ФОРМОВОЧНАЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК B22C15/30 

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к конструкциям формовочных машин для изготовления разовых песчаных полуформ в опоках.

Известна формовочная машина, содержащая основание, выполненное за одно целое с направляющим цилиндром, ударник, центрирующийся в направляющем цилиндре, и рабочий стол, свободно установленный на ударнике и посредством хвостовика центрирующийся в цилиндрической полости, выполненной в верхней части ударника, с образованием рабочей камеры пневмопривода. Машина имеет систему поршневого воздухораспределения в виде каналов и проточек, выполненных в столе и ударнике. Подача воздуха из магистрали в рабочую камеру вызывает подъем стола с полезной нагрузкой и опускание ударника, сопровождающееся сжатием пружин, посредством которых ударник опирается на основание, и аккумулированием этими пружинами энергии. По ходу движения хвостовика стола и ударника открываются выхлопные отверстия и отработавший воздух из рабочей камеры входит в атмосферу. Стол и ударник проходят еще некоторые расстояния по инерции, а затем меняют направления движения и совершают рабочие ходы навстречу друг другу: стол с полезной нагрузкой под действием сил тяжести, ударник под действием сжатых при подготовительном ходе пружин. В конце встречного хода происходит соударение стола и ударника, вызывающее резкое торможение стола и уплотнение смеси под действием сил инерции и возникающих при ударе вибраций оснастки и смеси. Под действием одностороннего пневмопривода как стол, так и ударник совершают только подготовительные ходы.

В известной формовочной машине имеет место тесная взаимосвязь движений стола и ударника, так как привод действует на эти оба подвижные тела и одинаковой силой в одно и то же время. Поэтому примерно равны и количества движения стола с полезной нагрузкой и ударника перед ударом, а скорости тел перед ударом находятся в соотношении, обратном соотношению масс стола и ударника. Это условие затрудняет выбор массы ударника для обеспечения высокой технологической эффективности машины. При использовании легких (относительно стола с полезной нагрузкой) ударников основная часть энергии от привода передается ударнику, перемещение и скорость стола значительно меньше, чем ударника. Имеют место частные удары, при которых длительность контакта стола и ударника небольшая, скорость отражения стола невелика, а технологическая эффективность машины низкая: равномерное уплотнение нижних слоев смеси для сложных форм не достигается даже при продолжительном встряхивании. Машины с ударниками малой массы изготавливают только встряхивающе-прессовыми. При использовании тяжелых ударников (сопоставимых по массе с массой стола с полезной нагрузкой) перемещение и скорость стола становятся значительно большими. Однако резко снижаются частота ударов и скорость ударника перед ударом, а возможности интенсификации движения ударника ограничены взаимосвязью этого движения с движением стола, падение которого с большой высоты под действием сил тяжести продолжается относительно долго. Еще один недостаток известной машины связан с использованием механических пружин, под действием которых совершается рабочий ход ударника. При изменении массы полезной нагрузки желательно изменять и жесткость пружин, а это можно сделать только их заменой. Еще более необходимо изменение жесткости пружин и их длины при переходе от режима "чистого" встряхивания к режиму прессования с наложенным виброударным нагружением.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является формовочная машина, содержащая прессующий цилиндр основание с поршнем в виде пустотелого плунжера, в полости которого размещен ударник, имеющий в верхней части цилиндрическую полость, в которой центрируется направляющий хвостовик рабочего стола. Машина имеет пневмопривод с двумя камерами: верхней сформированной как в известной машине поверхностями хвостовика стола и полости ударника, и нижней, образованной нижним торцом ударника и дном и стенками полости плунжера. В деталях машины выполнена система воздухораспределения для периодического сообщения верхней пневмокамеры с магистралью и атмосферой и постоянного сообщения нижней пневмокамеры с атмосферой. В нижней пневмокамере размещена пружина, запасающая энергию при ходе ударника вниз и затем разгоняющая ударник вверх. Для уменьшения поджима пружины при работе встряхивающего механизма в режиме ударного вибратора при прессовании машина снабжена дополнительным устройством в виде штока с тарелкой, опускающихся при подъеме плунжера. Тем самым облегчается движение ударника вниз.

Однако в известной машине также используется односторонний пневмопривод и имеют место те же недостатки, которые были указаны для другой известной машины в связи с тесной взаимосвязью движений стола и ударника. Поэтому возможности интенсификации движения ударника в обеих машинах довольно ограниченные и позволяют уменьшить необходимое для изготовления полуформы число ударов не более, чем в 1,25 раза. Это недостаточно при современных жестких требованиях по производительности, энергозатратам и снижению шума.

Целью изобретения является повышение качества полуформ и надежности машины и снижение необходимого для изготовления одной полуформы числа ударов.

