RU2541267C2

RU2541267C2 - Method and device for casting in mould

Info

Publication number: RU2541267C2
Application number: RU2013103880/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Малышев
Original assignee: Владимир Иванович Малышев
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2015-02-10
Also published as: RU2013103880A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy. This process comprises pouring of liquid metal in the gap between water-cooled mould inner wall and water-cooled core, metal crystallisation, cooling of cast and its removal from the mould. Prior to pouring of liquid metal the mould is rarefied. Core is heated for its expansion for shrinkage at cooling. Liquid metal is poured into mould from the furnace from above without metal overheating or from below at low pressure via bore in metal duct. Metal residue in metal duct is fitted by the gate into the mould. Cast is withdrawn from the mould from below or from above by magnet.

EFFECT: fine-grained structure, ruled out pores and chill.

16 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится в машиностроении к технологии и технике литейного производства деталей двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и др. техники.The invention relates in mechanical engineering to technology and foundry technology for parts of internal combustion engines (ICE) and other equipment.

Камский моторный завод и другие производят детали цилиндропоршневой группы, внутренний диаметр которых 92 мм, материал - специально легированный чугун, к двигателям ЗМЗ-53, 511, 513, 672, 502 и др. Гильзы-заготовки получают литьем на песчаных стрежнях в облицованный кокиль.The Kama Motor Plant and others produce parts of the piston and cylinder group, the inner diameter of which is 92 mm, the material is specially alloyed cast iron, for ZMZ-53, 511, 513, 672, 502 engines and others. The blanks are obtained by casting on sand rods in a lined chill mold.

Литье в облицованные кокили - прогрессивный технологически процесс, позволяющий получать точные отливки с малыми припусками на механическую обработку. Благодаря большой жесткости облицованные кокили могут вмещать большое количество расплавленного металла без деформации. По сравнению с литьем в песчано-глинистые разовые формы, литье в облицованные кокили позволяет значительно уменьшить припуски на обработку в 10-20 раз, сократить расход формовочных материалов в 1,5-2 раза.Lined chill casting is a technologically advanced process that allows precise castings with small machining allowances to be obtained. Due to their high rigidity, lined chill molds can hold a large amount of molten metal without deformation. Compared to casting in sandy-clay single-use molds, casting in lined chill molds can significantly reduce processing allowances by 10–20 times, and reduce the consumption of molding materials by 1.5–2 times.

При литье в металлические формы, так же как при литье в разовые песчано-глинистые формы, наружные контуры отливок образуются рабочими полостями формы, а внутренние полости - при помощи стержней. Стержни применяют или металлические, или разовые из стержневых смесей, которые разрушаются при извлечении отливки из формы.When casting into metal molds, as well as when casting into single sand-clay molds, the external contours of the castings are formed by the working cavities of the mold, and the internal cavities are formed using rods. The rods are used either metal or one-time from rod mixtures, which are destroyed when the casting is removed from the mold.

Для изготовления стержней, подвергающихся сушке в сушилках, в основном применяют песок (редко с добавками 3-10% связующих веществ (крепителей), высыхающие (льняное масло, поливиниловый спирт, сланцевая смола, сульфитная борда), затвердевающие (торфяной и древесный пек, канифоль) и др).For the manufacture of rods that are dried in dryers, sand is mainly used (rarely with the addition of 3-10% of binders (fasteners), drying (linseed oil, polyvinyl alcohol, shale resin, sulphite board), hardening (peat and wood pitch, rosin ) and etc).

К стержневым смесям предъявляются более высокие требования по прочности, огнеупорности, податливости и газонепроницаемости, т.к. стержень находится внутри расплавленного металла и испытывает с его стороны тепловые и механические воздействия.For rod mixtures, higher demands are placed on strength, fire resistance, ductility and gas impermeability, since the rod is located inside the molten metal and undergoes thermal and mechanical effects on its part.

По причине недостаточной прочности стержней исключается возможность литья в форму кокиль вакуумным разрежением под низким давлением на расплав в печи, увеличение прочности стержней, их расширение вызывает в отливке недопустимое возникновение напряжений, образование трещин и раковин. При выгорании связующих веществ из стержней выделяются газы, они способствуют образованию в отливке газовых раковин и пор.Due to the insufficient strength of the rods, the possibility of molding into the mold of chill mold by vacuum rarefaction under low pressure on the melt in the furnace is excluded, an increase in the strength of the rods, their expansion causes unacceptable stresses in the casting, the formation of cracks and shells. When the binders burn out, gases are released from the rods, they contribute to the formation of gas shells and pores in the casting.

Процесс формирования отливки в кокиле, обладающем повышенной теплопроводностью, имеет свои особенности. При быстром охлаждении (в 3-5 раз быстрее, чем в песчано-глинистой форме) структура сплава становится мелкозернистой и плотной, а механические свойства его возрастают на 10-20%. Усадка сплава затруднена, уплотнение залитого металла средствами прибыли из литника, масса которых больше отливки, не устраняет объемную усадку. Получается прибыль на усадку только в интервале кристаллизации отливки, этим самым недостаточно достигается устранение дефектов усадочного происхождения, остаточные внутренние напряжения в отливках снимаются термической обработкой.The process of forming a casting in a chill mold with high thermal conductivity has its own characteristics. With rapid cooling (3-5 times faster than in the sand-clay form), the alloy structure becomes fine-grained and dense, and its mechanical properties increase by 10-20%. Shrinkage of the alloy is difficult, compaction of the cast metal by means of profit from the gate, the mass of which is larger than the casting, does not eliminate volumetric shrinkage. The profit on shrinkage is obtained only in the range of crystallization of the casting, thereby insufficiently eliminating defects of shrinkage origin, the residual internal stresses in the castings are removed by heat treatment.

На поверхности чугунных отливок в результате быстрого охлаждения образуется слой цементита (Fe₃С) - отбел, затрудняющий механическую обработку. Для снятия отбела (разложения цементита) проводят отжиг отливок при температуре 950°C в течение нескольких часов. Образование отбела может быть предотвращено облицовкой кокиля песчано-смоленными смесями или специальными красками с высокой теплоизоляционной способностью. Особенность кокиля вызывать отбел чугунных отливок часто используют для повышения износостойкости рабочих поверхностей деталей. Этот технологический прием местного упрочнения литых деталей широко используют при производстве прокатных валков, колес железнодорожных вагонов, узкоколейных распределительных валков и толкателей клапанов двигателей внутреннего сгорания и т.д.As a result of rapid cooling, a layer of cementite (Fe ₃ С) is formed on the surface of cast iron castings - bleached, which complicates mechanical processing. To remove bleach (decomposition of cementite), castings are annealed at a temperature of 950 ° C for several hours. The formation of bleach can be prevented by lining the chill mold with sand-tar mixtures or special paints with high thermal insulation ability. The peculiarity of the chill mold to cause bleaching of cast iron castings is often used to increase the wear resistance of the working surfaces of parts. This technological technique of local hardening of cast parts is widely used in the production of rolling rolls, wheels of railway cars, narrow gauge distribution rolls and valve pushers of internal combustion engines, etc.

Наряду с достоинствами литья на песчаные стержни в облицованный кокиль, есть существенные недостатки.Along with the advantages of casting on sand rods in a lined chill mold, there are significant disadvantages.

Склонность сплава к возникновению напряжений и образованию трещин в отливках возникает в процессе их кристаллизации, фазовых превращений, торможения усадки со стороны стержня. Трещины, появившиеся в отливке после ее кристаллизации при температурах 600-700°C и ниже, называются холодными.The tendency of the alloy to the emergence of stresses and the formation of cracks in the castings occurs during their crystallization, phase transformations, and braking of shrinkage from the side of the rod. Cracks that appear in the cast after crystallization at temperatures of 600-700 ° C and below are called cold.

