ЛИТЕЙНЫЙ МАГНИТНЫЙ СТЕРЖЕНЬ Российский патент 2011 года по МПК B22C9/10 

Изобретение относится преимущественно к литейному производству, в частности к конструкциям литейных стержней из намагничивающихся сыпучих формовочных материалов, упрочняемых воздействием магнитного поля.

Известен литейный магнитный, содержащий источник магнитного поля в виде намагниченного магнитотвердого сердечника со знаковыми частями, упрочненный слой намагничивающегося формовочного материала вокруг сердечника и съемный ферромагнитный кожух-экран с продольными разрезами вокруг слоя (авт. св. SU 900962, М.Кл.³ B22D 15/00, 1982 г.).

Основные недостатки стержня:

- ограниченные технологические возможности и область применения, так как стержень может быть использован в основном для формирования цилиндрических полостей отливок;

- пониженные газопроницаемость и податливость из-за наличия кожуха, что увеличивает брак по газовым раковинам и трещинам;

- повышенная трудоемкость удаления стержня из отливки из-за наличия кожуха и магнитотвердого сердечника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является литейный магнитный стержень, содержащий упрочненный слой намагничивающегося формовочного материала, электрическую катушку внутри этого слоя, магнитомягкий сердечник внутри катушки, магнитомягкие полюсные наконечники круглого сечения, расположенные внутри слоя формовочного материала у торцов катушки, и по меньшей мере одну знаковую часть (знак), являющуюся продолжением сердечника. Электрическая катушка, сердечник и наконечники образуют намагничивающее устройство (НУ). Круглые поверхности крайних полюсных наконечников выполнены со скосами, то есть конусными, обращенными к катушке, и покрыты слоем формовочного материала, их диаметр меньше внешнего диаметра слоя, а сами наконечники размещены в полости отливки у ее торцов. Наличие такого слоя позволяет извлечь НУ из полости отливки (авт. св. SU 1766585, М.Кл.⁵ B22C 9/00, B22D 15/00, 1990 г.).

Основные недостатки литейного магнитного стержня:

- ограниченная область применения, так как он не позволяет изготовлять отливки с разными поперечными сечениями внутренней полости;

- появление специфических разрушений в виде флоккул намагниченных частиц на поверхности слоя возле конической поверхности (скоса) крайнего наконечника при несоблюдении необходимых угла его наклона, толщин наконечника и слоя, которые подбирают опытным путем из-за отсутствия научно обоснованных метода расчета и рекомендаций. Это увеличивает трудоемкость и затраты на изготовление стержня, особенно некруглого (например, многогранного с различными гранями) поперечного сечения;

- повышенные стоимость стержня, трудоемкость изготовления, габариты и расход материала из-за наличия специально выполненных знаков;

- повышенные стоимость и трудоемкость изготовления отливки, получаемой с использованием описанного стержня;

- возможное заклинивание наконечника в полости отливки при малой толщине слоя вокруг него из-за обжима при усадке отливки и связанная с этим повышенная трудоемкость извлечения НУ из отливки;

- пониженная податливость вследствие низкой податливости слоя формовочного материала вокруг крайнего полюсного наконечника из-за его меньшей толщины и большей прочности по сравнению с другими его участками, что затрудняет усадку отливки и может увеличить брак по трещинам.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение области применения, снижение стоимости и трудоемкости изготовления литейного магнитного стержня и отливки, получаемой с использованием предложенного стержня, повышение податливости.

Для решения этой задачи в литейном магнитном стержне, содержащем упрочненный слой намагниченного формовочного материала, электрическую катушку, сердечник, полюсные наконечники круглого сечения и знаковую часть, согласно изобретению полюсные наконечники установлены в знаковую часть и выполнены с диаметром не менее диаметра окружности, описанной вокруг круглого или некруглого сечения упрочненного слоя намагниченного формовочного материала, а по меньшей мере один из них выполнен быстросъемным.

Минимальная толщина h полюсного наконечника выбрана в соответствии с соотношением

где d - диаметр круглого сердечника.

Образующая поверхность полюсных наконечников может быть выполнена цилиндрической.

Полюсные наконечники могут быть выполнены и с диаметром не менее диаметра окружности, описанной вокруг поперечного сечения отливки в месте ее контакта с наконечником.

В полюсных наконечниках со стороны торцов могут быть выполнены глухие отверстия для переноса намагничивающего устройства и стержня.

На фиг.1 изображен литейный магнитный стержень с комбинированной знаковой частью в литейной форме с горизонтальным разъемом, продольный разрез; на фиг.2 - литейный магнитный стержень с полюсным наконечником-знаком, оформляющим торцевую поверхность отливки; на фиг.3 - разрез по линии А-А фиг.1; на фиг.4 - разрез по линии Б-Б фиг.2; на фиг.5 показаны внешние очертания литейного магнитного стержня с квадратным поперечным сечением упрочненного слоя намагниченного формовочного материала; на фиг.6 показаны внешние очертания литейного магнитного стержня с прямоугольным поперечным сечением упрочненного слоя намагниченного формовочного материала; на фиг.7 показаны внешние очертания литейного магнитного стержня с фасонным (фигурным) поперечным сечением упрочненного слоя намагниченного формовочного материала.

