УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ РАЗЪЕМНЫХ ФОРМ Российский патент 1997 года по МПК B22C9/00 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к намагничивающим устройствам, применяемым для изготовления магнитных форм.

Известно намагничивающее устройство для изготовления магнитной разъемной формы, содержащее полюсные пластины с полярностью N и S, соединенные у одного из своих торцов сердечником, электрическую катушку и ограждение для ферромагнитного формовочного материала. Между полюсными пластинами имеется рабочее пространство для размещения ферромагнитного формовочного материала и рабочей полости формы. Сердечник и пластины образуют C-образный магнитопровод и имеют одинаковое сечение [1]
Основные недостатки устройства:
пониженная производительность, т.к. оно позволяет изготовить только одну полуформу, а для изготовления другой полуформы необходимо еще одно такое же устройство;
повышенная трудоемкость изготовления формы на операции сборки формы, т. к. необходимо поднимать и опускать верхнюю полуформу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является намагничивающее устройство для изготовления магнитных разъемов форм, содержащее полюсные пластины с полярностью N и S, соединенные у одного из своих торцов сердечником, вокруг которого намотаны витки электрической катушки, и ограждение для ферромагнитного формовочного материала, укрепленное к пластинам или выполненное в виде опоки. Сердечник и пластины образуют С-образный магнитопровод, причем пластины и сердечник имеют разные поперечные размеры и сечение [2]
Основные недостатки устройства:
пониженная производительность, т.к. оно позволяет изготовить только одну полуформу;
повышенная трудоемкость изготовления формы на операции сборки формы, т. к. необходимо поднимать и опускать всю полуфрму.

Сущность изобретения достигается тем, что в известное устройство для изготовления магнитных разъемных форм, содержащее две полюсные пластины с полярностью N и S, соединенные между собой сердечником, вокруг которого размещены витки электрической катушки, и ограждение для формовочного материала, согласно изобретению, дополнительно введены две полюсные пластины с полярностью N и S, причем основные и дополнительные одноименные пластины соединены у одного из своих торцов между собой и с сердечником шарнирно. Внутренние грани дополнительных одноименных полюсных пластин могут соприкасаться с наружными гранями основных полюсных пластин. Торцы сердечника могут иметь цилиндрические выступы, сопряженные с одной или обеими одноименными полюсными пластинами по цилиндрическим поверхностям. Сердечник устройства может быть выполнен составным и представлять собой втулку с осью, выполненной в виде цилиндра. В шарнирном соединении между одноименными пластинами может быть установлена шайба. Шайба может быть выполнена из неферромагнитного материала. На соприкасающихся шарнирных поверхностях полюсных пластин могут быть выполнены кольцевые канавки, а в шайбах - отверстия для шариков. Нижний торец сердечника может быть выполнен с опорой для установки устройства на основание.

Введение двух дополнительных полюсных пластин с полярностью N и S позволяет повысить производительность устройства и расширить его технологические возможности, т.к. в одном устройстве можно изготовить одновременно две формы или полуформы, в т.ч. для разных отливок. Соединение основных и дополнительных пластин между собой и сердечником шарнирно также позволяет расширить технологические возможности устройства, т.к. в одном устройстве можно изготовлять две полуформы (например, верхнюю и нижнюю) для одной отливки.

Присоединение дополнительных полюсных пластин своими внутренними поверхностями к наружным поверхностям основных полюсных пластин позволяет уменьшить силу притяжения пары дополнительных пластин к торцу сердечника за счет воздушного зазора между основной и дополнительной полюсными пластинами. Уменьшение силы притяжения приводит к снижению силы трения в шарнирной паре, состоящей из двух одноименных полюсных пластин, и, как следствие, к уменьшению трудоемкости операции сборки формы.

