ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ, ИМЕЮЩЕЙ ПЕРЕДНЮЮ И ЗАДНЮЮ СТОРОНУ, ИЗ ОТВЕРЖДАЕМОЙ ЛИТЬЕВОЙ МАССЫ Российский патент 2023 года по МПК B22D15/00 B22D17/22 B29C33/00 B29C43/36 B29C43/54 

Изобретение относится к литейной форме для получения отливки, имеющей переднюю и заднюю сторону, из отверждаемой литьевой массы, с по меньшей мере одной, образующей переднюю сторону, первой частью формы и одной, образующей заднюю сторону, второй частью формы, которые вместе ограничивают литейную полость, причем первая часть формы имеет первый металлический слой, ограничивающий литейную полость, а вторая часть формы имеет второй металлический слой, ограничивающий литейную полость, при этом по меньшей мере один металлический слой способен деформироваться, по меньшей мере частично, для изменения объема литейной полости.

Такая литейная форма, известная, например, из EP 1237694 B1, служит для получения отливок из отверждаемой литьевой массы, которая предпочтительно содержит полимерную матрицу, а также введенные в нее наполнители для получения композитных отливок. Одним примером отливок, которые могут быть изготовлены таким способом, являются кухонные раковины, которые имеют соответственно сложную трехмерную геометрическую форму, воспроизводящую форму литейной полости двух металлических слоев. Кроме того, с использованием такой литейной формы могут быть также изготовлены и другие отливки, такие как умывальники, душевые поддоны и т.п.

Для получения отливки литьевую массу вводят в полость литейной формы, которая ограничена двумя частями формы. Первая часть формы служит для формирования передней стороны отливки, а вторая часть формы - для формирования задней стороны. При этом каждая часть формы содержит металлический слой, то есть формообразующий тонкий лист металла, который непосредственно ограничивает литейную полость спереди и сзади, т.е. является непосредственно формообразующим. Таким образом, литьевая масса соприкасается с этими двумя металлическими слоями.

Литьевая масса представляет собой отверждаемую реакционную смесь, например, реакционную смесь на основе полиакрилата или полиметакрилата. Реакционную смесь вводят в литейную полость под давлением несколько бар, чтобы гарантировать ее полное заполнение, после чего начинают процесс полимеризации. Для этого в литейной форме, известной из EP 1237694 B1, образующий переднюю сторону первый металлический слой нагревают по всей его поверхности с помощью предназначенного для него нагревательного устройства, при этом неизбежно нагревается также литьевая масса, которая, как уже говорилось, находится в контакте с первым металлическим слоем. Когда литьевая масса нагреется выше температуры инициирования полимеризации, начинается экзотермическая реакция полимеризации, при этом фронт полимеризации постепенно движется через литьевую массу к противоположному второму металлическому слою. В результате реакции это приводит к уменьшению объема реагирующей отверждающейся литьевой массы, то есть к контракции, или усадке полимерного материала.

Для предотвращения отделения формирующейся стороны или поверхности отливки от металлического слоя вследствие усадки, что могло бы привести к поверхностным дефектам, в литейной форме согласно ЕР 1237694 В1 предусмотрено выполнение одного из двух металлических слоев, конкретно второго металлического слоя, который формирует заднюю сторону, подвижным, чтобы металлический слой мог следовать за усаживающейся литьевой массой или, соответственно, усаживающейся отливкой и чтобы обеспечивался постоянный поверхностный контакт литьевой массы или отливки с подвижным металлическим слоем. Для этого металлический слой располагают на небольшом расстоянии от поддерживающей опоры части формы, причем в промежуточное пространство, образующееся между поддерживающей опорой и металлическим слоем, с помощью соответствующих подводящих линий и внешнего насоса может быть введена жидкая среда, передающая давление, так что благодаря фиксированному положению обеих частей формы относительно друг друга, а также фиксированному положению поддерживающей опоры металлический слой может придавливаться введенной средой, передающей давление, то есть объем литейной полости может быть уменьшен. Благодаря этому можно с успехом обеспечить постоянный контакт по всей поверхности литьевой смеси или образующейся отливки с обоими металлическими слоями. Однако конструкция этой литейной формы является сложной в отношении отслеживания движения металлического слоя, поскольку, с одной стороны, для реализации промежуточного пространства требуется специальная конструкция частей формы, а с другой стороны, требуются соответствующие подающие линии, передающая давление среда, а также насос и тому подобное.

