СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРУППЫ ЛИТЕЙНЫХ МАГНИТНЫХ СТЕРЖНЕЙ РАЗНОГО ВИДА Российский патент 2011 года по МПК B22C9/10 

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

Известен способ изготовления литейных магнитных стержней, включающий предварительное размещение с внешней поверхности неразъемной оснастки источника магнитного поля (МП), выполненного за одно с неразъемной оснасткой охватывающим ее полость с четырех сторон, заполнение полости оснастки намагничивающимся сыпучим формовочным материалом, уплотнение материала вибрацией и его упрочнение воздействием магнитного поля (МП), возбуждаемым названным источником. При этом рабочую поверхность стержня, расположенную с его торца, предварительно формируют вручную без контактирования с оснасткой (авторское свидетельство SU 1369850, М. кл.⁴ В22С 9/00).

Основные недостатки способа:

- ограниченные технологические возможности и область применения из-за получения стержней только с одной торцовой рабочей поверхностью и необходимости установки его в форму вместе с оснасткой;

- пониженное качество рабочей поверхности стержня из-за того, что она не формируется оснасткой;

- повышенные энергозатраты на упрочнение материала из-за значительного поля рассеяния в окружающее пространство.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ изготовления литейных магнитных стержней, включающий размещение в формообразующей оснастке намагничивающего устройства (НУ), содержащего электрическую катушку и сердечник, образующие электромагнитную систему, и полюсные наконечники круглого сечения, заполнение полости между наконечниками намагничивающимся сыпучим формовочным материалом, уплотнение материала, упрочнение его воздействием магнитного поля и удаление стержня из оснастки. Образующие поверхности круглых полюсных наконечников покрыты слоем формовочного материала. Диаметры круглых полюсных наконечников выполняют меньше соответствующих внешних диаметров сечения слоя. Наличие такого слоя формовочного материала позволяет извлечь НУ из полости отливки. При изготовлении стержней различного вида и конфигурации рабочей поверхности с отличающимися в требуемом диапазоне размерами поперечного сечения, особенно на границе соприкосновения слоя формовочного материала с полюсным наконечником, применяют разные, соответствующие каждому виду стержня, намагничивающее устройства и оснастку. Например, для группы отливок типа «гильза», «патрубок», «втулка», «маслота» и т.п., отличающихся друг от друга размерами и конфигурацией внутренней полости, формируемой стержнем, используют стержни различного вида с соответствующей конфигурацией рабочей поверхности, для изготовления которых применяют индивидуальные электромагнитную систему, полюсные наконечники и оснастку (авторское свидетельство SU 1766584, М. кл.⁴ В22С 9/00, В22С 9/10).

Основные недостатки способа:

- повышенные затраты времени и средств на подготовку производства из-за необходимости изготовления для каждого вида стержня индивидуального намагничивающего устройства;

- неравномерная податливость рабочего слоя стержня вследствие пониженной податливости слоя формовочного материала вокруг полюсного наконечника, то есть части рабочего слоя стержня, из-за меньшей толщины и большей прочности этого участка слоя по сравнению с другими его участками;

- ограниченная область применения из-за невозможности изготовлять стержни многоугольного сечения, так как на участках их поверхности, прилегающей к углам полюсного наконечника, появляются разрушения в виде флоккул.

Задачей, решаемой изобретением, является снижение затрат времени и средств на изготовление группы стержней разных видов путем использования одинаковой электромагнитной системы и соответствующих этому виду полюсных наконечников и оснастки с одинаковой длиной формообразующей поверхности, повышение равномерности податливости рабочего слоя стержня путем размещения полюсных наконечников за пределами слоя формовочного материала и отливки.

Для решения этой задачи в способе изготовления группы литейных магнитных стержней разного вида, включающем размещение в формообразующей оснастке электромагнитной системы и полюсных наконечников, заполнение полости между наконечниками намагничивающимся сыпучим формовочным материалом, уплотнение материала, упрочнение его воздействием магнитного поля и удаление стержня из оснастки, согласно изобретению для формирования рабочей поверхности каждого вида стержня используют соответствующие этому виду полюсные наконечники и оснастку с одинаковой унифицированной длиной формообразующей поверхности, превышающей максимальную длину отливки в группе и равной расстоянию между наконечниками, а электромагнитную систему используют одну для всех видов стержней в группе.