Выполнение на торцах сердечника цилиндрического выступа, сопряженного с одной или обеими полюсными пластинами по цилиндрическим поверхностям, также позволяет уменьшить силу притяжения полюсных пластин к торцу сердечника и между собой в шарнирном соединения за счет уменьшения плоской поверхности их соприкосновения, на которой сила притяжения максимальна (а на цилиндрических поверхностях эта сила минимальна). Выполнение сердечника составным в виде втулки с цилиндрической осью позволяет еще более уменьшить силу трения в шарнирном соединении, вызванную магнитными силами, т.к. в этом случае дополнительные пластины могут вращаться относительно основных с минимальной силой притяжения к торцу сердечника (фиг.8).

Установка шайбы в шарнирном соединении между одноименными полюсными пластинами позволяет в любом упомянутом случае конструктивного выполнения шарнира уменьшить силу притяжения (а, следовательно, и силу трения) за счет появления дополнительной поверхности раздела и воздушного зазора, которые, обладая повышенным магнитным сопротивлением, уменьшают силу притяжения.

Выполнение этой шайбы из неферромагнитного материала еще более уменьшает силу притяжения (и трения) за счет увеличения магнитного сопротивления.

Выполнение на соприкасающихся шарнирных поверхностях полюсных пластин кольцевых канавок для шариков, а в шайбах соответствующих этим шарикам отверстий еще более уменьшает силу трения и трудоемкость сборки формы.

Выполнение одного из торцов сердечника с опорой для установки устройства на основание позволяет существенно облегчить соединение и разъединение половин устройства при изготовлении форм с вертикальным разъемом без применения грузоподъемных средств.

Просмотр известных технических решений намагничивающих устройств для изготовления магнитных форм не выявил известность предложенных существенных признаков, что свидетельствует о соответствии предложенного решения критериям изобретения.

На фиг.1 показано устройство, установленное на горизонтальной модельной плите, частичный разрез; на фиг.2 устройство в развернутом состоянии, вид сверху, частичный разрез по оси шарнира; на фиг.3 устройство в собранном состоянии в случае горизонтального разъема; на фиг.4 устройство в собранном состоянии в случае вертикального разъема; на фиг.5 устройство с вертикальным разъемом на опоре в сборе с двухсторонней модельной плитой; на фиг.6 - шарнирный узел, в котором выступ сердечника входит в отверстие одной полюсной пластины, разрез; на фиг.7 то же, выступ сердечника входит в отверстия обеих пластин, разрез; на фиг.8 то же, с составным сердечником, разрез; на фиг.9 - то же, с применением шайбы, разрез; на фиг.10 то же, с применением шайбы и шариков, разрез; на фиг.11 то же, с применением опоры, разрез.