Таким образом, в основе изобретения лежит задача создать усовершенствованную литейную форму.

Согласно изобретению, для решения этой задачи в литейной форме указанного во введении типа предусматривается, что по меньшей мере одна часть формы содержит плоский промежуточный слой из упругодеформируемого и сжимаемого материала, относительно которого металлический слой части формы может перемещаться с образованием возвращающей силы со стороны деформирующегося промежуточного слоя.

В литейной форме согласно изобретению как особое преимущество в качестве жестко встроенного компонента одной из двух частей формы предусмотрен плоский промежуточный слой из упругодеформируемого и сжимаемого материала. Этот плоский промежуточный слой или, соответственно, материал слоя способен, с одной стороны, сжиматься при соответствующем давлении, а с другой стороны снова возвращаться в исходное положение при сбросе давления, т.е. при сжатии создается сила реакции, которая подходит для возвращения промежуточного слоя обратно в исходную форму. Согласно изобретению, один из металлических слоев может перемещаться относительно этого упругого и сжимаемого промежуточного слоя. Этой металлический слой предпочтительно является вторым металлическим слоем второй части формы, поскольку посредством второго металлического слоя образуется задняя сторона отливки, которая, как правило, не видна в собранном состоянии, например, кухонной раковины. Как описано, жидкая литьевая масса вводится в литейную полость под давлением, например, 2-5 бар. Это высокое давление в литейной полости приводит к тому, что упругий и сжимаемый промежуточный слой в конечном счете перемещает уложенный с возможностью перемещения металлический слой, т.е. предпочтительно второй металлический слой, из его исходного положения, то есть он давит на упругий и сжимаемый промежуточный слой, который в результате сжимается с образованием возвращающей силы. После завершения процесса заполнения инициируется отверждение, т.е. собственно реакция полимеризации, обычно в результате внесения тепла в литьевую массу. Тепло можно подвести, например, посредством первой части формы, т.е. через первый металлический слой, который для этой цели нагревают. Начинается экзотермическая реакция полимеризации, приводящая к усадке, которая увеличивается при продолжении полимеризации. Хотя вследствие реакции объем литьевой массы или постепенно полимеризующейся отливки уменьшается, эта усадка автоматически компенсируется тем, что уложенный с возможностью перемещения металлический слой, т.е. предпочтительно второй металлический слой, следует за движением релаксирующего промежуточного слоя, т.е. промежуточный слой снова расширяется и давит на металлический слой. В результате литейная полость постепенно уменьшается вслед за усадкой полимеризующейся литьевой массы. Таким образом, обеспечивается постоянный плоский контакт литьевой массы с соответствующим металлическим слоем.

Литейная форма согласно изобретению имеет значительно более простую конструкцию, чем известные до сих пор литейные формы, поскольку автоматическое отслеживание или возвращение реализуется посредством встроенного в часть формы средства, а именно, посредством упругого плоского промежуточного слоя. Это означает, что сама часть формы снабжена встроенным устройством отслеживания движения или подстройки. Предпочтительно, что любые внешние средства подстройки или отслеживания, такие как описанные линии подачи, передающая давление среда, насос и т.п., не нужны, упрощается также конструкция литейной формы или соответствующей части формы, поскольку больше не нужно создавать особое промежуточное пространство, и в конечном итоге возможна компактная конструкция части формы.