Для расширения области применения при изготовлении стержней многоугольного сечения используют полюсные наконечники с таким же сечением, а на углах их поверхности, соприкасающейся с формовочным материалом, размещают дополнительно концентраторы магнитной индукции.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен литейный магнитный стержень прямоугольного сечения, изготовляемый посредством предложенного способа, в формообразующей оснастке с горизонтальным разъемом перед операцией удаления из оснастки, продольный разрез; на фиг.2 - стержень после удаления из оснастки.

Предложенный способ изготовления группы литейных магнитных стержней разного вида осуществляется следующим образом.

Для формирования рабочей поверхности каждого вида стержня используют соответствующие этому виду полюсные наконечники и оснастку с одинаковой унифицированной длиной формообразующей поверхности, превышающей максимальную длину отливки в группе и равной расстоянию между наконечниками. Электромагнитную систему используют одну для всех видов стержней в группе.

В формообразующей оснастке размещают электромагнитную систему и полюсные наконечники. Заполняют полость между наконечниками намагничивающимся сыпучим формовочным материалом, его уплотняют и упрочняют воздействием магнитного поля. Затем стержень удаляют из оснастки.

При изготовлении стержней многоугольного сечения используют полюсные наконечники с таким же сечением, а на углах их поверхности, соприкасающейся с формовочным материалом, размещают дополнительно концентраторы магнитной индукции.

Пример. Пусть необходимо изготовить группу литейных магнитных стержней для группы отливок типа «гильза», «патрубок», «втулка», «маслота» и т.п., отличающихся друг от друга поперечными и продольными размерами в диапазоне 50 мм и конфигурацией поперечного сечения внутренней полости, формируемой стержнем (круг, овал, квадрат, прямоугольник, шестиугольник и т.п. разных размеров в этом диапазоне). Согласно изобретению для формирования рабочей поверхности каждого вида стержня из группы используют соответствующие этому виду полюсные наконечники и оснастку с одинаковой унифицированной длиной формообразующей поверхности, превышающей максимальную длину отливки в группе и равной расстоянию между наконечниками, при этом используют одну электромагнитную систему для всех видов стержней в этой группе. Расстояние между полюсными наконечниками выбирают наибольшим в этой группе. Электромагнитную систему НУ и само НУ рассчитывают для обеспечения возможности изготовления годными выбранных стержней с максимальными размерами. При этом стержни меньших размеров также будут годными. Наконечники выполняют быстрозаменяемыми для ускорения перехода на изготовление с одного вида стержня на другой, а по меньшей мере один из них может быть быстросъемным для обеспечения более надежного, без заклинивания наконечника, извлечения НУ из полости отливки, особенно с малыми поперечными размерами. При этом наконечник является знаковой частью стержня или ее составляющей, например в случае изготовления самой короткой отливки в группе.

При изготовлении стержней многоугольного сечения используют полюсные наконечники с таким же сечением, а на углах их поверхности, соприкасающейся с формовочным материалом, размещают дополнительно концентраторы магнитной индукции, изготовляя их пирамидальными или в виде заостренного уголка, для устранения специфических разрушений в виде флоккул намагниченных частиц на стыках поверхностей слоя возле углов крайнего наконечника.

Электромагнитную систему, содержащую электрическую катушку 1 и сердечник 2, вместе с полюсными наконечниками 3 и 4 помещают в разъемную формообразующую оснастку 5, предназначенную для изготовления стержня и имеющую посадочные места для полюсных наконечников соответствующего сечения. Полюсные наконечники 3 и 4 можно реализовывать быстросъемными путем крепления их к сердечнику 2 одним из известных и применяемых в таких случаях способов и устройств, например винтом 6 с короткой резьбой и большим шагом или разрезным штифтом 7. Их можно оснащать кольцом для переноса НУ и стержня и извлечения электромагнитной системы из отливки. Присоединение полюсных наконечников 3 и 4 к электромагнитной системе может быть осуществлено заранее или во время их размещения в оснастке 5.

Используют рабочую полость с длиной, превышающей максимальный продольный размер отливки в группе и равной расстоянию между наконечниками 3 и 4, образованную между электрической катушкой 1, полюсными наконечниками 3, 4 и формообразующей поверхностью оснастки 5. Полюсные наконечники 3 и 4 ограничивают эту полость с ее торцов, выполняя функцию стенок оснастки 5, что уменьшает ее габариты и массу и расход материала на ее изготовление. Такие протяженность формообразующей поверхности оснастки и расстояние между наконечниками 3 и 4 позволяют расположить эти наконечники за пределами отливки и создать более равномерный по толщине и податливости слой формовочного материала 8.

