УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ Российский патент 1997 года по МПК B22C9/12 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к модельно-стержневой оснастке для изготовления преимущественно оболочковых стержней и форм из смесей, отверждаемых в оснастке при обработке газообразным отвердителем.

Известен способ изготовления оболочковых форм, отверждаемых в оснастке при обработке газообразным отвердителем (см. Рабинович Б.В, Платонов Б.Н. Резинских Ф.Ф. Тонкостенные формы. Литейное производство, 1961, N 7, с. 12). При реализации этого способа для изготовления оболочковых форм или стержней используют устройство, включающее модельную плиту с моделью, в которых выполнены отверстия для подвода газообразного отвердителя смесей, формообразующий элемент в виде матрицы из сплошного материала и универсальную разъемную рамку в виде опоки. Причем формообразующий элемент предназначен для оформления нерабочей поверхности, а модель рабочей поверхности оболочковой формы (по состоянию в момент заливки формы металлом).

Недостатки указанного устройства состоят в том, что формообразующий элемент выполнен из сплошного материала, а подвод газообразного отвердителя осуществляют через сконцентрированные каналы в модели в направлении от рабочей к нерабочей поверхности формы, что создает неблагоприятные условия для формирования качества оболочек. А именно, использование формообразующего элемента (матрицы) из сплошного газонепроницаемого материала замедляет фильтрацию газа-отвердителя через оболочку, что вызывает необходимость повышения давления в газоподающей системе и увеличения размеров и числа сконцентрированных отверстий в модели, через которые подается газ-отвердитель. При этом качество рабочей поверхности форм ухудшается из-за необходимости зачистки ее от наростов смеси, формирующихся в газоподающих отверстиях модели при вдуве через них формовочной смеси в формообразующую полость. Кроме того, подача газа-отвердителя через сконцентрированные отверстия в модели вызывает пересыщение поверхностного рабочего слоя формы газом-отвердителем ("передув"
см. Лясс А.М. Быстротвердеющие формовочные смеси. М. Машиностроение, 1965, с. 92), т.к. он дольше находится в контакте с отвердителем и в избытке из-за медленного движения газа через поры смеси при отсутствии отверстий в формообразующем элементе для выхода остатков газа с противоположной (нерабочей) стороны оболочки.

Лучшие условия для отверждения оболочки могут быть созданы, если расширить фронт фильтрации газа-отвердителя по всей оболочке и изменить направление его движения, а именно, от нерабочей к рабочей ее поверхности.

Известен, например, стержневой ящик для изготовления стержней, отверждаемых принудительной продувкой газом-отвердителем (см. а.с. 1502156 СССР МКИ B 22 C 7/06, заявл. 16.12.86 N 4210810/23-02, опубл. БИ N 31 23.08.89). В этом устройстве использованы элемент с каналами для подвода газа-отвердителя и элемент с каналами для его отвода. Причем с целью улучшения равномерности распределения газа-отвердителя по объему стержня и уменьшения его непроизводительного расхода каналы для подвода газа смещены по отношению к каналам для его отвода под углом 30-80^o к оси рабочей полости ящика. Однако указанное устройство обладает тем недостатком, что как газоподводящий, так и газоотводящий элементы имеют сконцентрированные отверстия каналы, которые приводят к ранее указанным недостаткам в формировании качества стержней, а именно к ухудшению качества поверхности стержней из-за наростов от остатков смеси, сформированных в сконцентрированных каналах, и неравномерности распределения газа-отвердителя по объему стержня при подводе его через сконцентрированные каналы.

Известен способ отверждения жидкостекольной смеси при изготовлении стержней и форм (см. а.с. 1447533, СССР, МКИ B 22 C 9/12, заявл. 11.08.86 N 34109371/23-02, опубл. Б. И. N 48 30.12.88). При реализации этого способа используют устройство, которое обеспечивает продувку газа-отвердителя в направлении от нерабочей к рабочей поверхности стержней (форм). С целью сокращения расхода углекислого газа-отвердителя продувку смеси осуществляют до момента появления его в вентах оснастки (газоотводные каналы), после чего венты закрывают, а в стержне (форме) создают углекислым газом повышенное давление до полного отверждения смеси. Для интенсификации процесса венты периодически открывают.

Положительным в этом способе является то, что при перекрытии в применяемом устройстве газоотводящих каналов (вент) расход газа-отвердителя уменьшается, так как происходит более полное его усвоение. Однако при перекрытии вент скорость отверждения замедляется, так как полностью прекращается принудительное движение газа-отвердителя через поры смеси. При этом отверждение связующего протекает за счет медленных диффузионных процессов на границе раздела фаз и замедляется своевременный подход свежих порций газа-отвердителя к реакционной зоне.

Известно устройство формовочной (стержневой) оснастки в системе для продувки песчаных форм (стрежней) газом-отвердителем (см. заявка 60213338, Япония, заявл. 06.04.84 N 5968566, опубл. 25.10.85 МКИ B 22 C 9/12).

