Специальные изделия изготовленные методом непрерывного литья

Издавна предлагалось методом непрерывного литья изготовлять не только слитки или полуфабрикаты (полосы, плиты, трубы и т. п.), но и готовые или почти готовые изделия.

Хунт в 1881 г. изготовил типографскую полосу.

Е. и О. В. Нортон пытались отливать железнодорожные рельсы.

Многие предложения касались изготовления типографских пластин. Это предложения Лойда 1882 г., Грискома, фирмы Haselet Storage Battery Co и Девиса.

Алгрен в 1922 г. занимался литьем решеток, М. Лиссбергер пытался отливать шары.

Проперци также в 1946 т. сконструировал машину для литья шаров между двумя валками. Ho выходе из валков шары, еще соединенные друг с другом перемычкой, должны были автоматически отделяться в выбрасывающем устройстве.

В этой связи следует упомянуть сконструированную в 1933 г. фирмой Du Pont de Nemours Co машину непрерывного литья для изготовления алюминиевого порошка.

На бесконечной цепи, вращающейся вокруг двух роликов, на расстоянии 200 мм друг от друга укреплены стальные пластинки размером 300х300 мм таким образом, что на прямых участках они перекрываются внахлестку.

Верхняя ветвь образует относительно гладкую, слегка наклонную литейную поверхность, на которую разливается алюминий. В связи с принудительным изменением положения стальных пластинок образующаяся металлическая полоса разрывается в наивысшей точке на отдельные пластинки. Цепь совершает весь цикл за 6—10 сек.

На рис. 1542 и 1543 показано приспособление для разливки чушек, в частности чушек из легких металлов, спроектированное фирмой Durener Metallwerke AG в 1944 г. Валки 1 вращаются в подшипниках вокруг оси 2. Они снабжены выступами 3. Два взаимнопротивоположных выступа 6 ограничивают формирующую полость. Для разделения чушек на две части между выступами 3 расположены более низкие выступы 4, которые делают в чушке насечки. Торцовые стенки формирующего пространства образуются бесконечными лентами, вращающимися на роликах 5. Последние, как и промежуточные ролики 7, прижимаются пружинами 8 к торцам валков 1; цифрой 9 обозначен заливочный желоб. Валки и ролики с бесконечными лентами помещены в камеру 10, погруженную в холодильник. Следующие одна за другой чушни связаны перемычкой. В начале литья в машину вкладывают готовые чушки, так как иначе расплавленный металл вытечет через зазор между выступами. При падении на наклонную поверхность 12, ограниченную по краям буртами 13, чушки разламываются и захватами 14 транспортирующего устройства, состоящего из бесконечной ленты 15 и роликов 16, выдаются из холодильника 11 по желобу 17.

В 1954 г. фирмой Vereinigte Aluminiumwerke было предложено в электролизной печи для алюминия набранные пакетами шины заменить массивными (монолитными), которые могут быть изготовлены любых размеров способом непрерывного литья. При этом уменьшается количество стыков, уменьшается теплообразование вследствие сопротивления прохождению тока и требуется значительно меньше места.

Машина фирмы Willard Storage Battery Co для изготовления свинцовой дроби аналогична установке для непрерывного литья. По окружности кольца высверлено много радиальных отверстий, образующих небольшие литейные формы, снабженные выталкивателями.

Несколько ниже высшей точки траектории колеса, вращающегося вокруг горизонтальной оси, по желобу заливается свинец. Он заполняет формы и образует поверх их полосу, соединяющую изделия. После этого основная масса излишка свинца удаляется вращающейся фрезой, а затем отрезаются остатки, и изделия выбрасываются выталкивателем.

Изготовление труб с раструбом непрерывным литьем предусматривалось многими изобретателями и приобрело еще большее значение в настоящее время.

Юнганс в 1951 г. разработал показанную на рис. 1544 установку для изготовления чугунных труб с раструбом. При вставленном в устройство раструбном стержне 1 и тем самым закрытом выходе кристаллизатора металл подается в формующее пространство. При этом охлаждаемый водой стержень трубы 2 совершает колебания в вертикальном направлении.