Как правило, внутри отливки песчаный стержень покрыт противопригарной краской, т.е. теплоизолирован, который предотвращает отбел на рабочей поверхности гильзы, а на наружной поверхности (рубашка) отливки вызывается отбел охлаждением кокиля, устраняется (для облегчения механической обработки) отжигом. Для повышения износостойкости рабочей поверхности внутри годных гильз, проводят первичную токарную обработку под закаливание (вместо отбела), твердость поверхностей 42-45 HRC. Высокая стоимость кокилей, необходимость отжига отливок, их механическая обработка под закалку - процессы трудоемкие, длительные и дорогие. Производство гильз для всех типов автомобильных двигателей с искровым зажиганием в основном на запчасти.As a rule, inside the casting the sand core is coated with non-stick paint, i.e. it is thermally insulated, which prevents bleaching on the working surface of the sleeve, and on the outer surface (shirt) of the casting it is caused by bleaching by cooling the chill mold, it is eliminated (to facilitate mechanical processing) by annealing. To increase the wear resistance of the working surface inside suitable sleeves, primary turning is performed for hardening (instead of bleached), the hardness of the surfaces is 42-45 HRC. The high cost of chill molds, the need for annealing castings, their machining for hardening are labor-intensive, time-consuming and expensive processes. The production of sleeves for all types of automotive engines with spark ignition is mainly for spare parts.

К двигателям в дизельном исполнении автомобилей и тракторов различных моделей Камский моторный завод изготовляет Цилиндровые гильзы с размерами внутренних диаметров 110, 120, 130, 140, 145, 150 мм из высокопрочных износостойких чугунов, дотированных молибденом, медью, бором и хромом, отливают в изложницах с горизонтальной осью вращения центробежным методом.For diesel engines of automobiles and tractors of various models, the Kama Motor Plant manufactures cylinder liners with dimensions of internal diameters of 110, 120, 130, 140, 145, 150 mm from high-strength wear-resistant cast irons subsidized with molybdenum, copper, boron and chrome, cast in molds with horizontal axis of rotation by centrifugal method.

Центробежное литье осуществляется во вращающиеся металлические формы - изложницы, внутрь которых заливается расплавленный металл. Под действием центробежных сил заливаемый металл оттесняется к ее внутренним стенкам, образуя внутри отливки цилиндрическое пространство, ограниченное свободной поверхностью. По этой причине не требуется использования стержня для образования внутреннего отверстия в отливке. Для вращения изложницы используют машины с электрическим или пневматическим приводом.Centrifugal casting is carried out in rotating metal molds - molds, into which molten metal is poured. Under the action of centrifugal forces, the poured metal is pushed to its inner walls, forming a cylindrical space bounded by a free surface inside the casting. For this reason, it is not necessary to use a rod to form an internal hole in the casting. To rotate the mold use machines with electric or pneumatic drive.

Процесс формирования отливки при центробежном литье имеет ряд особенностей. Значительное влияние на процесс кристаллизации и охлаждения отливки оказывает скорость вращения изложницы, которую рассчитывают с учетом плотности сплава и размера отливки. Для подсчета частоты вращения (об/мин) изложницы пользуются формулой $n = \frac{5520}{\sqrt ν γ}$

, где 5520 - опытный коэффициент; γ - плотность сплава, г/см³; v - радиус свободной поверхности, см.The process of forming castings during centrifugal casting has a number of features. A significant influence on the crystallization and cooling process of the casting is exerted by the rotation speed of the mold, which is calculated taking into account the density of the alloy and the size of the casting. To calculate the frequency of rotation (rpm) molds use the formula

n = \frac{5520}{\sqrt ν γ}

where 5520 is the experimental coefficient; γ is the density of the alloy, g / cm ³ ; v is the radius of the free surface, see

Отливка охлаждается с двух сторон: наружная поверхность отдает теплоту изложнице, а внутренняя (свободная поверхность) - в окружающую среду. Средние слои металла остаются горячими и кристаллизируются в последнюю очередь. Наиболее часто растворенные в металле газы O₂H₂N₂, они попадают из плавильных печей, исходные (шихтовых) материалов окружающей среды при плавке и заливке из носка печи в ковш, из ковша в изложницу, в которой под действием центробежных сил в горячем металле сжимаются, образуя диспергированные поры, ухудшающие механические свойства отливки. Под действием центробежных сил возникает структурная неоднородность (ликвация) внутри отливок из высоколегированных сплавов. Снизить отрицательный эффект ликвации можно изменением частоты вращения изложницы. При отливке чугунных заготовок скорость их охлаждения может быть настолько велика, что в структуре образуется цементит (карбид железа Fe₃C), обладающий высокой твердостью и затрудняющий механическую обработку резанием. Для предотвращения контакта изложницы с расплавленным металлом, а также для предупреждения отбела, используют разделительные теплоизоляционные составы виде красок, футеровки из формовочных и огнеупорных материалов. При центробежном литье под воздействием центробежных сил повышается плотность отливок и улучшается заполняемость формы с пониженной жидкотекучестью, уменьшается расход жидкого металла вследствие отсутствия литниковой системы, отпадают затраты на изготовление стержня для получения внутренней полости в отливке, повышается производительность, но наблюдается повышенная окисляемость металла в результате длительного его контакта в жидком состоянии с воздухом.The casting is cooled from two sides: the outer surface gives off heat to the mold, and the inner (free surface) into the environment. The middle layers of the metal remain hot and crystallize last. The most frequently dissolved gases in a metal are O ₂ H ₂ N ₂ ; they come from smelting furnaces, initial (charge) materials of the environment when melting and pouring from the furnace toe into a ladle, from a ladle into a mold, in which under the action of centrifugal forces in hot metal shrink, forming dispersed pores that impair the mechanical properties of the casting. Under the influence of centrifugal forces, structural heterogeneity (segregation) occurs inside castings from high alloy alloys. You can reduce the negative effect of segregation by changing the speed of the mold. When casting cast iron billets, their cooling rate can be so high that cementite (iron carbide Fe ₃ C) is formed in the structure, which has high hardness and complicates the mechanical processing by cutting. To prevent mold contact with molten metal, as well as to prevent bleaching, use heat-insulating release compounds in the form of paints, linings from molding and refractory materials. During centrifugal casting under the influence of centrifugal forces, the density of castings increases and the fillability of the mold with reduced fluidity improves, the consumption of liquid metal due to the lack of a gate system decreases, the cost of manufacturing a core to obtain an internal cavity in the casting drops, productivity increases, but increased oxidation of the metal as a result of prolonged its contact in a liquid state with air.

Длительное охлаждение отливок в форме экономически невыгодно, но раннее извлечение приводит к деформации и разрушению отливок ввиду недостаточной их механической прочности при повышенной пластичности металла. Чугунные отливки извлекают из изложниц при температуре 500-800°C. Для повышения износостойкости рабочих поверхностей внутри отожженных годных гильз, после первичной токарной обработки производится закаливание до 2,5 мм, твердость 42-45 HRC, намного меньше твердости отбела, процесс длительный, трудоемкий, дорогой.Long-term cooling of castings in the mold is economically disadvantageous, but early extraction leads to deformation and destruction of the castings due to their insufficient mechanical strength with increased ductility of the metal. Cast iron castings are removed from the molds at a temperature of 500-800 ° C. To increase the wear resistance of working surfaces inside annealed suitable shells, after initial turning, hardening up to 2.5 mm is carried out, hardness 42-45 HRC, much less hardness bleached, the process is long, laborious, expensive.