При изготовлении стержней многогранного сечения применяют полюсные наконечники такого же сечения на границе их контакта со слоем формовочного материала 8. При этом на углах их полюсной поверхности, соприкасающейся с формовочным материалом 8, размещают дополнительно концентраторы 9 магнитной индукции, изготавливая их в виде пирамид или заостренных уголков. Концентраторы 9 магнитной индукции можно укреплять заранее на полюсных наконечниках известным образом или размещать на них с помощью штифтов во время установки в оснастку 5. Названные концентраторы 9 можно изготавливать разных размеров, особенно по длине.

В рабочую полость через отверстия в верхней половине оснастки 5 подают известным образом, в частности пескодувным или засыпкой, необходимую порцию сыпучего намагничивающегося формовочного материала 8 с размерами частиц от 0,1 до 1,0 мм, например дробь литую из низкоуглеродистой стали. При пескодувном заполнении сразу же происходит и уплотнение материала. При другом заполнении материал уплотняют известным образом: вибрацией в течение 10-20 с, встряхиванием 10-20 циклов и т.п. Порционное заполнение исключает вспомогательную операцию по удалению излишков формовочного материала из засыпных отверстий.

После этого на катушку 1 подают безопасное электрическое постоянное напряжение до 110 В. Появляющееся поле практически мгновенно намагничивает сердечник 2, полюсные наконечники 3 и 4, формовочный материал 8, частицы которого, сцепляясь между собой, образуют прочную систему. Таким образом формовочный материал 8 упрочняют воздействием МП. При использовании концентраторов 9 они также намагничиваются и обеспечивают необходимый поворот на 90° вектора индукции в углах на стыке двух граней поверхности стержня, выполненной из формовочного материала 8. Это исключает образование флоккул.

Затем удаляют с помощью приспособления и колец на винте 6 или штифте 7 упрочненный стержень из оснастки 5, разобрав ее. При необходимости на его рабочую поверхность наносят известным образом быстросохнущее противопригарное покрытие и устанавливают в литейную форму.

По сравнению с прототипом предложенное решение имеет следующие основные преимущества:

- обеспечение с помощью одной электромагнитной системы и разных быстрозаменяемых полюсных наконечников возможности изготовления группы литейных стержней разных конфигураций и размеров поперечного сечения и длины (в заданном диапазоне) в соответствующей каждому виду стержня оснастке с одинаковой унифицированной длиной формообразующей поверхности между наконечниками, что позволяет уменьшить затраты времени и средств на подготовку производства и изготовление этой группы стержней разных видов;

- повышение равномерности податливости рабочего слоя стержня путем размещения полюсных наконечников в знаковой части стержня, за пределами слоя формовочного материала и отливки, и снижение брака по трещинам, особенно в отливках трещинонеустойчивых сплавов;

- расширение области применения при изготовлении стержней многоугольного сечения путем применения концентраторов магнитной индукции, размещая их в углах полюсного наконечника.

В формообразующей оснастке (5) размещают электромагнитную систему, содержащую электрическую катушку (1) и сердечник (2) и полюсные наконечники (3, 4). Для формирования рабочей поверхности каждого вида стержня используют соответствующие этому виду полюсные наконечники (3, 4) и оснастку (5) с одинаковой длиной формообразующей поверхности, превышающей максимальную длину отливки в группе и равной расстоянию между полюсными наконечниками (3, 4). Электромагнитную систему используют одну для всех видов стержней в группе. Полость между наконечниками заполняют намагничивающимся сыпучим формовочным материалом (8). Формовочный материал (8) уплотняют и упрочняют воздействием магнитного поля. Стержень удаляют из оснастки. Размещение полюсных наконечников (3, 4) за пределами слоя формовочного материала (8) и отливки обеспечивает повышение равномерности податливости рабочего слоя стержня. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ изготовления группы литейных магнитных стержней разного вида для группы отливок, включающий размещение в формообразующей оснастке электромагнитной системы и полюсных наконечников, заполнение полости между наконечниками намагничивающимся сыпучим формовочным материалом, уплотнение материала, упрочнение его воздействием магнитного поля и удаление стержня из оснастки, отличающийся тем, что для формирования рабочей поверхности каждого вида стержня используют соответствующие этому виду полюсные наконечники и оснастку с одинаковой унифицированной длиной формообразующей поверхности, равной расстоянию между наконечниками и превышающей максимальную длину отливки в группе, а электромагнитную систему используют одну для всех видов стержней в группе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изготовлении стержней многоугольного сечения используют полюсные наконечники с таким же сечением, а на углах их поверхности, соприкасающейся с формовочным материалом, размещают дополнительно концентраторы магнитной индукции.