Как только жидкий металл достигает высоты 3, приводится в движение опускающееся устройство 4 совместно с раструбным стержнем. При этом непрерывно продолжается подача металла и вибрация стержня.

Кристаллизатор должен быть такой длины, чтобы раструб 5 успевал затвердевать до состояния, допускающего перемещение, когда жидкий металл достигает высоты 3. Изображенный на рисунке раструбный стержень металлический, но можно применять и неметаллические стержни.

Аналогичная установка была предложена фирмой Schwitzke Metallwerken в 1951 г. для изготовления непрерывным литьем изделий с фланцем, утолщением или с другими особенностями формы на конце, при этом нижняя часть кристаллизатора выполняется соответствующим образом. На рис. 1545 и 1546 показано образование трубы с внутренним фланцем, а на рис. 1547 и 1548 — трубы с соединительной муфтой.

С целью предотвращения зажатия металлом охлаждаемой оправки при отливке труб с раструбом фирмой Eisenwerke Gelsenkirchen было предложено во время процесса литья охлаждаемую водой наружную раструбную форму и металлический раструбный стержень (также охлаждаемые водой) перемещать относительно друг друга в направлении оси установки непрерывного литья. Этот метод пояснен на рис. 1549—1551.

Охлаждаемые водой кристаллизатор 1 и оправка 2 установлены неподвижно. Наружный раструбный кокиль 4 установлен на опускающемся столе 3; 5—металлический раструбный стержень. Как только первая часть залитого металла затвердеет на внутренней поверхности раструба (рис. 1549), раструбный стержень 5 оттягивается вниз до тех пор, пока не освободит внутреннюю поверхность раструба (рис. 1550). После этэго наружный кокиль раструба 4 опускается и начинается собственно процесс непрерывного литья (рис. 1551).

При малом сечении трубы или незначительной толщине стенки трубы с раструбом затвердевание цилиндрической части трубы происходит очень быстро. Поэтому ввиду опасности зажатия оправки этой частью трубы непрерывное литье необходимо начинать по возможности раньше. В этом случае рекомендуется наружную раструбную форму и раструбный стержень опускать сначала одновременно вниз с одинаковой скоростью до тех пор, пока не затвердеют внутренние и наружные поверхности раструба, после чего стержень движется быстрее, чем раструб. Когда стержень освободит внутреннюю поверхность раструба, обе части могут двигаться с одинаковой скоростью.

При непрерывной отливке пустотелых изделий важно, чтобы зеркало жидкого металла постоянно держалось на одинаковой высоте и прилегало к верхнему участку оправки для сохранения определенных стабильных условий затвердевания и предотвращения зажатия оправки образующимся изделием. При отливке труб с раструбом скопление металла в раструбной части обусловливает более медленное затвердевание, так что собственно непрерывное литье посредством опускания затравочного поддона может начаться лишь в момент, когда нижняя утолщенная часть полого изделия затвердеет настолько, что можно будет не опасаться прорыва жидкого металла. Однако к этому моменту вследствие застывания внутренней поверхности утолщенной части трубы ввиду охлаждающего действия оправки, может наступить настолько сильная усадка этой внутренней поверхности, что, несмотря на коническую форму оправки, она может оказаться зажатой. Исходя из этого, фирма Eisenwerke Gelsenkirchen в 1955 г. предложила во время литья утолщенной части изделия повышать зеркало жидкого металла в кристаллизаторе, в то время как относительно оправки уровень металла должен держаться на постоянной высоте. Особенно эффективно к началу процесса непрерывного литья опускать кристаллизатор совместно с затравочным поддоном относительно оправки, остающейся в неизменном положении до тех пор, пока верхний участок кристаллизатора с постоянным сечением не достигнет сохраняющего примерно одинаковое положение уровня жидкого металла и тем самым не займет своего нормального положения. Затем следует дальнейшее опускание затравочного поддона из этого положения.

Существенно, что затвердевание металла на оправке происходит от начала процесса непрерывного литья до его окончания при постоянном скольжении металла вдоль оправки, т. е. как при классическом процессе непрерывного литья, в то время как в кристаллизаторе первая часть процесса непрерывного литья протекает практически без относительного движения, следовательно, по типу стационарного литья, после чего по окончании опускания кристаллизатора в его суженной части с постоянным сечением начинается относительное движение, т. е. начинается процесс непрерывного литья.