В машиностроении двигателей (ДВС) повышенной мощности и надежности, для транспортных средств оборонного значения, для изготовления цилиндровых гильз используют легированную сталь (прокатные трубы), на рабочей поверхности для обеспечения высокой твердости, износостойкости и коррозийной стойкости применяют азотирование - осуществляется при выделении активного азота из диссоциирующего аммиака. Азотируют легированную сталь, содержащую алюминий, титан, вольфрам, ванадий, молибден или хром (например, сталь марок 38ХМЮА, 35ХНЮА и др.). Барнаултрансмаш и др. делают гильзы, внутренний диаметр которых 150 мм. После токарной обработки и шлифовки, заготовки перед азотированием подвергают закалке и высокому отпуску. Наружную поверхность гильз (рубашку) изолируют обмазкой (жидкое стекло маршалит и др. связующие, вода). Азотирование производят в печах при температуре 700-760°C. На глубину азотируемого слоя до 0,7-0,9 мм, твердость 71-73 HRC. Недостаток азотирования - длительность процесса (до 90 ч). Однако стальные гильзы имеют ряд преимуществ, так как предел выносливости у стали выше, чем у чугуна, поэтому при ограниченных размерах гильз сложно обеспечить в них требуемый запас прочности. Рабочую поверхность гильз шлифуют, наружную (рубашку) хромируют. В последнее время для повышения износостойкости и коррозийной стойкости все шире начинают использовать фосфотирование, когда к гильзам предъявляют повышенные требования.In mechanical engineering of engines (ICE) of increased power and reliability, for defense vehicles, for the manufacture of cylinder liners, alloy steel is used (rolled pipes), nitriding is used on the working surface to ensure high hardness, wear resistance and corrosion resistance - it is carried out when active nitrogen is released from dissociating ammonia. Nitrided alloy steel containing aluminum, titanium, tungsten, vanadium, molybdenum or chromium (for example, steel grades 38KHMYuA, 35KHNYuA, etc.). Barnaultransmash and others make sleeves with an inner diameter of 150 mm. After turning and grinding, the blanks are subjected to hardening and high tempering before nitriding. The outer surface of the liners (shirt) is isolated with a coating (liquid glass marshalite and other binders, water). Nitriding is carried out in furnaces at a temperature of 700-760 ° C. At a depth of the nitrided layer to 0.7-0.9 mm, hardness 71-73 HRC. The lack of nitriding is the duration of the process (up to 90 hours). However, steel sleeves have several advantages, since the endurance limit of steel is higher than that of cast iron; therefore, with limited sizes of sleeves, it is difficult to provide the required margin of safety in them. The working surface of the liners is polished, the outer (shirt) chrome. Recently, to increase the wear resistance and corrosion resistance, phosphating is increasingly being used when increased demands are made on the sleeves.

В машиностроении конструкционные материалы, в частности чугуны, выплавляют в вагранках, дуговых и индукционных (тигельных и канальных) электрических печах. Для получения легированных высококачественных серых чугунов, а также и высокопрочных чугунов применяют дубликс-процессы: вагранка+индукционная тигельная или канальная печь, дуговая печь+индукционная тигельная или канальная печь, в двойных и тройных дубликс-процессах. Чугун в жидком состоянии заливают в канальную печь при помощи ковшей или через желоба с электромагнитными насосами. Канальные индукционные закрытые печи, предназначенные для выдержки и доводки металла, а также для дозировки, допускают одновременное заполнение их металлом и выпуск металла через нижнюю (сифонную) летку, непосредственно в литейную форму под давлением в печи сжатого воздуха 1,5 am. Высокая механическая прочность (запас прочности) легированных чугунов достигается изготовлением гильз из высококачественных прочных чугунов В4 38-17, В4 120-4 и др. путем получения в них графита виде шаровидных включений, жидкий чугун может быть дополнительно легирован, в него вводят небольшое количество металлического магния и др. примеси.In mechanical engineering, structural materials, in particular cast irons, are smelted in cupolas, arc and induction (crucible and duct) electric furnaces. To obtain alloyed high-quality gray cast irons, as well as high-strength cast irons, duplex processes are used: cupola + induction crucible or channel furnace, arc furnace + induction crucible or channel furnace, in double and triple duplex processes. Cast iron in a liquid state is poured into a channel furnace using ladles or through troughs with electromagnetic pumps. Induction channel closed furnaces designed for holding and finishing metal, as well as for dosing, allow their simultaneous filling with metal and metal release through the lower (siphon) notch, directly into the mold under pressure in a compressed air furnace 1.5 am. High mechanical strength (safety margin) of alloyed cast irons is achieved by manufacturing sleeves from high-quality durable cast iron B4 38-17, B4 120-4, etc. by producing graphite in the form of spherical inclusions, liquid cast iron can be additionally alloyed, a small amount of metal is introduced into it magnesium and other impurities.

Литьем вакуумным всасыванием получают отливки простой формы в виде тонкостенных втулок, прудков из (бронзы и латуни), внутри охлаждаемой водой формы вакуум-насосом создается разрежение, и расплавленный металл втягивается внутрь холодной формы, где кристаллизуется. Охлаждение отливки происходит последовательно от холодной стенки к центру, поэтому отсутствуют раковины, пористость и хорошо удаляются газы. Кроме того, не расходуется металл на литниковую систему.Casting by vacuum absorption gives castings of a simple form in the form of thin-walled bushings, ponds of (bronze and brass), a vacuum is created inside the water-cooled form by a vacuum pump, and the molten metal is drawn into a cold mold, where it crystallizes. The casting is cooled sequentially from the cold wall to the center, therefore there are no shells, porosity and gases are well removed. In addition, metal is not consumed by the gating system.

На фиг.5 показана схема установки полупрерывного литья, которым чаще получают крупные чугунные трубы на вертикальных установках. Металл при температуре 1260-1300°C заливают в форму 1, внутри которой вставлен стержень 2, также пустотелый и охлаждаемый водой. Между внутренней стенкой формы 1 и стержнем 2 образуется зазор, в котором отливка 3. Для начала процесса литья в зазор между формой и стержнем перед заполнением его металлом вводят ложное дно-затравку. А затравка соединяется с расплавленным металлом и по мере кристаллизации сплава постепенно со скоростью 0,9 - 2,9 м/мин извлекается из кристаллизатора. Вытягивание затравки и соединяющейся с ней отливки осуществляется приводами столом, на котором была закреплена затравка. Диаметр труб достигают 1000 мм и длина 10 м. Прототип. Книга Б.А. Кузьмин и др. М.: Машиностроение, 1981 г. Технология металлов и конструкционные материалы. Литье в постоянную форму-кристаллизатор взято за ближайший прототип.Figure 5 shows the installation diagram of the semi-continuous casting, which often receive large cast iron pipes in vertical installations. Metal at a temperature of 1260-1300 ° C is poured into a mold 1, inside which a rod 2 is inserted, also hollow and cooled by water. Between the inner wall of the mold 1 and the rod 2, a gap is formed in which the casting 3. To start the casting process, a false bottom seed is introduced into the gap between the mold and the rod before filling it with metal. And the seed combines with the molten metal and, as the alloy crystallizes, it is gradually removed from the crystallizer at a speed of 0.9 - 2.9 m / min. The pulling of the seed and the casting connected to it is carried out by the drives on the table on which the seed was fixed. The diameter of the pipes reaches 1000 mm and a length of 10 m. Prototype. Book B.A. Kuzmin et al. M .: Engineering, 1981. Technology of metals and structural materials. Mold casting is taken as the closest prototype.

1. Способ литья гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания (ДВС) из модифицированного или легированного чугуна, на фиг.1 показана схема устройства получения отливок в постоянной форме, на установках вертикального типа с использованием литья вакуумным всасыванием с литьем под низким давлением сжатого воздуха в плавильной печи.1. The method of casting cylinder liners of internal combustion engines (ICE) of modified or alloyed cast iron, figure 1 shows a diagram of a device for producing castings in constant form, on vertical installations using vacuum suction casting with low pressure injection molding of compressed air in a melting furnace .