Вторая часть формы предпочтительно имеет промежуточный слой, так что второй металлический слой может перемещаться относительно промежуточного слоя. Как было описано, второй металлический слой образует заднюю сторону части формы, причем эта задняя сторона в установленном положении отливки обычно не видна. Поэтому металлический слой, образующий эту сторону, целесообразно наносить так, чтобы он мог перемещаться, а первый металлический слой, образующий переднюю, то есть видимую, сторону отливки, является неподвижным, так что на этом участке в любой момент времени не происходит никаких относительных перемещений.

Центральным средством отслеживания или возвращения является плоский упругий и сжимаемый промежуточный слой, с которым связан металлический слой. В качестве материала промежуточного слоя предпочтительно использовать упругий и сжимаемый синтетический материал, который демонстрирует соответствующую способность упругого последействия с образованием соответствующей возвращающей силы в течение многих рабочих циклов.

При этом упругий сжимаемый промежуточный слой предпочтительно выполнен из пенорезины. Пенорезиной называют упругий пеноматериал по существу с закрытыми порами. Такую пористую резину можно получить, например, но без ограничений, из хлоропрена, натурального каучука, акрилонитрил-бутадиенового каучука или сопоставимых синтетических каучуков, таких как бутадиенстирольный каучук, этилен-пропилен-диеновый каучук или аналогичные каучуки. Такой упругий синтетический материал, в частности, в виде пенорезины, подходит, в частности, в отношении его выполнения как промежуточного слоя большой площади, которому также можно легко придать геометрическую форму, соответствующую трехмерной форме металлического слоя, и который поэтому может быть введен в часть формы.

Упругий сжимаемый промежуточный слой или, соответственно, материал промежуточного слоя предпочтительно должен иметь твердость по Шору A 5°-35°, предпочтительно 15°±5°. Таким образом, речь идет о более мягком материале, который может сжиматься в соответствии с давлением литья по всей своей поверхности, но одновременно может также создавать соответствующую возвращающую силу для отслеживания движения.

Толщина промежуточного слоя должна составлять 2-10 мм, в частности, 3-7 мм, предпочтительно 4-6 мм. В конечном счете, конкретная толщина зависит от упругих свойств выбранного материала промежуточного слоя, а также заданной усадки, которую требуется компенсировать.

Сам промежуточный слой предпочтительно покрывает по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 75% и максимально всю площадь, которой второй металлический слой ограничивает литейную полость. Это значит, что упругий промежуточный слой простирается по существенной, возможно по всей области, где металлический слой соприкасается с литьевой массой, т.е. доходит почти полностью или полностью до кромок или до кромки, которой одна часть формы прилегает ко второй части формы. Это обеспечивает соответствующее квазиактивное отслеживание металлического слоя в большей части или, в конечном счете, во всех областях, поскольку оно является результатом созданной возвращающей силы.

Как указывалось, процесс полимеризации инициируется тем, что литьевая масса локально нагревается выше температуры пуска. Обычно на первой части формы предусмотрено нагревательное устройство, которое прилегает к поверхности задней стороны первого металлического слоя. Это нагревательное устройство может содержать трубчатые или ленточные нагревательные элементы, заделанные в массу, при этом указанная масса предпочтительно является теплопроводящей массой, например, полимерной массой с введенными в нее частицами металла, преимущественно частицами меди. В таком случае полимеризация начинается непосредственно у первого металлического слоя, то есть на передней стороне, при этом фронт полимеризации продвигается затем в направлении второго металлического слоя. В усовершенствованном варианте изобретения можно предусмотреть размещение на задней стороне второго металлического слоя покрывающего его поверхность нагревательного устройства, которое контактирует с плоским промежуточным слоем. Это нагревательное устройство на втором металлическом слое можно также использовать для целенаправленного нагревания задней стороны, чтобы регулировать процесс полимеризации. Для наилучшего обеспечения передачи мощности нагрева второму металлическому слою это нагревательное устройство плоскостно прилегает ко второму металлическому слою. Согласно изобретению, за нагревательным устройством следует плоский упругий сжимаемый промежуточный слой, который, в свою очередь, поддерживается так, чтобы противостоять сжатию. Согласно изобретению это означает, что второй металлический слой косвенным образом через нагревательное устройство сцеплен по движению с упругим промежуточным слоем.