Для этого предлагаемая формовочная машина содержит прессующий цилиндр-основание с поршнем, выполненным в виде пустотелого плунжера, в полости которого размещен ударник, образующий нижним торцом и дном и стенками полости плунжера нижнюю пневмокамеру, рабочий стол с направляющим хвостовиком, центрирующимся в цилиндрической полости, выполненной в верхней части ударника, с образованием верхней пневмокамеры, и систему поршневого воздухораспределения. Система воздухораспределения содержит каналы для постоянного сообщения верхней пневмокамеры с атмосферой и периодического поочередного сообщения нижней пневмокамеры с магистралью и атмосферой.

На чертеже изображена формовочная машина, разрез.

Формовочная машина содержит прессующий цилиндр-основание 1, на котором сверху установлен и закреплен направляющий цилиндр 2. Во внутренней полости цилиндров 1 и 2 размещен пустотелый плунжер 3, на верхнем торце которого неподвижно закреплена втулка 4, формирующая вместе с плунжером ступенчатую полость. Ступенчатый по наружной поверхности ударник 5 размещается в указанной полости плунжера 3 и опирается на дно полости через амортизирующую прокладку 6. В верхней части ударника 5 выполнена цилиндрическая полость, в которой центрируется хвостовик 7 рабочего стола 8, установленного посредством упругих элементов 9 на верхнем торце втулки 4. Сверху на ударнике 5 закреплена амортизирующая прокладка 10. Детали машины поверхностями формируют несколько пневмокамер: верхнюю камеру 11, образованную поверхностями полости ударника 5 и нижним торцом хвостовика 7, камеры двустороннего пневмопривода ударника нижнюю камеру 12 рабочего хода ударника (вверх), образованную дном и стенками полости плунжера 3 и нижним торцом ударника 5, и дополнительную камеру 13 подготовительного хода ударника (вниз), образованную нижним торцом втулки 4, цилиндрической поверхностью и уступом ударника 5 и цилиндрической поверхностью полости плунжера 3, а также рабочую камеру 14 прессующего цилиндра и промежуточную камеру 15. Машина имеет поршневое воздухораспределение для реализации рабочего процесса с отсечкой и расширением воздуха в рабочих камерах 12 и 13 привода ударника. Для подачи воздуха в камеры 12 и 13 из магистрали в плунжере 3 выполнен канал 16, во втулке 4 канал 17, а в ударнике 5 канал 18 и проточка 19. Опорожнение камер 12 и 13 в атмосферу происходит по каналам 20 и 21, выполненным в плунжере 3, и каналу 22, выполненному в цилиндре 1. Верхняя камера 11 постоянно сообщена с атмосферой каналом 23. Камера 14 прессующего цилиндра снабжена единственным каналом 24 для подачи и удаления воздуха.

Формовочная машина работает следующим образом.

На рабочем столе 8 устанавливается модельная плита, на которую устанавливается опока (не показаны). Опоку заполняют формовочной смесью и начинают предварительное уплотнение встряхиванием подключением канала 16 к магистрали. Воздух из магистрали через проточку 19 и канал 18 попадает в рабочую камеру 12. По мере нарастания давления в камере 12 ударник 5 начинает движение и разгоняется вверх. При этом камера 13 сообщена с атмосферой каналом 221 и не препятствует разгону ударника. Когда ударник совершает вверх ход, равный ходу впуска, канал 16 разобщается с проточкой 19, и наполнение камеры 12 прекращается. Происходит расширение воздуха в камере 12, а затем открывается канал 20, по которому отработавший воздух выходит в камеру 15, а из последней по каналу 22 в атмосферу. Далее перекрывается канал 21, а затем канал 17 сообщается с камерой 13 и начинается наполнение камеры 13. В конце хода вверх ударник 5 наносит удар по неподвижному в 1-м цикле стола 8. При ударе происходит переда энергии от ударника 5 столу 8, и стол 8 разгоняется и движется вверх. Формовочная смесь в опоке, ускоряясь вверх, рабочим столом 8 уплотняется под действием инерционных сил и возникающих при ударах вибраций оснастки. Ударник 5 в результате отскока начинает движение вниз, разгоняясь силой тяжести и нарастающим давлением воздуха в камере 13. По мере движения ударника 5 вниз каналы системы воздухораспределения открываются и закрываются в обратной последовательности. Сначала канал 17 разобщается с камерой 13. В камере 13 происходит расширение воздуха, а затем открывается канал 21, и отработавший воздух из камеры 13 выходит через камеры 15 в атмосферу. В это же время перекрывается канал 20, а канал 16 сообщается с проточкой 19, начинается повторное наполнение камеры 12. Давление в камере 12 быстро нарастает за счет наполнения из магистрали и уменьшения ее объема, соответственно нарастает и тормозящее действие этой камеры на падающий ударник. В результате ударник 5, не соприкоснувшись с прокладкой 6, меняет направление движения и разгоняется вверх. По ходу ударника переключение каналов системы воздухораспределения происходит в той же последовательности, что и в 1-м цикле. За время двойного хода ударника вниз-вверх рабочий стол также совершает двойной ход вверх-вниз, но движение стола замедляется, прекращается, а затем ускоряется только силой тяжести менее интенсивно, чем движение ударника с помощью двустороннего пневмопривода. Поэтому встречное соударение падающего стола 8 с ударником 5 происходит до соприкосновения стола 8 с упругими элементами 9, т.е. стол, как и ударник не соударяется с плунжером 3 и не создает динамических нагрузок на фундамент машины. Цикл работы пневмокамер и системы воздухораспределения повторяется, при периодически повторяющихся ударах происходит резкое торможение и разгон стола вверх, вызывающие равномерное распределение смеси в опоке и уплотнение нижних и средних ее слоев. После достижения достаточного предварительного уплотнения смеси встряхивание прекращается отключением канала 16 от магистрали. Ударник и стол опускаются в исходные положения.