В первом варианте: извлечение отливки из формы осуществляется направленно вниз, где охлаждаемая водой форма 1, внутри которой помещен стержень 2, также охлаждаемый водой, в стержне выполнен электронагреватель 11, для его расширения на величину усадки отливки при охлаждении, между внутренней поверхностью формы и стержнем создается зазор, который заполняют жидким сплавом, из печи (не показано) по металлопроводу 4, остаток металла в корпусе 6 в форму запрессовывается затвором 5, форма 1 закреплена на станине 7, в ней помещена плита 8, являющаяся дном формы, в которой встроен электромагнит 9 сцеплением с отливкой 3 вытягиваются из формы вниз штоком 10 механического привода. Для вакуумного разрежения в полости формы, в плите 8 делают тонкие каналы 12, металл же в такие каналы не проникает.In the first version: the casting is removed from the mold directed downward, where the water-cooled mold 1, inside which the rod 2 is placed, also cooled by water, has an electric heater 11 in the rod to expand it by the amount of shrinkage of the cast during cooling, between the inner surface of the mold and the rod a gap is created, which is filled with a liquid alloy, from the furnace (not shown) through the metal wire 4, the rest of the metal in the housing 6 is pressed into the mold by the shutter 5, the mold 1 is fixed to the bed 7, the plate 8 is placed in it, which is the bottom m the form in which the electromagnet 9 is integrated with the clutch 3 are pulled out of the casting mold down rod 10 of the mechanical drive. For vacuum rarefaction in the mold cavity, thin channels 12 are made in the plate 8, while the metal does not penetrate into such channels.

Перед началом процесса литья для ускорения нагрева (больших стержней), стержень 2 для его расширения нагревают на усадку при охлаждении, не препятствующую усадке отливки, электрононагревателем 11. Небольшие стержни для расширения нагревают теплом залитого металла отливки. Вакуум-насосом по каналам 12 в полости образованная в форме 1 стержнем 2 создается разрежение, которым удаляются газы и устраняется противодавление. Заливка металла в форму осуществляется под низким давлением сжатого воздуха на расплав в печи или в металлоприемнике (не показано), затвор 5 в корпусе 6 открывает отверстие заливки металла по металлопроводу 4. Доза залитого остатка металла на прибыль в корпусе 6 с пониженной текучестью затвором 5 впрессовывается в зазор формы, затем создается охлаждение стержня проточной водой, затвор задерживается в отливке во время кристаллизации на глубину ~1,5-2,5 мм, после образования твердой стенки, убирается, не открывая отверстия заливки металла в камере 6, оставляя в отливке товарный знак (маркировка). При заполнении формы металлом, автоматически отключаются системы: вакуум-насос, снижается давление сжатым воздухом на расплав в печи, по окончании охлаждения отливки до заданной температуры t~700-500°C охлаждение стержня 2 водой прекращается. Рабочая плита 8 (дно формы) в ней электромагнит 9 является магнитным сцеплением дна формы с штоком 10 механического привода (не показан) извлечения отливки 3 из формы 1. Для вакуумного разрежения полости формы, в плите 8 делаются тонкие каналы 12, металл же в такие каналы не проникает.Before starting the casting process to accelerate heating (large rods), the rod 2 for its expansion is heated to shrink during cooling, which does not interfere with the shrinkage of the casting, by the electric heater 11. Small rods for expansion are heated by the heat of the cast metal of the casting. The vacuum pump through the channels 12 in the cavity formed in the form 1 by the rod 2 creates a vacuum, which removes gases and eliminates back pressure. The metal is poured into the mold under low pressure of compressed air on the melt in the furnace or in the metal receptacle (not shown), the shutter 5 in the housing 6 opens the hole for pouring metal through the metal wire 4. The dose of the filled metal residue for profit in the housing 6 with a low flow shutter 5 is pressed into the mold gap, then cooling of the rod by running water is created, the shutter is delayed in casting during crystallization to a depth of ~ 1.5-2.5 mm, after the formation of a solid wall, it is removed without opening the holes for pouring metal in the chamber e 6, leaving a molding mark (marking). When filling the mold with metal, the systems are automatically switched off: the vacuum pump, the pressure on the melt in the furnace is reduced by compressed air, upon completion of cooling of the casting to a predetermined temperature t ~ 700-500 ° C, the cooling of rod 2 with water stops. The working plate 8 (the bottom of the mold) in it an electromagnet 9 is a magnetic coupling of the bottom of the mold with a rod 10 of a mechanical drive (not shown) for removing the casting 3 from the mold 1. For vacuum rarefaction of the mold cavity, thin channels 12 are made in the mold 8, the metal is made into channels do not penetrate.

Способ литья гильз цилиндров ДВС из модифицированного или легированного чугуна осуществляют на установках вертикального и горизонтального типов.The method of casting cylinder liners of internal combustion engines of modified or alloyed cast iron is carried out on installations of vertical and horizontal types.

Вариант 2. На фиг.2 показана схема устройства получения отливок в постоянной форме с извлечением отливки снизу вверх на установке вертикального типа с использованием литья вакуумным всасыванием с литьем под низким давлением сжатого воздуха в плавильной печи. Форма 1 пустотелая, охлаждается водой, внутри которой помещен стержень 2, также охлаждается водой, создается зазор (полость), который заполняется жидким металлом по металлопроводу 4 с подводом металла внизу. Стержень 2 закреплен в станине 7. Электромагнит 9 и тонкие каналы 12 для вакуумного разрежения полости формы выполнены в крышке 13, в зависимости от размеров фиг.3 отливка извлекается из формы механизмом 14. Место и роль корпуса прессования 6 затвором 5, фиг.1. Заливку в форму металла, фиг.2, открывает дно 15 со стенкой 16с. С стенкой 16 жестко соединены штоком двустороннего поршня в цилиндре механического привода открывающее и закрывающие в стенке формы отверстия 17, при извлечении отливки вверх и возврате дна в исходное положение, далее ниже опускаясь в седло, открывает отверстие 17 заливки металла.Option 2. In Fig.2 shows a diagram of a device for producing castings in constant form with the extraction of the casting from the bottom up on a vertical type installation using vacuum suction casting with low pressure casting of compressed air in a melting furnace. The form 1 is hollow, it is cooled by water, inside which the rod 2 is placed, it is also cooled by water, a gap (cavity) is created, which is filled with liquid metal through a metal wire 4 with a metal supply below. The rod 2 is fixed in the bed 7. The electromagnet 9 and thin channels 12 for vacuum rarefaction of the mold cavity are made in the lid 13, depending on the dimensions of FIG. 3, the casting is removed from the mold by the mechanism 14. The place and role of the pressing body 6 by the shutter 5, FIG. 1. Pouring in the shape of a metal, figure 2, opens the bottom 15 with the wall 16C. With the wall 16 are rigidly connected by a rod of a two-sided piston in the cylinder of the mechanical drive opening and closing in the wall forms of the hole 17, when removing the casting up and returning the bottom to its original position, then lowering down into the saddle, it opens the metal filling hole 17.