Нагревательное устройство содержит трубчатые или ленточные нагревательные элементы, которые заделаны в теплопроводящую массу. Трубчатые нагревательные элементы представляют собой, например, нагревательные трубы или нагревательные шланги, по которым течет горячая вода или другой теплоноситель. Альтернативно можно также предусмотреть ленточные нагревательные элементы в виде электронагревательных проводов. Эти нагревательные элементы в принципе заделаны в соответствующую теплопроводящую массу, что позволяет укладывать эти нагревательные устройства в соответствии с трехмерной формой второго металлического слоя, чтобы можно было точно подстраиваться к нему. По меньшей мере нагревательные элементы нагревательного устройства, которое может перемещаться относительно упругого промежуточного слоя, о чем еще будет упоминаться далее, могут быть заделаны в теплопроводящую массу, которая также является упругой. Нагревательные элементы можно, например, уложить по спирали или в форме меандра. Можно также предусмотреть два или более отдельных нагревательных контура на одно нагревательное устройство, которые могут регулироваться по отдельности, так что подача тепла может быть сделана более гибкой как локально, так и во времени.

При этом масса предпочтительно является теплопроводящей массой, посредством которой тепло, введенное через нагревательные элементы, может распределяться по поверхности максимально однородно. Эта теплопроводящая масса может представлять собой полимерную массу с заделанными в ней металлическими частицами, преимущественно частицами меди.

Как указывалось, упругий и сжимаемый промежуточный слой, то есть слой пенорезины, должен соответствующим образом поддерживаться для его сжатия. Для этого промежуточный слой предпочтительно находится непосредственно на формодержателе второй части формы, то есть опирается непосредственно на этот формодержатель. Формодержатель является неподвижным в течение всего процесса изготовления, когда обе части формы сомкнуты, образуя соответствующую противоопору. Напротив, второй металлический слой движется, когда литьевая масса вводится под высоким давлением и когда литьевая масса при нагревании для инициирования процесса полимеризации несколько увеличивается в объеме. Это обеспечивает образование соответствующей высокой возвращающей силы.

Кроме того, первая часть формы имеет первый формодержатель, а вторая часть формы второй, уже упоминавшийся выше, формодержатель. Оба формодержателя целесообразно выполнять из полимербетона, который демонстрирует наименьшую возможную усадку. Для такого полимербетона характерно использование в качестве вяжущего синтетического материала, содержащего заполнители, которые предпочтительно имеют максимально низкую теплоемкость. Таким образом, имеется полимерная матрица, в которую заделаны, например, частицы породы, например, в виде гравия, песка или каменной муки, причем эти частицы фиксированы в полимерной матрице.

Указанные два металлических слоя целесообразно выполнить из никеля, то есть никелевого листа соответствующей большой площади. При этом первый металлический слой может иметь толщину 3-8 мм, в частности, 4-7 мм, предпочтительно 6 мм. Второй металлический слой предпочтительно является несколько более тонким, он имеет толщину 1-4 мм, предпочтительно 2,5 мм. Первый металлический слой можно выбрать немного толще, так как он находится в фиксированном положении, и соответствующий объем металла обеспечивает однородное распределение тепла. Ведь, как указывалось, процесс полимеризации обычно инициируется за счет первоначального внесения тепла с передней стороны, т.е. через первый металлический слой. Напротив, второй металлический слой тоньше, так как он должен быть подвижным, поэтому он не должен выбираться слишком толстым и, тем самым, слишком жестким.