Оснастка включает плиту с отверстиями для подачи смеси в оснастку, соединенную с газоподводящим трубопроводом, опоку, модельную плиту с моделью, имеющие отверстия для отвода газа, которые соединены с полостью для сбора остатков продуваемого газа-отвердителя. Причем газосборная полость соединена с трубопроводом и вентилятором для отсоса остатков газа-отвердителя.

Недостатки известного устройства состоят в следующем. Вдувная плита выполнена из сплошного материала, поэтому газ-отвердитель подводят через сконцентрированные отверстия в плите. Поэтому вблизи отверстий будет избыток, а в удаленных от них местах недостаток газа-отвердителя. Это создает неравномерность упрочнения смеси в отдельных местах формы (стержня).

Наличие в модели сконцентрированных отверстий для выхода газа (вент) аналогично приводит к неравномерности отверждения смеси, а также к повышенному расходу газа-отвердителя из-за малого сопротивления фильтрации его через эти отверстия. При этом при уплотнении смеси она скапливается в отверстиях модели и образует на рабочей поверхности готовых форм (стержней) наросты, которые необходимо удалять зачисткой. Это ухудшает качество поверхности форм (стержней) и увеличивает трудоемкость их изготовления.

Кроме этого, при использовании пескодувного или пескострельного способов уплотнения смеси оснастка из металлов подвергается повышенному абразивному износу и необходимости частой корректировки размеров оснастки.

В основу изобретения положена задача создать устройство для изготовления литейных стержней и форм такой конструкции, которая обеспечила бы получение последних с равномерно распределенной прочностью при снижении трудоемкости обслуживания и повышении стойкости оснастки.

На фиг. 1 дан общий вид устройства с одним газоподводящим формообразующим элементом из пористого газопроницаемого материала; на фиг. 2 то же, с одним газоподводящим и одним газоотводящим формообразующими элементами из пористого газопроницаемого материала; на фиг. 3 устройство с дополнительной газонаполнительной полостью над газоподводящим формообразующим элементом из пористого газопроницаемого материала.

Устройство для изготовления оболочкового стержня (формы) включает плиту 1 с отверстиями 2 и каналами 3 для подачи смеси в полость оснастки, газоподводящий трубопровод 4, соединенный с газоподводящим формообразующим элементом 5 из пористого газопроницаемого материала, стенки стержневого ящика 6, полость для формируемой оболочки 7, газоотводящие формообразующие элементы в виде модели 8, модельной плиты 9 с газоотводящими каналами, газосборная полость 10, трубопровод 11, соединяющий газосборную полость с атмосферой или системой принудительного отсоса газа.

Подача смеси в полость оснастки производится через отверстия 2 вдувной плиты 1 и каналы 3, проходящие через газоподводящий формообразующий элемент, и уплотняется любым известным способом, например пескодувным или пескострельным. При этом в момент вдува смеси воздух из полости оснастки и вдуваемый со смесью свободно фильтруется через отверстия в модельной плите 9 (фиг.1) или через поры модельной плиты 9 и модели 8, выполненные из пористого газопроницаемого материала (фиг.2). Суммарная площадь пор газоотводящих элементов, показанных на фиг.2, выполненных из пористого газопроницаемого материала, достаточно высока (при газопроницаемости от 30 до 500 ед.), чтобы фильтрация воздуха из полости оснастки проходила свободно. Размер же каждой поры на поверхности газоотводящих формообразующих элементов, оформляющих рабочую поверхность оболочек, достаточно мал для проникновения в них песчинок вдуваемой смеси. Поэтому рабочая поверхность оболочек формируется гладкой и отпадает необходимость ее зачистки после извлечения из оснастки.

Вместе с тем применение как газоподводящих, так и газоотводящих элементов из пористого газопроницаемого материала позволяет достичь более равномерного распределения и фильтрации газа-отвердителя как по всей контактной поверхности формируемой оболочки, так и по ее объему. При высокой газопроницаемости газоподводящего формообразующего элемента 5 (от 80 до 1000 ед.) газ-отвердитель, поступающий по газоподводящему трубопроводу 4, быстро распространяется по всему его объему и создает направленный равномерно распределенный поток газа-отвердителя по всей контактной с формируемой оболочкой поверхности. Равномерность распределения потока газа-отвердителя сохраняется по всему сечению формируемой оболочки как при использовании модельной плиты 9 с отверстиями (фиг.1), так и, особенно, при использовании модельной плиты 9 и модели 8 из пористого газопроницаемого материала (фиг.2). Равномерность распределения газового потока отвердителя обеспечивает равномерный доступ его к пленкам связующего материала на поверхности песчинок наполнителя смесей и улучшает его усвоение. Поэтому продолжительность отверждения смесей сокращается и уменьшается удельный расход газа-отвердителя. При этом формируется равномерная прочность оболочки как по рабочей поверхности, так и по объему. Лучшие условия отверждения смесей достигаются, если газопроницаемость газоподводящих формообразующих элементов превышает газопроницаемость газоотводящих элементов на 30-50% Причем при снижении газопроницаемости газоотводящих элементов ниже 30 ед. скорость фильтрации газа-отвердителя чрезмерно снижается, что увеличивает продолжительность процесса упрочнения оболочек и снижает производительность труда. А при увеличении газопроницаемости этих элементов выше 500 ед. размер открытых пор на поверхности может превысить размер зерен наполнителя смесей, что создает опасность их проникновения в поры и ухудшения чистоты поверхности оболочек.