На рис. 1552—1554 изображена для примера установка для непрерывного литья, причем на рис. 1553 и 1554 показана только половина установки.

Рис. 1552 показывает начало литья, рис. 1553 — момент, когда кристаллизатор достигает своего низшего положения, а рис. 1554 — последующий момент.

Коническая оправка 2 укреплена на стационарной разливочной площадке 5 с помощью подвесного приспособления 6 и моста 7. Заливочный желоб 8 питается через раздвоенный разливочный желоб 9. Он имеет возможность вращаться при помощи привода 10, 11 и 12 — стационарные трубопроводы охлаждающей воды для оправки. Кристаллизатор, охлаждаемый водой с помощью подвода 21 и отвода 22, состоит из верхней части 13 постоянного сечения и нижней расширенной части 14, служащей для образования раструба 4 (рис. 1553 и 1554). Кристаллизатор находится на фланце 15 заправочного поддона 3, который с помощью стойки 16 опирается на опускающийся стол 17.

В начале литья кристаллизатор поднят на такую высоту, что верхняя кромка оправки 2 находится в нижней части кристаллизатора 1, а разливочный желоб 8 — в его средней части. После того как зеркало жидкого металла 18 достигнет уровня, показанного на рис. 1552, начинается опускание кристаллизатора с целью поддержания зеркала жидкого металла на уровне верхнего участка оправки.

Таким образом, опускающийся стол 17 движется вниз во время опускания изделие 19 затвердевает в условиях скольжения по оправке, но без относительного движения к кристаллизатору. Опускание кристаллизатора задерживается упорным кольцом 20 (рис. 1554). Затем кристаллизатор занимает свое нормальное положение для заливки части изделия с постоянным сечением и дальнейший процесс непрерывного литья происходит уже при неподвижном кристаллизаторе, как это показано на рис. 1554.

В исполнении, показанном на рис. 1555 и 1556 (обозначения те же), затравочный поддон 3 имеет раструбный стержень 21.

При протекании вышеописанного процесса в связи с продолжительным контактом затвердевающей утолщенной части изделия с кристаллизатором на этом участке произойдет настолько сильная теплоотдача, что может вызвать образование трещин. В случае непрерывного литья чугуна может возникнуть столь твердая корка, что последующая обработка будет затруднена, не говоря уже о том, что в этом случае материал кристаллизатора будет испытывать очень сильные напряжения. Во избежание этого фирма Eisenwerke Gelsenkirchen рекомендует вначале опускать только образовавшийся утолщенный конец изделия относительно оправки и кристаллизатора, чтобы в случае необходимости освободить раструбный конец отливки из расширенной нижней части еще неподвижного кристаллизатора. Только после этого кристаллизатор опускается вместе с отливаемым полым изделием, пока верхний его край при примерно постоянном уровне жидкого металла не достигнет высоты верхней кромки оправки. С этого момента следует дальнейшее опускание изделия при неподвижном кристаллизаторе.

Этот метод работы представлен на рис. 1557—1560, причем на рисунках изображены только кристаллизатор 1, оправка 2, затравочный поддон 3 и формирующееся изделие 4. В начале отливки детали занимают по отношению друг к другу положение, показанное на рис. 1557. Кристаллизатор 1 поднят относительно оправки 2 и затравочный поддон 3 закрывает нижний конец кристаллизатора против оправки. После того как зеркало жидкого металла достигнет нормального положения и утолщенный конец 4 изделия достаточно затвердеет, начинает опускаться только затравочный поддон 3. Это может происходить, как показано на рис. 1558, до выхода утолщенной части полого изделия из кристаллизатора, затем вместе с затравочным поддоном и отливкой начинает опускаться кристаллизатор до тех пор, пака верхний участок отливки с постоянным сечением не достигнет зеркала жидкого металла. Окончание опускания кристаллизатора показано на рис. 1559. Скорость опускания кристаллизатора не требуется согласовывать со скоростью опускания затравочного поддона. Она может в зависимости от условий литья быть больше или меньше. При дальнейшем опускании затравочного поддона кристаллизатор сохраняет свое положение, как это показано на рис. 1560. При литье металлов, дающих большую усадку, как например чугун и сталь, и в данном случае легких металлов для избежания зажатия раструбом металлического стержня и для получения качественной внутренней поверхности раструба необходимо, чтобы вывод раструбного стержня из раструба происходил с большой скоростью.