Для начала процесса литья в полости между формой и стержнем, перед заполнением ее металлом создают разрежение по тонким каналам 12, по которым удаляются газы и устраняется противодавление. Заливка металла в форму осуществляется под низким давлением сжатого воздуха на расплав в печи или в металлоприемнике (не показано), крышка 13 формы закрыта прижатием механизма 14, дно 15 его стенка 16 с находящейся в исходном положении закрывают в форме отверстие 17, для заливки жидкого металла дно 15-16с отпускается в седло станины 7, открывая отверстие 17. При заполнении формы металлом в стержне 2 создают охлаждение проточной водой, кристаллизация отливки происходит сверху вниз с большой скоростью. По окончании охлаждения отливки до заданной температуры t~700-500°C охлаждение стержня водой прекращается. При извлечении отливки включается электромагнит 9, являющийся сцеплением отливки с крышкой 13, закрывающей форму до удаления отливки, прижата к корпусу формы усилием механизма 14. При медленном движении дна 15 вверх с большим усилием под действием привода встроен внизу формы, в ней отверстием 17 отделяет заливаемый металл от отливки. Дно 15 с стенкой 16с в исходном положении закрывает его на время удаления отливки и вакуумирования формы. Чугуны, усадка которых 0,6-1,0 %, обладают сплавом с пониженной жидкотекучестью, при их литье расширения стержня на усадку больше, чем усадка отливки, не требуется, при этом металл заливается без перегрева, увеличивающий вначале расширение, затем усадка. Разность перепада температур на вводе в форму обогреваемого металлопровода 4 строго контролируется автоматически потенциометром. Ко всем гильзам, извлекающимся из формы как вниз, так и вверх в основном в пластическом состоянии, металл обжимающий стержень с натягом, к гильзам применяют дорнование (совмещается с извлечением отливки из формы), при котором уплотняется поверхностный слой металла внутри поверхности гильзы, чем производится калибровка внутреннего диаметра, т.е. придание точных размеров и высокого качества рабочих поверхностей. После удаления отливки крышка 13 формы закрывается механизмом 14, дно 15, механически связанное с стенкой 16с и 16, с помощью привода встает в исходное положение (при литье в вакуум) после вакуумирования формы дно 15 встает в седло в станине 7, открывая в форме отверстие 17 заливки металла, процесс литья повторяется.To start the casting process in the cavity between the mold and the rod, before filling it with metal, a vacuum is created through thin channels 12, through which gases are removed and backpressure is eliminated. The metal is poured into the mold under low pressure of compressed air on the melt in the furnace or in the metal receiver (not shown), the mold cover 13 is closed by pressing the mechanism 14, the bottom 15 of its wall 16 with the initial position closes the opening 17 in the form, for pouring liquid metal the bottom 15-16s is released into the saddle of the bed 7, opening the hole 17. When filling the mold with metal in the rod 2, cooling with running water is created, the casting crystallizes from top to bottom at a high speed. Upon completion of cooling the casting to a predetermined temperature t ~ 700-500 ° C, the cooling of the rod with water stops. When removing the casting, the electromagnet 9 is turned on, which is the clutch of the casting with the lid 13, which closes the mold until the casting is removed, is pressed to the mold body by the force of the mechanism 14. When the bottom 15 moves upward with great effort under the action of the drive, it is built into the bottom of the mold; metal from casting. The bottom 15 with the wall 16c in the initial position closes it at the time of removal of the casting and evacuation of the mold. Cast iron, whose shrinkage is 0.6-1.0%, has an alloy with reduced fluidity, when casting the expansion of the rod to shrink more than the shrinkage of the casting, it is not required, while the metal is poured without overheating, increasing expansion first, then shrinkage. The difference in temperature difference at the input into the form of a heated metal wire 4 is strictly controlled automatically by a potentiometer. For all sleeves that are removed from the mold both downward and upward mainly in the plastic state, the metal is a crimping rod with an interference fit, an mandrel is applied to the sleeves (combined with extraction of the casting from the mold), in which the surface layer of metal is compacted inside the surface of the liner, thereby calibration of the inner diameter, i.e. giving accurate dimensions and high quality work surfaces. After the casting is removed, the mold cover 13 is closed by the mechanism 14, the bottom 15, mechanically connected to the wall 16c and 16, with the help of the drive rises to its original position (when vacuum casting) after the mold is evacuated, the bottom 15 rises into the seat in the bed 7, opening a hole in the mold 17 pouring metal, the casting process is repeated.

Литьем с вакуумным всасыванием под низким давлением сжатого воздуха в плавильном агрегате достигается высокое качество и производительность гильз в постоянной форме из прочных чугунов.Casting with vacuum suction under low pressure of compressed air in the smelting unit achieves high quality and productivity of sleeves in a constant form of durable cast irons.

Для двигателей Камаз и др. гильзы отливают в изложницы, не охлаждаются водой, наружная поверхность изложницы для предотвращения контакта с расплавленным металлом, также для предупреждения отбела теплоизолируют, а внутренняя поверхность ограничивается теплом залитого металла. При литье гильз на песчаные стержни в облицованный кокель, охлаждение отливки водой затруднено.For engines, Kamaz and other liners are cast into molds, not cooled by water, the outer surface of the mold to prevent contact with molten metal, they are also insulated to prevent bleaching, and the inner surface is limited by the heat of the cast metal. When casting sleeves on sand rods in a lined cocktail, it is difficult to cool the casting with water.

Требуемая структура чугуна обеспечивается модификаторами ферросилиций или силикокальций. Специальное легирование молибденом, медью, бором и хромом обеспечивает повышенную износостойкость. Высокопрочный чугун, для получения графита в виде шаровидных включений в жидкий чугун вводят небольшое количество металлического магния.The required structure of cast iron is provided by modifiers of ferrosilicon or silicocalcium. Special alloying with molybdenum, copper, boron and chromium provides increased wear resistance. High-strength cast iron, to obtain graphite in the form of spherical inclusions, a small amount of metallic magnesium is introduced into molten cast iron.

Графитизация и структура чугуна существенно зависят от химического состава и скорости охлаждения отливки. На структуру чугуна значительно влияет скорость охлаждения. Чем тоньше отливка, тем быстрее охлаждение и в меньшей степени протекает графитизация. Поэтому при одном и том же химическом составе чугуна структура получается различной в зависимости от толщины отливки. Механические свойства серого чугуна в основном определяются количеством, формой и размерами включений графита.The graphitization and structure of cast iron substantially depend on the chemical composition and cooling rate of the casting. The structure of cast iron is significantly affected by the cooling rate. The finer the casting, the faster the cooling and less graphitization. Therefore, with the same chemical composition of cast iron, the structure is different depending on the thickness of the casting. The mechanical properties of gray cast iron are mainly determined by the amount, shape and size of graphite inclusions.

Особенность постоянной формы в чугунных отливках вызывать отбел, в которых в результате быстрого охлаждения водой образуется слой цементита (Fe₃C) отбел ввиду большой твердости и прочности, этот технологический прием является простым эффективным обеспечением износостойкости рабочих поверхностей внутри цилиндровых гильз (ДВС).The constant shape feature in cast iron castings causes bleaching, in which, as a result of rapid cooling with water, a cementite layer (Fe ₃ C) is bleached due to its high hardness and strength, this technique is a simple effective way to ensure the wear resistance of working surfaces inside cylinder liners (ICE).

На наружной поверхности отливок образование отбела, затрудняющего механическую обработку резанием, может быть предотвращено облицовкой формы, песчано-смоляными смесями или специальными красками с высокой теплоизоляционной способностью.On the outer surface of the castings, the formation of bleached, which complicates the mechanical processing by cutting, can be prevented by facing the mold, sand-resin mixtures or special paints with high thermal insulation ability.

Например, кремний является компонентом, который способствует получению серого чугуна, образует с железом силициды FeSi и Fe₃Si₂ и способствует этим выделению графита. Увеличение массового содержания в чугуне приводит к уменьшению в нем количества цементита и, следовательно, к улучшению обрабатываемости его режущим инструментом.For example, silicon is a component that contributes to the production of gray cast iron, forms silicides FeSi and Fe ₃ Si ₂ with iron, and contributes to this evolution of graphite. An increase in the mass content in cast iron leads to a decrease in the amount of cementite in it and, consequently, to an improvement in its machinability with a cutting tool.

На фиг.3 показана гильза к двигателю ЗМЗ, внутренний рабочий диаметр Ф=92 мм, наружный, не требующий обработки Ф₂=110 мм, при этом толщина стенки 5 мм, обработанный диаметр Ф₃=100 мм, стенка 4 мм, т.е. толщина 1 мм (нагретая трением) обрабатывается алмазными резцами. На фиг.4 показана гильза к двигателю Д160Figure 3 shows the liner to the engine ZMZ, the inner working diameter f = 92 mm, the outer one that does not require processing f ₂ = 110 mm, while the wall thickness is 5 mm, the machined diameter f ₃ = 100 mm, the wall is 4 mm, t. e. 1 mm thick (heated by friction) is machined with diamond tools. Figure 4 shows the sleeve to the engine D160

внутренний диаметр 0=150 мм, диаметр Ф₂=172 мм, диаметр Ф₃=168 мм, две канавки глубиной 2 мм (под уплотнительные кольца) делаются специальными алмазными резцами.inner diameter 0 = 150 mm, diameter Ф ₂ = 172 mm, diameter Ф ₃ = 168 mm, two grooves 2 mm deep (for O-rings) are made with special diamond cutters.

