной плоскостью
разъема (рис. 2). Они могут длительное время эк-
сплуатироваться без поводок и коробления. Срок их
службы зависит в основном от массы получаемых от-
ливок: чем крупнее и массивнее отливка, тем он
короче.
Для получения отливок сложной конфигурации
применяют секционные формы с вертикальной
(рис. 3) и горизонтальной (рис. 2) плоскостями
разъема. Они обеспечивают быстрое извлечение
затвердевших отливок. Толщину стенок таких форм
приходится увеличивать с целью снижения склон-
ности отдельных секций к короблению. После оп-
ределенного количества заливок приходится раста-
чивать полость таких форм на некоторую глубину
для свободного извлечения получаемых отливок.
При этом несколько увеличивается припуск на ме-
ханическую обработку литых заготовок.
Приведенная на рис. 3 отливка характеризуется
разнотолщинностью стенок. Поэтому для создания
условий одновременного их затвердевания на по-
лости на формирующие тонкостенные элементы от-
ливки необходимо наносить слой изолирующего
покрытия.
Способ ЦЭШЛ позволяет получать изделия
практически любой конфигурации, например зуб-
чатую звездочку для приводных цепей. В этом слу-
чае кокиль содержит отдельные секторы, формиру-
ющие зубья звездочки (рис. 4).
Для получения нескольких отливок сравнитель-
но небольшой высоты возможно использование
многоместной формы, состоящей из соответствую-
щего количества одинаковых формообразующих
элементов и дозирующего кармана в верхней части
формы. Последний предназначен для приема избы-
точного количества металла, заливаемого из тигля
в многоместную вращающуюся форму (рис. 5).
Особенности литейных свойств стали требуют
иного подхода, чем для других случаев. Сталь за-
ливают при высокой температуре, она имеет боль-
шую усадку при затвердевании, отличается низким
уровнем жидкотекучести и повышенной склон-
ностью к трещинообразованию. Поэтому при полу-
Рис. 5. Конструктивная схема многоместного «вытряхного» ко-
киля с дозирующим карманом (а) и литая заготовка фланца
трубопровода (б)
Рис. 6. Схема секционного кокиля со стержнями из податливого
материала, установленными в формообразующих полостях
14
чении стальных отливок сложной формы целесооб-
разно применять комбинированные металлические
формы со слоем теплозащитного покрытия различ-
ной толщины на отдельных формообразующих эле-
ментах. Таким образом, можно регулировать тепло-
отвод в боковые стенки формы, торцы и формооб-
разующие полости, обеспечивать одновременное
затвердевание стенок отливки различной толщины.
При этом снижается вероятность образования горя-
чих и холодных трещин в отливке.
Для отливок, характеризующихся наличием
тепловых узлов, возможно устранение последних
путем использования податливых стержней, за-
крепленных в соответствующих частях формы (рис. 6).
При этом выравнивается толщина отливки в раз-
личных ее сечениях, что благотворно сказывается
на затвердевании.
Стержни содержат металлическую ось с клино-
вым креплением и упорной шайбой, а также втулку
из стержневой огнеупорной массы с небольшой ко-
нусностью (рис. 7), которые устанавливают в фор-
му при сборке. Кольцевой зазор между осью стер-
жня и втулкой обеспечивает им податливость.
В этом случае частота оборотов формы опреде-
ляется в зависимости от допустимого давления жид-
кого металла, исключающего разрушение стерж-
ней. Прочность материала стержней при ЦЭШЛ
должна быть не ниже (12…15)⋅102 кПа. Удаление
стержней производится путем выбивки их в на-
правлении оси отливки.
Выводы
1. Кокили для ЦЭШЛ являются изделиями наи-
более ответственного назначения с точки зрения как
производства высококачественного продукта, так и
промышленной безопасности и охраны труда, поэ-
тому для их изготовления необходимо использовать
последние достижения науки.
2. Перспективным процессом изготовления за-
готовок стальных кокилей является электрошлако-
вое литье, позволяющее получать плотные, изот-
ропные заготовки, имеющие повышенные значения
ударной вязкости при высоких значениях темпера-
туры, что является одним из основных факторов
стойкости стальных кокилей [3].
3. Перспективным способом изготовления заго-
товок стальных кокилей является способ ЦЭШЛ,
при котором возможно получение биметаллических
заготовок с внутренним слоем из жаропрочного
сплава, например ХН78Т (ЭИ435), который при
необходимости можно заваривать или наплавлять
широко распространенными жаропрочными элект-
родами ОЗЛ-25Б аналогичного состава.
1. Медовар Б. И., Маринский Г. С., Шевцов В. А. Центро-
бежное электрошлаковое литье. – Киев: О-во «Знание»,
1983. – 48 с.
2. Емельянов А. А. Технология литейной формы. – М.:
Машиностроение, 1979. – 240 с.
3. Вейник А. И. Литье в кокиль. – М.: Машиностроение,
1980. – 415 с.
4. Серебро В. С. Расчет температурного поля металлической
литейной формы // Изв. вузов. Черная металлургия. –
1968. – № 11. – С. 163—167.
5. Серебро В. С. Математическое исследование охлаждения
отливок в облицованных кокилях // Литейные свойства
сплавов. – Киев: ИПЛ АН УССР, 1972. – С. 43—44.
НТУУ «Киевский политехнический институт»
Поступила 02.03.2011
Рис. 7. Схема комбинированного стержня, установленного по
оси теплового узла
http://www.ukrrudprom.com
ОАО «Днепровский МК им. Ф. Э. Дзержинского» (ДМКД, Днепродзержинск) находится на
завершающей стадии строительства 7-ручьевой сортовой машины непрерывного литья заготовок
(МНЛЗ) №3.
После ввода оборудования в эксплуатацию на ДМКД будут три действующих машины непрерыв-
ного литья заготовки: МНЛЗ №1 и №3 годовой производительностью 1,4-1,7 млн т каждая и МНЛЗ
№2 годовой производительностью до 0,7 млн т. Максимальное производство стали в конвертерном
цехе комбината может достигать 4,2 млн. т в год. В связи с этим в пресс-службе ИСД (акционер
предприятия) отмечают, что доля непрерывной разливки может достигать от 83 до 97 % (в зависимости
от различных технологических факторов и конъюнктуры рынка).
15
|