Предложенное устройство в любом конструктивном исполнении содержит две пары полюсных пластин 1 и 2 с полярностью N и S, соответственно, сердечник 3, соединяющий шарнирно пластины 1 и 2, электрическую катушку 4, витки которой охватывают сердечник 3, ограждение 5 для ферромагнитного формовочного материала, винты 6 для шарнирного соединения полюсных пластин 1 и 2 с сердечником 3. Одноименные полюсные пластины 1 (или 2) у одного из своих торцов соединены между собой шарнирно с возможностью вращения относительно оси шарнира и смыкания между собой их поверхностей 7 и 8 лада (фиг.1, 6, 7, 11). Ограждение 5 на всех фигурах укреплено к полюсным пластинам 1 и 2. Однако возможно его выполнение съемным, например, в виде опоки (контейнера). Сердечник 3 выполнен с плоским торцом (фиг.1, 2) или с цилиндрическим выступом 9, входящим в ответное отверстие, выполненное в одной или обеих соединенных шарнирно пластинах 1 или 2 (фиг.6, 7, 8). Наличие этого выступа у сердечника позволяет более рационально распределить рабочий магнитный поток, создаваемый катушкой 4 в сердечнике 3, между одноименными полюсными пластинами 1 (или 2). При выполнении сердечника с выступами у торцов, которые сопрягаются с обеими полюсными пластинами, винт 6 не является осью шарнирного соединения полюсными пластинами, а служит для предупреждения схода полюсных пластин с выступа. Сердечник 3 выполнен цельным (фиг.1, 2, 6, 7, 9, 10, 11) или составным (фиг. 8). Составной сердечник содержит цилиндр 3, выполняющий функцию оси, и втулку 10, охватывающую этот цилиндр (фиг.8). Это позволяет уменьшить трудоемкость (усилие) смыкания и размыкания полуформ. По одному из частных случаев между одноименными полюсными пластинами в месте их шарнирного соединения установлены шайбы 11 (фиг.9, 10), выполненные из ферромагнитного или неферромагнитного материала. В другом частном случае конструкции шарнира на соприкасающихся шарнирных поверхностях пластин 1 (или 2) выполнены кольцевые канавки 12, в которых расположены шарики 13. При этом в шайбах 11 выполнены соответствующие отверстия для шариков 13 (фиг.10). Таким образом, шарнирное соединение в любом конструктивном исполнении содержит две одноименные полюсные пластины 1 (или 2) с полярностью N (или S) и сердечник 3. В качестве оси (цапфы) для взаимного вращения пластин 1 и сердечника 3 используется либо винт 6 (фиг.1, 2, 6, 10), либо цилиндрический выступ 9 на плоском торце сердечника 3, входящий в ответные отверстия одной или двух одноименных полюсных пластин 1 (или 2). В одном частном случае в шарнирное соединение установлена шайба 11 (фиг.8). В другом случае в этой шайбе выполнены отверстия для шариков 13, а на обращенных друг к другу плоских шарнирных поверхностях одноименных полюсных пластин выполнены кольцевые канавки 12 для этих же шариков. При использовании намагничивающего устройства для изготовления форм с вертикальным разъемом в нижнем торце сердечника 3 укреплена опора 14 для установки устройства на какое-либо основание 15 (фиг.11). В этом случае в пластинах 1 выполнены отверстия 16 для подачи формовочного материала в полость устройства и заливки расплава (фиг.11). Кроме того, возможно выполнение таких отверстий и в ограждении 5 (фиг.4).

Предложенное устройство может применятся для изготовления нескольких видов магнитных форм:
неразъемных форм, например, по газифицируемым моделям, когда устройство применяется в собранном или раскрытом виде (не показано);
разъемных форм с горизонтальным разъемом как без применения опоки (фиг. 1, 2), так и ее применением (не показано);
разъемных форм с вертикальным разъемом как без применения опоры 14 в торце сердечника (фиг.4), так и с применением этой опоры (фиг.5).

Устройство работает следующим образом.

Пример 1.

При изготовлении формы с горизонтальным разъемом без применения опоки намагничивающее устройство в раскрытом положении устанавливается ладом вниз на модельную плиту (или плиты), на которой укреплены верхняя и нижняя полумодели 17 (фиг.1). Затем в межполюсное пространство намагничивающего устройства подается ферромагнитный формовочный материал, уплотняется обычным способом и на катушку 4 подается постоянное электрическое безопасное напряжение до 110 В. Ток, проходящий по виткам катушки 4, создает магнитное поле, которое намагничивает сердечник и образует в нем магнитный поток. Этот поток направляется к торцам сердечника и переходит сначала к одной пластине, а затем к другой. В местах контакта торца сердечника 3 и пластины 1 (или 2), а также двух пластин 1 (или 2) имеются поверхности раздела и, как следствие, воздушные зазоры, имеющие большое магнитное сопротивление, которое ослабляет магнитный поток. Кроме того, к этим поверхностям контакта магнитный поток направлен перпендикулярно и поэтому полюсные пластины притягиваются друг к другу и к сердечнику с максимальной силой.