Способ и установки получения отливок в постоянной форме - новые прогрессивные технологические процессы, позволяющие получать любых размеров точные гильзы из модифицированного и легированного чугуна.The method and installation for producing castings in constant form are new progressive technological processes that make it possible to obtain precision sleeves of any size from modified and alloyed cast iron.

Установка для литья гильз цилиндров ДВС из модифицированного и легированного чугуна, содержащая охлаждаемую водой постоянную форму 1 и пустотелый охлаждаемый водой стержень 2, помещенный внутри формы, образующие зазор, для заливки жидкого металла, оборудована печью, соединённой с формой посредством встроенного в стенку формы металлопровода 4 с корпусом прессования 6, затвором 5. Форма закреплена на станине 7, в ней помещена плита 8, являющаяся передвижным дном формы. Металлопровод снабжен электронагревателем и управляется автоматическим лагометром. Для создания вакуумного разрежения в форме в дне 8 выполнены каналы 12. Так как извлечение отливки из формы затравкой или захватом без повреждения отливки не получается, в плите встроен электромагнит 9, выполняющий роль электромагнитного сцепления отливки с плитой 8, механически связаны штоком 10 привода, извлекающий отливку сверху вниз. Сверху в неотъемлемой крышке закрепленный на ней охлаждаемый водой стержень, в нем помещен электронагреватель 11, который при необходимости обеспечивает теплом расширения стержня, но в основном при литье больших отливок в горячую форму, что улучшает ее заполнение металлом пониженной жидкотекучести. Металлическая форма при необходимости имеет тонкие термоизоляционные покрытия, которые предотвращают отбеливание чугуна и разгар формы, в этом случае охлаждение формы водой приостанавливается, охлаждается водой только стержень.The installation for casting cylinder liners of ICE from modified and alloyed cast iron, containing a water-cooled permanent mold 1 and a hollow water-cooled rod 2, placed inside the molds to form a gap for pouring liquid metal, is equipped with a furnace connected to the mold by means of a metal wire 4 built into the mold wall with the pressing body 6, the shutter 5. The form is fixed on the bed 7, there is placed a plate 8, which is the mobile bottom of the form. The metal wire is equipped with an electric heater and is controlled by an automatic lagometer. To create a vacuum rarefaction in the mold, channels 12 are made in bottom 8. Since extraction of the casting from the mold by seeding or gripping without damaging the casting is not possible, an electromagnet 9 is integrated in the plate, which acts as the electromagnetic coupling of the casting to the plate 8, which are mechanically connected by the actuator rod 10, which extracts casting from top to bottom. Above, in an integral cover, a rod cooled by water is fixed on it, an electric heater 11 is placed in it, which, if necessary, provides heat for expansion of the rod, but mainly when casting large castings in a hot mold, which improves its filling with metal of low fluidity. The metal mold, if necessary, has thin heat-insulating coatings that prevent whitening of cast iron and mold height, in this case, the cooling of the mold by water is suspended, only the core is cooled by water.

Установка для литья гильз цилиндров ДВС из модифицированного или легированного чугуна, содержащая охлаждаемую водой постоянную форму 1 и пустотелый охлаждаемый водой стержень 2, помещенный внутри формы с образованием зазора (полости) для заливки жидкого металла для образования отливки 3, оборудована печью (или металлоприемником), соединенной с формой посредством обогреваемого металлопровода 4, подведенного в форму снизу. Стержень 2 закреплен в станине 7, электромагнит 9 и тонкие каналы 12 для вакуумного разрежения полости формы сделаны в крышке 13, в зависимости от размеров отливки, после извлечения ее из формы снизу вверх удаляется механизмом 14. Заливку жидкого металла в форму обеспечивает дно 15 со стенкой 16с, представляющее собой вид по высоте толстого кольца, внутренний и внешний диаметры которых соответствуют размерам отливки. Дно 15 стенками 16 и 16с жёстко соединено штоком (не показан) двухстороннего поршня в цилиндре привода. При движении сверху вниз дно 15 для вакуумирования формы (с воздухом, который всасывается дном) встает в исходное положение, не открывая отверстие 17 для заливки в форму металла, становится в седло станины 7, открывая отверстие 17 (леток), заливка металла осуществляется вакуумным разрежением с литьем под низким давлением на расплав в плавильном агрегате. Все операции процесса литья полностью автоматизированы, процесс управляется компьютерной техникой.An installation for casting cylinder liners of internal combustion engine of modified or alloyed cast iron, containing a water-cooled permanent mold 1 and a hollow water-cooled rod 2, placed inside the mold to form a gap (cavity) for pouring liquid metal to form a casting 3, is equipped with a furnace (or metal receiver), connected to the mold by means of a heated metal wire 4, fed into the mold from below. The rod 2 is fixed in the frame 7, the electromagnet 9 and thin channels 12 for vacuum rarefaction of the mold cavity are made in the lid 13, depending on the size of the casting, after removing it from the mold from the bottom up, it is removed by the mechanism 14. The liquid metal is poured into the mold by a bottom 15 with a wall 16c, which is a view in height of a thick ring, the inner and outer diameters of which correspond to the dimensions of the casting. The bottom 15 of the walls 16 and 16s are rigidly connected by a rod (not shown) of a double-sided piston in the drive cylinder. When moving from top to bottom, the bottom 15 for evacuating the mold (with air that is sucked in by the bottom) rises to its original position without opening the hole 17 for pouring metal into the mold, becomes in the saddle of the bed 7, opening the hole 17 (let), the metal is filled with vacuum rarefaction with low pressure injection on the melt in the melting unit. All operations of the casting process are fully automated, the process is controlled by computer technology.

Полупрерывным литьем чаще получают чугунные отливки на вертикальных установках. Расплав заливают в металлоприемник, откуда под действием ферростатического напора он поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор с графитовой вставкой, стержень же снабжен графитовой оболочкой. Применение графита обусловлено тем, что он обладает высокой теплопроводностью, достаточной прочностью при высоких температурах и низким коэффициентом теплового расширения, плохо смачивается расплавленным металлом и не требует смазки. Графитовая вставка легко отделяется от внутренней поверхности кристаллизатора, а также графитовая оболочка удаляется просто с поверхности стержня, что позволяет быстро переналадить форму-кристаллизатор и стержень на другой профиль.Cast iron castings on vertical installations are more often obtained by continuous casting. The melt is poured into a metal receiver, from where, under the action of a ferrostatic pressure, it enters a water-cooled mold with a graphite insert, while the core is equipped with a graphite shell. The use of graphite is due to the fact that it has high thermal conductivity, sufficient strength at high temperatures and a low coefficient of thermal expansion, is poorly wetted by molten metal and does not require lubrication. The graphite insert is easily separated from the inner surface of the mold, and the graphite shell is simply removed from the surface of the rod, which allows you to quickly change the mold and the rod to another profile.

Для получения например, гильз (ДВС) с внутренними диаметрами Ф 145 мм и 150 мм вместо двух установок используют одну, в этом случае кристаллизатор и в нем стержень делают соответственно их размерам с взаимозаменяемыми вставками и стержнями, для повышения долговечности их делают из сплавов на основе молибдена и других огнеупорных материалов. Рабочую поверхность вставок и стержней покрывают огнеупорными (противопригарными) материалами и красками, которые периодически наносят в процессе работы формы-кристаллизатора.To obtain, for example, sleeves (ICE) with internal diameters of 145 mm and 150 mm, instead of two plants, one is used, in this case, the mold and the core in it are made according to their sizes with interchangeable inserts and rods, to increase their durability they are made from alloys based on molybdenum and other refractory materials. The working surface of the inserts and rods is coated with refractory (non-stick) materials and paints, which are periodically applied during operation of the mold.