Кроме того, можно предусмотреть, чтобы по краю металлического слоя первой или второй части формы по периметру располагался изоляционный элемент, который в закрытом положении примыкает по краю к другому металлическому слою и термически отделяет друг от друга несоприкасающиеся металлические слои. Согласно изобретению, один из этих двух металлических слоев снабжен с краю проходящим по периметру изоляционным элементом, который в закрытом положении отделяет термически два металлических слоя друг от друга, то есть изолирует. В литейной форме согласно изобретению металлические слои больше не соприкасаются друг с другом, вместо этого изоляционный элемент создает уровень изоляции, благодаря которой эффективно предотвращается рассеяние тепла от нагретого первого металлического слоя ко второму металлическому слою в краевой, или опорной, зоне. Эта предпочтительная теплоизоляция означает, что соответствующая безупречная и стабильная по времени реакция полимеризации может протекать также и в краевой области, поскольку нагретый металлический слой обеспечивает достаточное внесение тепла для начала полимеризации. Поскольку компенсация усадки, обеспечиваемая с помощью выдержки под давлением промежуточного слоя, гарантирует, что в краевой зоне всегда имеется литьевая масса, оптимальная полимеризация без образования дефектов, таких как отверстия или матирование, возможна также и на краю. Изоляционный элемент, например, уложенный в виде прямоугольника, который может также состоять из отдельных секций элемента, дополняющих друг друга по периметру, немного выступает за краевую поверхность металлического слоя, на которой находится изоляционный элемент, так что при закрывании частей формы он неизбежно наталкивается на поверхность прилегания другого металлического элемента и одновременно может также поддерживать обе части формы напротив друг друга.

Сам изоляционный элемент предпочтительно выполнен из синтетического материала. Использование синтетического материала, который обязательно имеет определенную эластичность, соответственно гибкость или мягкость, выгодно, помимо его термоизолирующей способности, также тем, что благодаря изоляционному элементу из синтетического материала можно также компенсировать возможные неровности кромок металлического слоя. Так, изоляционный материал обеспечивает полное, абсолютно беззазорное замыкание литейной полости, то есть в краевой зоне не образуется микрозазоров, приводящих к дефектам литья, требующим доработки, как это может иметь место в литейной форме согласно ЕР 1237694 В1. Так как введение изоляционного элемента предотвращает любой контакт между двумя металлическими слоями, риск повреждения видимой контактной кромки, который возникает в случае такого прямого контакта слоев, также может быть снижен.

В качестве изоляционного элемента предпочтительно подходит термопласт, термореактопласт или эластомер. Например, изоляционный элемент может быть выполнен из полиоксиметилена (POM) или полиэфир-уретанового каучука или полиуретанового эластомера, как, например, материал, доступный для приобретения под торговым наименованием "Vulkollan®", что является лишь одним из примеров. Конечно, можно использовать и другие пластмассы, если они обладают желаемыми свойствами. Одним из таких свойств является твердость изоляционного элемента или используемого материала. Он должен иметь твердость по Шору А от 80 до 100, в частности, твердость по Шору А 90.

Далее, изоляционный элемент может быть выполнен так, чтобы он обладал антиадгезионными свойствами в отношении реакционной смеси. Это гарантирует, что ни реакционная смесь, то есть литьевая масса, ни образованная в результате полимеризации отливка не будут прилипать к изоляционному элементу, что в известных случаях могло бы привести к дефектам. Это отсутствие прилипания может быть обеспечено, например, материалом самого изоляционного элемента или, например, соответствующим поверхностным покрытием изоляционного элемента.

Сам изоляционный элемент предпочтительно выполнен в виде полосы и имеет прямоугольное поперечное сечение. Оба металлических слоя имеют соответствующие ровные контактные поверхности, так что использование такого реечного широкого изоляционного элемента обеспечивает большую, достаточную контактную поверхность с обеих сторон, по которой нагрузка распределяется в достаточной степени, так что давление на поверхность может быть соответственно снижено. Фиксацию изоляционного элемента можно осуществить, например, просто приклеив его к металлическому слою. Альтернативно или дополнительно закрепление можно реализовать также с помощью одного или нескольких зажимных элементов, таких как зажимная рейка и т.п.