Затем магнитный поток разделяется на две части, каждая из которых намагничивает свою пару полюсных пластин (левую и правую) и ферромагнитный формовочный материал, находящийся между этими пластинами. Частицы материала, намагничиваясь, сцепляются между собой и образуют прочную систему. После этого из обеих полуформ удаляются модели известным образом и намагничивающее устройство переворачивается ладом вверх (фиг.2). Полуформы осматриваются, при необходимости окрашиваются противопригарной краской и устанавливаются литейные стержни. Затем одна из полуформ (верхняя) поворачивается на 180^o (вручную или с помощью механизма) относительно оси шарнира до соединения поверхностей 7 и 8 лада одноименных полюсных пластин. Во время поворота на первые 90^o необходимо преодолевать усилие, складывающееся из силы тяжести полуформы и силы трения в шарнирном соединении полюсных пластин и сердечника, которая существенным образом зависит от силы их магнитного притяжения. Эту силу можно уменьшить несколькими конструктивными мерами:
1) выполнить на торцах сердечника выступы 9, входящие в ответные отверстия одной или обеих полюсных пластин, тем самым уменьшив контактные поверхности, перпендикулярные направлению магнитного потока. При этом уменьшаются и потери магнитного потока, достигающего полюсных пластин (фиг.6, 7);
2) выполнить сердечник 3 составным: из цилиндра 3, выполняющего функцию оси, и втулки 10, охватывающей цилиндр. При этом целесообразно, чтобы каждый торец втулки 10 контактировал с пластинами 1 и 2, расположенными с одной стороны ее продольной оси. В этом случае отсутствует перемещение упомянутых пластин относительно втулки, что существенно уменьшает общую силу трения (фиг.8);
3) размещением между контактирующими поверхностями полюсных пластин ферромагнитной шайбы 11, которая, создавая дополнительный неферромагнитный воздушный зазор, также уменьшает трение. Сопротивление еще более увеличивается, уменьшая магнитную силу притяжения, если шайбу 11 выполнить из неферромагнитного материала (фиг.9);
4) размещением между контактирующими поверхностями полюсных пластин шариков 13, расположенных в кольцевых канавках 12, выполненных в полюсных пластинах. При этом в шайбах 11 выполняются отверстия для шариков. Эти меры могут быть выполнены по одной или в совокупности. В последнем случае происходит наибольшее ослабление сил притяжения и трения (фиг.11).

После соединения полуформ, заливки формы расплавом и его затвердевания от катушки 4 отключается напряжение и форма разупрочняется, а намагничивающее устройство переносится к месту формовки. Путем раскрытия намагничивающего устройства оно приводится в исходное состояние и цикл повторяется.

Пример 2.

При изготовлении формы с горизонтальным разъемом с применением опоки сначала на модельную плиту (или плиты, расположенные рядом) устанавливаются опоки, которые заполняются ферромагнитным формовочным материалом с последующим его уплотнением. Затем намагничивающее устройство в раскрытом положении устанавливается ладом вниз на модельную плиту так, чтобы опоки с уплотненным ферромагнитным формовочным материалом сказались в его рабочих объемах. После подачи напряжения на катушку 4 и намагничивания ферромагнитного формовочного материала работа намагничивающего устройства осуществляется аналогично примеру 1.

Пример 3.

При изготовлении формы с горизонтальным разъемом (с опокой или без нее) до операции сборки намагничивающее устройство работает аналогично примерам 1 или 2. При этом в одном намагничивающем устройстве можно изготовлять, например, две нижних полуформы для отливок разных наименований, расположенные по обе стороны от катушки 4. Для изготовления двух верхних полуформ используется другое такое же устройство, которое может не переворачиваться на 180^o. Затем верхнее намагничивающее устройство вместе с полуформами устанавливается на нижнее и получается две готовых формы. В этом случае шарнир не используется и половинки намагничивающего устройства не смыкаются до соприкосновения поверхностей лада 7 и 8, а для получения формы применяются два одинаковых намагничивающих устройства. После заливки полости формы расплавом и кристаллизации отливки устройство отключается от электрической сети. Формовочный материал разупрочняется и форму разбирают. Намагничивающее устройство готово к новому циклу.