Литейный магнитный стержень круглого и любого некруглого поперечного сечения, например овального, прямоугольного, трех-, пяти-, шести, семигранного, содержит упрочненный слой 1 намагничивающегося формовочного материала, электрическую катушку 2, сердечник 3, крайние полюсные наконечники 4 и 5 круглого сечения с цилиндрической или конусной образующей поверхностью. НУ образовано катушкой 2, сердечником 3 и полюсными наконечниками 4 и 5. Полюсные наконечники 4 и 5 установлены в знаковой части и выполнены с диаметром не менее диаметра окружности, описанной вокруг круглого или некруглого сечения упрочненного слоя 1 намагниченного формовочного материала. По меньшей мере один из наконечников, например наконечник 5, выполнен быстросъемным и прикреплен к торцу сердечника 3 известным образом, например винтом 6 с короткой резьбой и большим шагом. Такое крепление необходимо для обеспечения плотного прилегания наконечника 5 к сердечнику 3 во время изготовления стержня. Другой же наконечник, например наконечник 4, может быть выполнен заодно с сердечником 3 или также съемным. Через него осуществляется подвод электричества известным образом, например изолированным проводником со штепсельным разъемом.

Минимальная толщина h полюсного наконечника определяется в соответствии с соотношением (1), что позволяет избавиться от его последующей доработки.

В полюсных наконечниках 4 и 5 со стороны торцов могут быть выполнены глухие отверстия 7 для переноса в горизонтальном положении намагничивающего устройства и стержня с помощью захватного приспособления при размещении НУ в формообразующей оснастке, извлечении стержня из нее и установке в литейную форму 8 с рабочей полостью 9.

Полюсные наконечники 4 и 5 одновременно выполняют функцию знаковой части (знака) полностью или в совокупности с некоторым участком слоя 1. Вынесение наконечников 4 и 5 за пределы отливки для размещения в знаковой части позволяет создать более равномерный по толщине и податливости слой 1, исключить заклинивание НУ в полости отливки и в совокупности с возможностью быстрого съема наконечника 5 беспрепятственно извлечь НУ из полости отливки.

Выполнение полюсных наконечников 4 и 5 цилиндрическими позволяет исключить скосы в сторону отливки и использовать цилиндрическую поверхность наконечников в качестве надежной опоры в знаковой части горизонтального стержня и литейной формы 8.

Выполнение полюсных наконечников 4 и 5 с диаметром не менее диаметра окружности, описанной вокруг некруглого сечения упрочненного слоя 1 намагничивающегося формовочного материала, устраняет флоккулы намагниченных частиц на любой поверхности слоя возле наконечника. Кроме того, такое выполнение полюсных наконечников 4 и 5 позволяет изготовлять с помощью этого же НУ и другие стержни меньших поперечных размеров, то есть делает НУ универсальным для некоторой группы стержней, например для группы отливок типа «гильза», «втулка», «патрубок», «маслота», отличающихся друг от друга в некотором диапазоне длиной и поперечным сечением.

Возможно выполнение полюсных наконечников 4 и 5 с диаметром не менее диаметра окружности, описанной вокруг поперечного сечения отливки в месте ее контакта с наконечником, в случае формирования торцов отливки полюсной поверхностью наконечника (фиг.2).

Литейный магнитный стержень работает следующим образом.

После формирования наружной рабочей поверхности слоя 1 с помощью формообразующей оснастки и подачи на электрическую катушку 2 безопасного электрического постоянного напряжения до 110 В появляющееся поле с необходимой индукцией практически мгновенно намагничивает сердечник 3, полюсные наконечники 4 и 5, слой 1 намагничивающегося формовочного материала, частицы которого, сцепляясь между собой, образуют прочную систему. При этом быстросъемный полюсный наконечник 5 надежно примагничивается к сердечнику 3 и слою 1, что позволяет удалить его механическое крепление, например крепежный винт 6, уже в оснастке или после извлечения из нее. Возможно его удаление и после изготовления отливки.

Магнитный поток, создаваемый катушкой 2, усиливается сердечником 3, наконечниками 4 и 5 и материалом слоя 1 тем в большей степени, чем выше их магнитная проницаемость. На своем пути поток совершает повороты на 90° при переходах: сердечник-наконечник и наконечник-слой, или наконечник-воздух межполюсного пространства при отсутствии слоя. В случае круглых сердечника, катушки и наконечника поток в любом поперечном сечении межполюсного пространства равномерен, а вектор индукции имеет одинаковое направление в любой точке воображаемой окружности на полюсной поверхности наконечника. Это создает условия получения цилиндрической, овальной и многогранной наружной рабочей поверхности слоя 1 без флоккул после удаления стержня из оснастки. Поэтому диаметр наконечника 4 или 5 должен быть равным или превышать наибольший поперечный размер стержня в группе (фиг.1, 4, 5, 6, 7).