Для этой цели фирма Eisenwerke Gelsenkirchen создала в 1954 г. устройство, в котором раструбный стержень может соединяться со специальным механизмом; при вращении этого механизма благодаря наличию нарезки стержень толчками выводится из отлитого раструба. Работа такого устройства схематично показана на рис. 1561—1563. 1 — нижняя часть кристаллизатора для непрерывного литья; 2 — корпус, установленный на опускающем столе 3; 4 — раструбный стержень; 5.— верхняя и 6 — нижняя половины соединительной муфты; 7 — рычаг включения муфты и 8 — маховик. На рис. 1561 показан момент, когда раструб уже отлит и началась заливка трубы. Раструбный стержень занимает еще свое первоначальное положение. Рис. 1562 изображает устройство в момент соединения раструбного стержня с маховиком. Рис. 1563 показывает положение непосредственно после соединения. Раструбный стержень толчками выводится из раструба и освобождает его.

Рис. 1564 и 1565 поясняют предложенный в 1955 г. фирмой Eisenwerke Gelsenkirchen способ литья полых изделий, закрытых с одной стороны, например для изготовления длинных цилиндров высокого давления. При взаимодействии кристаллизатора 1 с оправкой 2 и затравочным поддоном 3 образуется полое изделие с дном 4. Аналогичным способом, показанным на рис. 1566 и 1567, можно отливать полые изделия, имеющие в дне 4 отверстие 5.

Согласно изобретению фирмы Mahle, методом непрерывного литья можно получать полые изделия, у которых одна из поверхностей (внутренняя или наружная) параллельны оси, а другая не имеет цилиндрической формы.

На рис. 1568 показано устройство для литья поршней двигателей внутреннего сгорания. Форма состоит из стального стержня 1 (из трех частей), охлаждаемого водой днища 2 и низкого кольцеобразного кристаллизатора 3. Стержень 1 и днище 2 жестко соединены рамой 4. Кристаллизатор 3 перемещается вертикально по направляющим колоннам 5, вместе с ним перемещается и заливочный желоб 6. Во время литья кристаллизатор медленно поднимается. Поршень 7 показан на рисунке штрих-пунктиром.

На рис. 1569 показано устройство для литья цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Форма состоит из кристаллизатора 1 (из двух частей) и стержня 4, движущегося относительно него. Стенки 3 стержня интенсивно охлаждаются многочисленными струями воды, вытекающими из отверстий 4 детали 5, а верхняя часть его защищена от охлаждения крышкой 6 из керамического материала. Подвод металла осуществляется через литник 7. В течение литья стержень 2 и литник 7 медленно поднимаются.

Компанией Hydraulik в 1949 г. было предложено изготовлять алюминиевые баллоны для сжатого газа путем комбинирования непрерывного литья и горячей штамповки.

На рис. 1570 и 1571 показан способ непрерывного литья; на рис. 1570 — начало разливки и положение перед опусканием затравочного поддона, а на рис. 1571 — дальнейшая стадия литья. 1 — короткий кристаллизатор с водяной рубашкой 2, 3 — охлаждаемая оправка, обычно керамическая (например, из фарфора), которая эксцентрично вращается на оси 4. Кристаллизатор вначале закрыт внизу затравочным поддоном 5, на котором находится пружинящее кольцо 6. Во время литья алюминия через кольцо 7 в кристаллизатор вращающаяся оправка обжимает затвердевающий металл. При этом оправка вращается с эксцентриситетом, так что усадка затвердевающего полого изделия не может препятствовать происходящему медленному опусканию затравочного поддона 5. В утолщенной нижней части образующейся трубы сжатие также не может вызвать защемления, поскольку кольцо выполнено пружинящим.