Это также учитывается в усовершенствовании изобретения, согласно которому краевая зона металлического слоя, на которую при закрытии опирается изоляционный элемент, является ступенчатой и имеет первую опорную зону, по которой сначала проходит изоляционный элемент, и вторую опорную зону, по которой изоляционный элемент, зажатый между первой опорной зоной и металлическим слоем, поддерживающим изоляционный элемент, проходит после его деформации. Это в конечном счете означает, что металлический слой имеет в опорной зоне две отдельные ступенчатые опорные поверхности, причем эти две опорные поверхности или опорные зоны смещены друг от друга на 0,2-2 мм, в частности, примерно на 0,5 мм. Таким образом, при закрывании изоляционный элемент сначала проходит против первой, чуть выступающей опорной зоны. При продолжении закрывающего движения и увеличении нагрузки изоляционный элемент несколько сжимается, что означает увеличение давления на поверхность. Затем при продолжающемся закрывающем движении и, таким образом, при увеличении нагрузки изоляционный элемент проходит через вторую плоскую опорную зону, где он дополнительно опирается, и общее удельное давление на обе опорные поверхности или опорные зоны в достаточной степени снижается.

Хотя в принципе возможно полностью реализовать уплотнение литейной полости на краях с помощью изоляционного элемента, который, как указывалось, предпочтительно состоит из синтетического материала и обладает соответствующей эластичностью или гибкостью, можно также предусмотреть на металлическом слое, относительно которого движется изоляционный элемент при закрывании, периферийный уплотнительный элемент, который в закрытом положении контактирует с изоляционным элементом. Это означает, что открытая опорная поверхность металлического слоя, по которому проходит изоляционный элемент, дополнительно оснащена уплотнительным элементом, который создает дополнительный уровень уплотнения по отношению к изоляционному элементу. Сам уплотнительный элемент предпочтительно помещается в пазу, образованным между первой и второй опорной зоной. Уплотнительный элемент представляет собой, например, резиновое уплотнение из соответствующего синтетического материала, опять же предпочтительно из эластомера. Таким образом, при закрывании изоляционный элемент прилегает к этому уплотнительному элементу, так что он надавливает на изоляционный элемент.

Как указывалось, тепло вносится на большой площади и по всей поверхности металлического слоя посредством соответствующего первому металлическому слою или же, если предусмотрено, второму металлическому слою плоского нагревательного устройства. Чтобы сделать это как можно более эффективно, одно или каждое плоское нагревательное устройство можно расположить непосредственно на задней стороне соответствующего металлического слоя так, чтобы оно покрывало заднюю сторону вплоть до краевой области перекрывания. Таким образом, нагревательные устройства простираются также на область, в которой два металлических слоя перекрываются с краю и отделены друг от друга термически изоляционным элементом. Это, в свою очередь, приводит к тому, что активный ввод тепла может неизбежно происходить также непосредственно в краевой зоне литейной полости, а возможно даже, что касается металлических слоев, немного за ее пределами со стороны края.

При этом допустимо, в частности, чтобы нагревательные элементы одного или каждого нагревательного устройства в краевой зоне перекрытия располагались ближе друг к другу, чем в других областях. Поскольку, если предусмотрен подвижный металлический слой для компенсации усадки, в краевой зоне, как указывалось, из-за поддержки металлического слоя отсутствует сколько-нибудь значительная подвижность металлического слоя, и поэтому, как указывалось, некомпенсированная усадка при полимеризации может привести к дефектам материала, таким как матирования или усадочные метки, так как отсутствует соответствующее придавливание литьевой массы из уже заполимеризовавшегося объема. Этому можно противодействовать, как указывалось, с одной стороны введением изоляционного элемента, а также дополнительно тем, что в краевой зоне можно ввести больше энергии благодаря более близкому размещению нагревательных элементов в краевой зоне. Это означает, что нагревательные трубы или нагревательные провода в краевой зоне, где два металлических слоя лежат друг над другом и поддерживаются изоляционным элементом, располагаются ближе друг к другу, чем на остальной поверхности нагревательного элемента. Это приводит к тому, что литьевая масса затвердевает в краевой зоне даже немного раньше, чем в остальном объеме, так что окружающая, находящаяся под давлением и еще жидкая литьевая масса оказывает соответствующее давление и, следовательно, компенсация усадки имеет место также в краевой зоне. Можно также предусмотреть по периметру краевой зоны отдельный нагревательный контур, чтобы можно было локально реализовать на краю особое внесение тепла и раньше запустить полимеризацию на краях.