Литье высококачественных высокопрочных чугунных отливок с отбелом на внутренней поверхности гильзы и без него на наружной поверхности, эффект литья в кристаллизатор зависит от соотношений размеров стержня по отношению толщины стенок отливки скорости охлаждения, сокращающей изменения объемов, повторяющих расширения и усадку в период кристаллизации до полного охлаждения. Отливки приобретают высокую плотность и механические свойства. Благодаря интенсивному теплоотводу от отливки в стержень, в 20 раз превышающему теплоотвод облицованного кокиля с песчаным стержнем и одновременно горячему деформированию отливки в период охлаждения.Casting of high-quality high-strength cast iron castings with bleach on the inner surface of the liner and without it on the outer surface, the effect of casting into the mold depends on the ratio of the size of the rod in relation to the thickness of the walls of the casting of the cooling rate, which reduces the volume changes, repeating expansion and shrinkage during crystallization until complete cooling. Castings acquire high density and mechanical properties. Due to the intensive heat removal from casting to the core, 20 times higher than the heat dissipation of the lined chill mold with a sand core and at the same time hot deformation of the casting during the cooling period.

При литье в облицованный кокиль существенным недостатком является необходимость изготовления стержня для получения внутреннего отверстия (полости) в отливке. Литье получают на песчаных одноразовых стержнях, технология является трудоемкой, преобладает ручной труд, низкий % годного, до 50% брак, коробления, пористость, раковины, трещины. Неметаллические включения, плохая чистота поверхностей и структура металла в сравнении с литьем в вакуум под низким давлением сжатого воздуха в печи (или ферростатического напора) в форму-кристаллизатор.When casting in a lined chill mold, a significant drawback is the need to manufacture a rod to obtain an internal hole (cavity) in the casting. The casting is obtained on sandy disposable rods, the technology is labor-intensive, manual labor prevails, low% suitable, up to 50% rejects, warpage, porosity, shells, cracks. Non-metallic inclusions, poor surface cleanliness and metal structure in comparison with vacuum casting at low pressure of compressed air in a furnace (or ferrostatic pressure) into a mold.

Отливка, полученная литьем в облицованный кокиль с песчаным стержнем, требующая иногда и необходимости термической обработки (отжига) для устранения как отбела, так и усадочных внутренних напряжений, способствует образованию усадочных горячих и холодных трещин. После первичной токарной обработки производится закаливание внутренних рабочих поверхностей, а также низкий отпуск, что является ненужным. Большой расход металла на литниковую систему и механическую обработку отливок делают этот процесс экономически приемлемым только при большом выпуске деталей в серийном и массовом производстве.The casting obtained by casting in a lined chill mold with a sand core, sometimes requiring the need for heat treatment (annealing) to eliminate both bleached and shrink internal stresses, contributes to the formation of shrink hot and cold cracks. After the initial turning, hardening of the internal working surfaces is performed, as well as low tempering, which is unnecessary. The high consumption of metal for the gating system and the machining of castings make this process economically acceptable only with a large production of parts in serial and mass production.

К отливке гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания предъявляются высокие требования износостойкости, прочности при ограниченных размерах в диаметрах, по высоте и толщине цилиндра, получаемые на машинах с горизонтальной осью вращения изложниц центробежным литьем. Процесс формирования отливки при центробежном литье имеет ряд существенных недостатков. Значительное влияние на процесс кристаллизации и охлаждение отливки оказывает скорость вращения изложниц ~300-1200 об/мин. Для отливки гильз цилиндров ДВС используют высокопрочные чугуны. Под действием центробежных сил возникает структурная неоднородность (ликвация) внутри отливок из высоколегированных сплавов.The requirements for wear resistance, strength with limited dimensions in diameters, height and thickness of the cylinder obtained by machines with a horizontal axis of rotation of the molds by centrifugal casting are high requirements for casting a cylinder liner of an internal combustion engine. The process of forming castings during centrifugal casting has a number of significant drawbacks. A significant effect on the crystallization process and cooling of the casting is exerted by the mold rotation speed of ~ 300-1200 rpm. For casting cylinder liners ICE use high-strength cast iron. Under the influence of centrifugal forces, structural heterogeneity (segregation) occurs inside castings from high alloy alloys.

Применение разностопных футеровок при центробежном литье позволяет получать отливки с выступающими диаметрами и меньших размеров на наружной поверхности, в этом случае форма для центробежного литья является не постоянной, а полупостоянной, так как футеровка выдерживает только однократное заполнение металлом. При центробежном литье под действием центробежных сил улучшается заполняемость формы сплавами с пониженной жидкотекучестью, но наблюдается повышенная окисляемость металла в результате длительного его контакта в жидком состоянии с воздухом. Образование в изложнице при литье чугунных заготовок отбела, для его снятия (разложения цементита) проводят отжиг при температуре 950°C в течение десятков часов. В результате чего отжиг чугунных заготовок является большим энергопотребителем и требует больших трудозатрат.The use of multi-lining linings in centrifugal casting allows castings with protruding diameters and smaller sizes to be obtained on the outer surface, in this case the centrifugal casting mold is not constant, but semi-permanent, since the lining can withstand only a single metal filling. In centrifugal casting under the action of centrifugal forces, the mold fillability is improved by alloys with reduced fluidity, but increased oxidizability of the metal is observed as a result of its prolonged contact in the liquid state with air. The formation in the mold during casting of cast-iron billets bleached; to remove it (decomposition of cementite), annealing is carried out at a temperature of 950 ° C for tens of hours. As a result, annealing of cast iron billets is a large energy consumer and requires a lot of labor.

После первичной токарной обработки гильзы производится закалка внутренней рабочей поверхности токами высокой частоты, затем низкий отпуск, финишная обработка: гильза обрабатывается на высокотехнологичных станках HAAS (США). Обеспечивается высочайшая точность обработки каждой гильзы для всех типов автомобильных и тракторных двигателей. Производимые литьем заготовки гильз, необходимость последующей технологической цепочки механических обработок резанием и абразивами, известны на всех предприятиях машиностроения как операции трудоемкие длительные и дорогие. П.О. Алтайский моторный завод, производитель тракторных и комбайновых дизельных двигателей, которому поставляет комплектующие детали цилиндропоршневой группы ОАО мотородеталь Кострома, а также изготовляет и поставляет цилиндропоршневые группы (запчасти) во все регионы страны и за рубеж СНГ.After primary turning of the sleeve, the inner working surface is quenched with high-frequency currents, then low tempering, finishing: the sleeve is processed on high-tech HAAS machines (USA). The highest machining accuracy of each liner is provided for all types of automobile and tractor engines. The blanks for shells produced by casting, the need for a subsequent technological chain of machining by cutting and abrasives, are known at all engineering enterprises as labor-consuming, time-consuming and expensive operations. BY. Altai Motor Plant, a manufacturer of tractor and combine diesel engines, to which it supplies components for the cylinder-piston group of Kostroma motor-component OJSC, and also manufactures and supplies cylinder-piston groups (spare parts) to all regions of the country and abroad of the CIS.