Юнганс в 1939 г. предложил отливать профилированные конструкционные детали относительно большой длины, такие как телефонные и телеграфные столбы, рельсы и балки, в кристаллизаторе и при выходе из него придавать им окончательную форму прокаткой, для чего большей частью достаточно одной пары валков, которые одновременно являются и тянущими. Во время литья конструкционные детали, например из магниевых сплавов, можно укреплять заливаемой в металл арматурой или плакировать другим металлом.

В 1949 г. фирма Wieland-Werke предложила изготовлять непрерывным литьем металлические подшипники скольжения с окончательной конфигурацией, при этом (не антифрикционная) часть вкладыша и собственно вкладыш (антифрикционный слой) могут быть сварены в процессе литья. Для получения точных размеров требуется только небольшая механическая обработка заготовки, которая в данном случае заменяется деформацией в холодном состоянии.

По предложению Шустера облицовочные планки из легких металлов, например для автомобилей и т. п., можно изготовлять непрерывным литьем, в процессе которого в них закладываются крепежные болты. Выданный на это предложение патент содержит описание устройства с прямым открытым литейным желобом и с одним валком, расположенным на некотором расстоянии от места заливки, который придает планке точный профиль и в нужном случае наносит декоративный орнамент. Аналогично предложение Гамильтона.

Фирма Gustav Lauterjung предложила метод производства кокильного литья, согласно которому элементы разбирающихся кокилей собираются перед выпускным мундштуком и сдвигаются в направлении литья. При этом освобождающиеся от кокилей отливки оказываются связанными между собой литниками. При неограниченной длине отливаемого изделия конструкция кокилей делается такой, чтобы формообразование изделия осуществлялось в результате непрерывного примыкания собираемых кокилей друг к другу.

Метод особенно пригоден для производства изделий из легких сплавов, например ребристых цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

На рис. 194 и 195 представлена в плане установка для непрерывного литья ребристых труб, одна из которых показана на рис. 1572.

Ауэр предложил применять метод непрерывного литья для производства бесконечных бесшовных труб с ребрами, идущими по винтовой линии с малым углом подъема, из свинца, алюминия или их сплавов.

Нa рис. 1573 представлено соответствующее устройство.

В выполненный в форме сопла кристаллизатор 1 вставлена полая оправка 2. Металл подводится под давлением попеременно из камер 3 и 4. Труба 5 после выхода из кристаллизатора подвергается обкатке несколькими парами расположенных вокруг нее валков 6, которые уплотняют стенку трубы и калибруют ее. Затем труба захватывается профилирующими валками 7 и 8, которые образуют на ней ребра.

На рис. 1574 и 1575 показано устройство фирмы Reichswerke AG fur Bergund Huttenbetrieb (1943 г.), презназначенное для непрерывной отливки цепей из стали, чугуна и цветных металлов. В патентной заявке упомянуты также стекло и пластмассы. Четыре формирующих валка, на поверхности которых выфрезерованы соответствующие звенья, располагаются в одной плоскости, как показано на рисунке. В месте встречи валков образуется короткий кристаллизатор, в котором жидкий металл заполняет образующиеся крестообразные формы звеньев цепи.

Выходящая готовая цепь охлаждается кольцевыми спрейерами. Предусматривается охлаждение валков за счет погружения их в охлаждающие ванны.

На рис. 1576 показано устройство фирмы La Soudure Electrique Autogene для производства электродной проволоки методом литья между четырьмя валками. Предусматривается непрерывная присадка дробленого флюса 2 в струю жидкого металла 1. Металл застывает в непрерывный электродный пруток 3 раньше, чем основная масса флюса успеет расплавиться. Цифрой 4 обозначены водяные спрейеры.

Можно упомянуть еще устройство конструкции Якобсона для производства проволоки для пайки с внутренней флюсовой начинкой.

Установка Бренана, показанная на рис. 531, предназначена, в основном, для производства пористых прутков, идущих на изготовление конденсаторных электродов. С этой целью тигли 1 и 2 загружаются смесью из 80% расплавленного алюминия и 20% порошкообразной окиси алюминия. Смесь хорошо перемешивается (механизм для перемешивания не изображен). Перемешивание производится также в тигле 3. Литье производится в камерах 7, 8 и 9 в защитной атмосфере, образуемой, например, азотом или гелием при избыточном давлении.