Снижение газопроницаемости газоподводящих формообразующих элементов ниже 80 ед. нецелесообразно, так как также замедляется процесс фильтрации газа-отвердителя и скорость упрочнения смеси с низкими значениями их газопроницаемости (50. 60 ед.). А увеличение газопроницаемости этих элементов выше 1000 ед. приводит к чрезмерному повышению скорости подачи газа-отвердителя и его непроизводительному расходу.

При необходимости интенсификации процесса отвода воздуха из полости стержневой оснастки при вдуве в нее смеси и процессе отверждения стержня газом-отвердителем в газосборочной полости 8 через трубопровод 9 создают принудительный газоотбор по известному, приведенному в ранее указанном прототипе, способу (по заявке Японии N 60213338), что позволяет применять газоотводящие формообразующие элементы оснастки из материалов с гораздо меньшей пористостью, характеризуемой газопроницаемостью от 10 до 500 ед. в зависимости от газопроницаемости, применяемой для формирования оболочки смеси. При этом достигают высокой чистоты рабочей поверхности стержней (форм). Создание разряжения в полости 8 под газоотводящим формообразующим элементом способствует некоторой миграции связующего материала смеси в направлении к рабочей поверхности стержня, что также повышает его поверхностную прочность.

Для ускорения процесса отверждения оболочек и уменьшения размеров газоподводящих формообразующих элементов из пористого газопроницаемого материала в предлагаемом устройстве выполняют дополнительную газонаполнительную полость 12 (фиг.3), соединенную с газоподводящим трубопроводом 4.

Указанная полость 11 в предлагаемом устройстве позволяет, с одной стороны, улучшить фильтрацию воздуха из полости стержневой (формовочной) оснастки и воздуха, подаваемого вместе со смесью при пескодувном или пескострельном способах уплотнения смеси, с другой стороны, обеспечивает более равномерное и быстрое распространение газа-отвердителя по поверхности газопроводящего формообразующего элемента 5 при его подаче по газоподводящему трубопроводу 4. Это позволяет повысить эффективность отверждения смеси и сократить ее продолжительность, а также использовать газоподводящие формообразующие элементы с меньшей газопроницаемостью в указанных пределах газопроницаемости от 80 до 1000 ед.

Указанное устройство согласно предлагаемому изобретению может быть использовано для изготовления как объемных, так и преимущественно оболочковых стержней и форм, например из жидкостекольных смесей с обработкой их углекислым газом.

В качестве пористого газопроницаемого материала для изготовления формообразующих элементов оснастки могут быть использованы известные керамические или металлокерамические композиции.

Формообразующие элементы могут быть выполнены конструктивно как в виде вкладышей в стержневой и формовочной оснастке, так и в виде единых или сборных конструкций, сочетающихся с другими элементами оснастки штырьевыми, болтовыми и другими известными механическими соединениями.

Изобретение относится к области литейного производства для изготовления литейных стержней и форм, отверждаемых в оснастке газообразным отвердителем. Сущность изобретения: устройство для изготовления литейных стержней и форм, включающее плиту с отверстиями и газоизолированными каналами для подачи смеси в оснастку, соединенную с газоподводящим трубопроводом стенки стержневого ящика (опоки), газоподводящие формообразующие элементы, газосборную полость с газоотводящим трубопроводом, содержит дополнительно газоподводящий формообразующий элемент, в котором выполнены газоизолированные каналы для подачи смеси в оснастку, расположенные соосно с отверстиями во вдувной плите. Газоподводящий и газоотводящий элементы выполнены из металлокерамики с газопроницаемостью газоподводящего элемента от 80 до 1000 ед. и газоотводящего элемента от 30 до 500 ед. 3 ил.

Устройство для изготовления литейных форм и стержней в оснастке, содержащее плиту с отверстиями для подачи смеси в оснастку, соединенную с газоподводящим трубопроводом, стенки стержневого ящика, газоотводящий формообразующий элемент и газосборную полость с газоотводящим трубопроводом, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит газоподводящий формообразующий элемент, в котором выполнены газоизолированные каналы для подачи смеси в оснастку, расположенные соосно с отверстиями во вдувной плите, причем газоподводящий и газоотводящий элементы выполнены из металлокерамики с газопроницаемостью газоподводящего элемента 80 1000 ед. и газоотводящего элемента 30 500 ед.