Например, ОАО Барнаултрансмаш - изготовитель дизельных двигателей (ДВС) повышенной мощности для бронетехники и судовых транспортных средств. Для получения цилиндровых гильз используют легированную сталь (трубы), заготовки прокатывают под размеры с допусками на механическую обработку, в зависимости от назначения изделия, иногда гильзы обрабатывают чистовым точением под закалку, в основном применяют азотирование, для получения на внутренней поверхности гильзы высокопрочной твердости и износостойкости, применяют специальные стали, содержащие молибден, хром, алюминий и др. Делают гильзы, внутренний диаметр Ф 150 мм, перед азотированном наружную поверхность (рубашку) изолируют обмазкой. Недостаток азотирования - длительность процесса (до 90 часов), высокая стоимость легированной стали, большое потребление электроэнергии, а также необходимость привлекать ручной труд.For example, Barnaultransmash OJSC is a manufacturer of high-power diesel engines (ICE) for armored vehicles and marine vehicles. To obtain cylinder liners, alloy steel (pipes) is used, billets are rolled to dimensions with tolerances for machining, depending on the purpose of the product, sometimes liners are machined by quenching, nitriding is mainly used to obtain high strength hardness and wear resistance on the inner surface of the liner use special steels containing molybdenum, chromium, aluminum and others. Make sleeves, inner diameter f 150 mm, isolate the outer surface (jacket) before nitriding smear. The lack of nitriding is the duration of the process (up to 90 hours), the high cost of alloy steel, high energy consumption, and the need to involve manual labor.

Получение высококачественных высокопрочных чугунных гильз литьем в форму-кристаллизатор осуществляется механотепловой программой управления процессом (МТЧПУ) полупрерывным автоматизированным производством литья. 100% входящих шихтовых материалов контролируются спектральным методом на автоматической компьютерной системе. Синтетический чугун, из которого изготовляют все гильзы КМЗ, более износостойкий и прочный, он имеет строго заданную, более плотную структуру.The production of high-quality high-strength cast iron sleeves by casting into a mold is carried out by a mechanical thermal process control program (MTCHP) of semi-continuous automated casting production. 100% of the input charge materials are controlled by the spectral method on an automatic computer system. Synthetic cast iron, from which all KMZ liners are made, is more wear-resistant and durable, it has a strictly specified, more dense structure.

Для плавки используют индукционные печи высокой частоты, они обеспечивают равномерный химический состав и микроструктуру сплава. Химический состав расплава контролируется при помощи фотоэлектрической спектральной установки. Металл очищается от шлаков при помощи флюса на основе перлитовых пород. Требуемая структура чугуна обеспечивается специальными модификаторами. Микроструктура анализируется с помощью микроскопа, данные которого автоматически передаются на компьютер.High-frequency induction furnaces are used for melting; they provide uniform chemical composition and microstructure of the alloy. The chemical composition of the melt is controlled using a photovoltaic spectral setup. The metal is cleaned of toxins using a perlite-based flux. The required cast iron structure is provided by special modifiers. The microstructure is analyzed using a microscope, the data of which is automatically transferred to a computer.

По новому прогрессивному значению полупрерывное литье в постоянную форму-кристаллизатор, при котором затраты и время на получение литых гильз цилиндров (ДВС) по сравнению с известными литьем и стальных азотированных гильз в 10-12 раз меньше при 100% качестве механических свойств износостойкости, прочности и точности деталей машин.According to the new progressive value, semi-continuous casting into a permanent mold, at which the cost and time to obtain cast cylinder liners (ICE) compared with the known castings and steel nitrided liners is 10-12 times less with 100% mechanical properties of wear resistance, strength and precision machine parts.

Способ и устройство для литья в форму-кристаллизатор цилиндропоршневой гильзы может найти очень широкое применение на предприятиях моторопроизводителей и мотородеталь в России и за рубежом.The method and device for casting into the mold-cylinder of the piston cylinder liner can find very wide application at the enterprises of motor manufacturers and motor parts in Russia and abroad.

Claims

1. A method of casting cylinder liners of internal combustion engines from modified or alloyed cast iron, comprising pouring liquid metal into the gap between the inner wall of the water-cooled mold and the water-cooled rod, crystallizing the metal and cooling the casting, removing the cast from the mold, characterized in that before pouring the molten metal into create a vacuum in the form, heat the rod to expand it by the amount of shrinkage during cooling, pour liquid metal into the mold without overheating the metal from above from the furnace through the hole in the metal wire, the remainder of the metal in the metal wire is pressed into the mold by the shutter, after the cooling of the casting is completed, the shutter is removed without opening the hole for pouring metal in the metal wire, while the cast is removed from the mold from below using an electromagnet.

2. The method according to p. 1, characterized in that when removing the shells from the mold, they are burnished.

3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the rod is covered with a graphite shell.

4. The method according to p. 1 or 2, characterized in that interchangeable inserts and rods of alloys based on molybdenum and other refractory materials are installed in the mold to produce sleeves with internal diameters, for example, Ø 145 mm and 150 mm.

5. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the rod is made of a material whose shrinkage does not hinder the shrinkage of the casting, for example, alloy steel based on molybdenum with a carbon content of 0.14-0.75% with a shrinkage of 1.5- 2.5% or from manganese steels with a manganese content of 10-14% with a shrinkage of 2.5-3.8%.

6. The method according to p. 1 or 2, characterized in that to prevent the formation of bleached on the outer surface of the liner use separation heat-insulating materials.

7. A method of casting cylinder liners of internal combustion engines from modified or alloyed cast iron, comprising pouring liquid metal into the gap between the inner wall of the water-cooled mold and the water-cooled rod, crystallizing the metal and cooling the casting, removing the cast from the mold, characterized in that before pouring the molten metal into create a vacuum in the form, heat the rod to expand it by the amount of shrinkage during cooling, pour the liquid alloy into the mold without overheating the metal from below with a siphon d low pressure from the furnace through the hole in metalloprovoda metal residue in metalloprovoda pressed into a gate shape, and cooling at the end of the casting is removed upwards by moving the bottom pusher and using an electromagnet.

8. The method according to p. 7, characterized in that when removing from the form of shells carry out their burning.

9. The method according to p. 7 or 8, characterized in that the rod is coated with a graphite shell.

10. The method according to p. 7 or 8, characterized in that interchangeable inserts and rods of molybdenum-based alloys are installed in the mold to produce sleeves with internal diameters, for example, Ø 145 mm and 150 mm.

11. The method according to p. 7 or 8, characterized in that the rod is made of a material whose shrinkage does not complicate the shrinkage of the casting, for example, alloy steel based on molybdenum with a carbon content of 0.14-0.75% with a shrinkage of 1.5- 2.5% or from manganese steels with a manganese content of 10-14% with a shrinkage of 2.5-3.8%.

12. The method according to p. 7 or 8, characterized in that to prevent the formation of bleached on the outer surface of the liner use separation heat-insulating materials.

13. Installation for casting cylinder liners of internal combustion engines of modified or alloyed cast iron, containing a water-cooled permanent mold and a hollow water-cooled rod installed inside the mold to form a gap for pouring liquid metal, characterized in that it is equipped with a furnace connected to the mold by a metal wire built into the wall with a shutter for pouring metal from above, an integral cover with a rod fixed to it cooled by water, while the bottom of the mold is made in in the form of a plate with a built-in electromagnet connected by a rod with a double-sided piston of the drive to extract the casting down, with a heater installed in the rod and channels made in the bottom to create a vacuum in the mold.

14. Installation according to claim 13, characterized in that the metal wire is equipped with an electric heater and an automatically controlled ratiometer.

15. Installation for casting cylinder liners of internal combustion engines of modified or alloyed cast iron, containing a water-cooled constant shape and a hollow water-cooled rod installed inside the mold with the formation of a gap for pouring liquid metal, characterized in that it is equipped with a channel furnace connected to the mold by means of a metal wire for filling the mold with a low pressure siphon, a lid with a built-in electromagnet for removing the casting from the mold up and a bed with a fixed and it is cooled by a rod, while the bottom of the mold is a thick ring, the inner and outer diameters of which correspond to the size of the casting, is equipped with pushers and can be moved to remove the casting up, and channels are made in the lid to create a vacuum in the mold.

16. Installation according to p. 15, characterized in that the metal wire is equipped with an electric heater and an automatically controlled ratiometer.