Пример 4.

При изготовлении формы с вертикальным разъемом до операции соединения полуформ устройство работает аналогично примерам 1 или 2. Соединение полуформ осуществляется путем одновременного смыкания обеих половин шарнира таким образом, чтобы поверхность разъема формы стала вертикальной, а катушка оказалась в нижней части формы. В этом случае в ограждении (опоке) по разъему имеется отверстие для заливки расплава. После затвердевания расплава катушка 4 отключается от источника электрического напряжения и через некоторое время намагничивающее устройство раскрывается для удаления ферромагнитного формовочного материала и отливки.

Пример 5.

В некоторых случаях формы с вертикальным разъемом целесообразно изготовлять с помощью предложенного устройства, снабженного опорой 14, которая опирается на основание (фиг.11). В этом случае ось шарнира вертикальна и применяется специальная двухсторонняя модельная плита, вертикальные рабочие поверхности которой находятся под углом друг к другу. Вершина этого угла находится на оси шарнира.

Левая и правая половины намагничивающего устройства соприкасаются с модельной плитой, укрепленной на основании 15, и формовочный материал подается через отверстия 16, выполненные в верхних полюсных пластинах, в образовавшуюся полость между модельной плитой и половинами намагничивающего устройства. После уплотнения материала и упрочнения его путем подачи электрического напряжения на катушку и намагничивания сердечника и полюсных пластин половины намагничивающего устройства (полуформы) раскрываются посредством шарнира. При этом происходит протяжка моделей. Модельная плита удаляется из створа половинок намагничивающего устройства. Полуформы осматриваются (при необходимости окрашиваются, проставляются литейные стержни) и соединяются между собой путем смыкания половинок намагничивающего устройства. Возможно их скрепление между собой одним из известных способов. Затем заливается расплав, после затвердевания которого отключается напряжение с катушки. После чего раздвигаются половины намагничивающего устройства и формовочный материал вместе с отливкой под собственным весом удаляется из объема намагничивающего устройства. Цикл закончен.

По сравнению с устройством-прототипом предложенное устройство имеет более широкие технологические и функциональные возможности и облегчает выполнение операции сборки формы.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления магнитных литейных форм. Сущность изобретения: устройство содержит две пары полюсных пластин с полярностью N и S, одноименные пластины которых шарнирно соединены у одного из своих торцов между собой и с сердечником, и электрическую катушку, витки которой охватывают сердечник. 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для изготовления магнитных разъемных форм, содержащее две полюсные пластины с полярностью N и S, соединенные между собой сердечником с электрической катушкой, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными полюсными пластинами с полярностью N и S, также соединенными между собой сердечником, причем основные и дополнительные одноименные полюсные пластины соединены между собой и с сердечником шарнирно. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренние грани дополнительных полюсных пластин размещены в месте шарнирного соединения с возможностью соприкосновения с наружными гранями основных полюсных пластин. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что на торцах сердечника выполнены выступы, сопряженные с одной или с обеими одноименными полюсными пластинами по цилиндрической поверхности. 2. Устройство по любому из пп. 1 3, отличающееся тем, что сердечник выполнен составным в виде втулки и цилиндрической оси. 5. Устройство по любому из пп. 1 4, отличающееся тем, что оно снабжено шайбой, размещенной в шарнирном соединении между одноименными полюсными пластинами. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что шайба выполнена из неферромагнитного материала. 7. Устройство по любому из пп. 5 и 6, отличающееся тем, что на полюсных пластинах выполнены кольцевые канавки, а в шайбах отверстия, в которых размещены шарики. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено опорой, закрепленной на одном из торцов сердечника, для установки устройства на основании.