При необходимости на рабочую поверхность стержня наносится известным образом быстросохнущее противопригарное покрытие и он устанавливается в литейную форму 8, в рабочую полость 9 которой заливается расплав. При переносе стержня из оснастки в форму используется приспособление с захватами, которые входят в отверстия 7. Стержень может устанавливаться вертикально или горизонтально с размещением полюсного наконечника-знака в ответном гнезде знаковой части литейной формы 8, в том числе совместно с частью слоя 1 (комбинированная знаковая часть). При вертикальной установке его опорной поверхностью является внешняя плоская поверхность наконечника, например наконечника 5, а при горизонтальной - его цилиндрическая образующая поверхность. Этот вариант установки применим для литейной формы, прочность которой больше давления на нее массы стержня (фиг.2). В этом случае круглая полюсная поверхность наконечника соприкасается с отливкой и формирует ее часть, обычно торцевые поверхности (фиг.2). Поэтому диаметр наконечника должен превышать наибольший поперечный размер отливки на границе их контакта. Для формы с меньшей прочностью в ответных гнездах знаковых частей формы размещаются наконечники-знаки 4 и 5 совместно с частью слоя 1, что обеспечивает дополнительно опору стержня на форму и частью слоя 1.

После объемного или поверхностного затвердевания отливки отключается питание катушки 2. Поле, намагничивание всех элементов стержня и притяжение быстросъемного наконечника 5 исчезают, слой 1 материала разупрочняется и вновь становится сыпучим и более податливым, чем упрочненный. Возможно постепенное уменьшение напряжения, индукции и прочности для необходимого управления податливостью и усадкой отливки. Поэтому брак по горячим трещинам уменьшается.

После удаления отливки из формы формовочный материал свободно высыпается из полости отливки, а НУ извлекается из нее известным образом, если быстросъемный полюсный наконечник 5 уже отделен от сердечника 3.

По сравнению с прототипом предложенное изобретение имеет следующие основные преимущества:

- расширяет область применения стержня и НУ, повышая их универсальность, и позволяет с помощью одного универсального НУ изготовлять группу литейных стержней и отливок разных конфигурации и размеров поперечного сечения и длины (в определенном диапазоне) в соответствующей каждому виду стержня оснастке, что обеспечивает также снижение затрат времени и средств на подготовку производства и изготовление этой группы стержней разных видов;

- устраняет появление специфических разрушений в виде флоккул намагниченных частиц на поверхности слоя возле крайнего наконечника, позволяет определить минимальную толщину h полюсного наконечника и избавиться от необходимости его последующей доработки. Это уменьшает трудоемкость и затраты на изготовление стержня, особенно некруглого поперечного сечения;

- уменьшает трудоемкость изготовления, габариты и расход материала устранением специально выполненных знаков;

- снижает трудоемкость удаления формовочного материала и НУ из полости отливки;

- повышает равномерность податливости рабочего слоя стержня путем размещения полюсных наконечников в знаковой части стержня за пределами слоя формовочного материала и отливки и снижает брак по трещинам, особенно в отливках трещинонеустойчивых сплавов.

Изобретение относится к литейному производству. Литейный магнитный стержень содержит упрочненный слой (1) намагниченного формовочного материала, электрическую катушку (2), сердечник (3), крайние полюсные наконечники (4, 5) круглого сечения, которые образуют намагничивающее устройство. Полюсные наконечники выполняют функцию знаковой части полностью или в совокупности с участком смеси и выполнены с диаметром не менее диаметра окружности, описанной вокруг сечения упрочненного слоя (1) намагниченного формовочного материала. Один из полюсных наконечников (4, 5) выполнен быстросъемным. Обеспечивается устранение появления специфических разрушений в виде флоккул намагниченных частиц на поверхности слоя возле крайнего наконечника и повышение равномерности податливости рабочего слоя стержня. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Литейный магнитный стержень, содержащий упрочненный слой намагниченного формовочного материала, электрическую катушку, сердечник, крайние полюсные наконечники круглого сечения и знаковую часть, отличающийся тем, что полюсные наконечники установлены в знаковую часть и выполнены с диаметром не менее диаметра окружности, описанной вокруг круглого или некруглого сечения упрочненного слоя намагниченного формовочного материала, а по меньшей мере один из них выполнен быстросъемным.

2. Литейный магнитный стержень по п.1, отличающийся тем, что минимальная толщина h полюсного наконечника выбрана в соответствии с соотношением:
h=d/4,
где d - диаметр круглого сердечника.

3. Литейный магнитный стержень по пп.1 и 2, отличающийся тем, что образующая поверхность полюсных наконечников выполнена цилиндрической.

4. Литейный магнитный стержень по пп.1 и 2, отличающийся тем, что полюсные наконечники выполнены с диаметром не менее диаметра окружности, описанной вокруг поперечного сечения отливки в месте ее контакта с наконечником.

5. Литейный магнитный стержень по п.1, отличающийся тем, что в полюсных наконечниках со стороны торцов выполнены глухие отверстия для переноса намагничивающего устройства и стержня.