Окончательное уплотнение смеси производится прессованием с наложенным (одновременным) виброударным нагружением. Над опокой устанавливается траверса с прессующей колодкой (не показаны). Подачей воздуха из магистрали по каналу 24 в камеру 14 включается прессование, при котором по мере нарастания давления в камере 14 плунжер 3 идет вверх, поднимая ударник и стол и уплотняя смесь при сжатии ее между прессующей колодкой и модельной плитой. Эффективность прессования резко повышается при наложенном виброударном нагружении, возникающем при подключении канала 16 к магистрали. Воздух наполняет камеру 12 и разгоняет ударник вверх с ударом в конце хода по неподвижному столу. Работа системы воздухораспределения и камер пневмодвигателя совершается в той же последовательности, что и в режиме "чистого встряхивания", и обеспечивает периодически повторяющиеся удары ударника по столу, вызывающие импульсное повышение сжимающих напряжений в смеси и колебания оснастки и обеспечивающие быстрое и равномерное доуплотнение смеси.

По достижении необходимой плотности смеси виброударное нагружение прекращается отключением канала 16 от магистрали. Затем заканчивается прессование сообщением камеры 14 с атмосферой, плунжер 3 опускается в исходное положение и убирается траверса. Производится отделение полуформы от модельной плиты, удаление полуформы и подача очередной опоки на формовку.

Существенные отличительные признаки предлагаемой формовочной машины обеспечивают повышение качества полуформ (плотности, твердости поверхности и равномерности уплотнения) и снижение необходимого для уплотнения одной полуформы числа ударов за счет интенсификации движения ударника с помощью двустороннего пневмопривода, хорошей вентиляции верхней пневмокамеры и уменьшения сил трения. Согласно проведенным расчетам по сравнению с прототипом число ударов и время уплотнения сокращается в 2-5 раз, а разброс плотности и твердости сокращается в 2-4 раза. Система воздухораспределения обеспечивают быстрый и надежный запуск машины в работу и поддержание устойчивого режима движения ударника и стола. Конструкция машины упрощается, так как исключается довольно сложное пневматическое устройство рабочего хода ударника и не требуется регулировать давление воздуха, подаваемого в камеру пневмопружины. При снижении необходимого для изготовления одной полуформы числа ударов уменьшается износ машины и повышается ее долговечность. Таким образом создана простая, надежная и высокоэффективная универсальная встряхивающе-прессовая формовочная машина с встречным ударом.

Использование: в литейном производстве, преимущественно в конструкциях формовочных машин для изготовления разовых песчаных полуформ в опоках. Сущность изобретения: формовочная машина содержит прессующий цилиндр-основание 1 с поршнем 3, выполненным в виде пустотелого плунжера, на верхнем торце которого закреплена втулка 4, формирующая с плунжером 3 ступенчатую полость, в которой размещен ступенчатый по наружной поверхности ударник 5, образующий нижним торцем и дном и стенками полости плунжера 3 нижнюю пневмокамеру 12, рабочий стол 8, свободно установленный на верхнем торце втулки 4 посредством упругих элементов 9 и снабженный направляющим хвостовиком 7, центрирующимся в цилиндрической полости, выполненной в верхней части ударника 5 с образованием верхней пневмокамеры 11. Система воздухораспределения содержит канал 23 для постоянного сообщения верхней пневмокамеры 11 с атмосферой и каналы 16, 17, 18 для подачи воздуха в нижнюю камеру 12 и в дополнительную камеру 13. Камера 14 прессующего цилиндра снабжена каналом 24 для подачи и удаления воздуха. 1 ил.

ФОРМОВОЧНАЯ МАШИНА, содержащая прессующий цилиндр-основание с поршнем в виде пустотелого плунжера, в полости которого размещен ударник, образующий своим нижним торцом с дном и стенками полости плунжера нижнюю пневмокамеру, рабочий стол с направляющим хвостовиком, центрированным в цилиндрической полости, выполненной в верхней части ударника, с образованием верхней пневмокамеры, и систему поршневого воздухораспределения, отличающаяся тем, что она выполнена с системой каналов для периодического сообщения с магистралью и атмосферой нижней пневмокамеры, а верхняя пневмокамера постоянно сообщена с атмосферой.