Другие преимущества, признаки и особенности изобретения выявляются из описываемых ниже примеров осуществления, а также чертежей. На чертежах показано:

фиг. 1 - принципиальная схема литейной формы согласно изобретению,

фиг. 2- частичный вид в увеличении области II с фиг. 1, и

фиг. 3 - частичный вид в увеличении области III с фиг. 1.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемой изобретением литейной формы 1, предназначенной для изготовления имеющей переднюю и заднюю сторону отливки в виде кухонной раковины, состоящей из композитного материала. Литейная форма содержит первую часть 2 формы, которая служит для формирования или задания передней стороны изготавливаемой отливки, а также вторую часть 3 формы, которая служит для формирования или задания задней стороны изготавливаемой отливки. Обе части формы прилегают друг другу по краям и ограничивают литейную полость 4, в которую вводится литьевая масса 5, состоящая из отверждаемой полимерной смеси, то есть реакционной смеси, в которую введены дисперсные заполнители, как, например, кварцевый песок и подобное. Тогда как первая часть 2 формы обычно является неподвижной, вторая часть 3 формы может перемещаться по вертикали, т.е. насаживаться на нижнюю, первую часть 2 формы для закрывания литейной полости 4.

Сама литейная полость 4 ограничена первым металлическим слоем 5, находящимся на первой части 2 формы, а также вторым металлическим слоем 6, находящимся на второй части 3 формы. Введенная литьевая масса входит в контакт с этими двумя металлическими слоями 5, 6, то есть прилегает по поверхности к этим двум металлическим слоям 5, 6. При этом на задней стороне первого металлического слоя 6 находится первое нагревательное устройство 7, которое почти полностью покрывает поверхность задней стороны первого металлического слоя 5. С помощью этого нагревательного устройства можно регулировать подержание температуры первого металлического слоя 5 и осуществлять нагрев литьевой массы от передней стороны. Вторая часть 3 формы также содержит второе нагревательное устройство 8, находящееся на задней стороне второго металлического слоя 6 и полностью покрывающего его. Второе нагревательное устройство 8 позволяет поддерживать температуру второго металлического слоя 6 и, через него, литьевой массы, и, следовательно, позволяет регулировать подвод тепла к литьевой массе с задней стороны. За вторым нагревательным устройством 8 находится упругий и сжимаемый промежуточный слой 9, предпочтительно из пенорезины, этот упругий сжимаемый промежуточный слой представляет собой средство возвращения, или возвращающий элемент, который обеспечивает некоторую подвижность второго металлического слоя 6 и одновременно гарантирует, что второй металлический слой 6 может возвратиться в заданное исходное положение. Функция упругого и сжимаемого промежуточного слоя 9 будет более подробно обсуждена ниже в связи с фиг. 2.

Кроме того, первая часть 2 формы имеет первый формодержатель 10, с которым, в свою очередь, контактирует первое нагревательное устройство 7. Вторая часть 3 формы также содержит второй формодержатель 11, с которым контактирует упругий промежуточный слой 9. Оба формодержателя 10, 11 предпочтительно выполнены, по меньшей мере, частично из полимербетона, поскольку на них опираются металлические слои.

На фиг. 2 в увеличенном масштабе представлена область II с фиг. 1, показывая взаимно противоположные участки первой части 2 формы и второй части 3 формы с образованием литейной полости 4. Справа показана первая часть 2 формы с ее формодержателем 10 из полимербетона, состоящего из полимерной матрицы 13 с заделанными в нее заполнителями, например, частицами гравия или песка и т.п. За формодержателем 10 находится первое нагревательное устройство 7, состоящее из трубчатых нагревательных элементов 17, уложенных, например, в форме меандра или в виде нагревательных шлангов и т.п., и заделанных в теплопроводящую массу 18. В этом случае по нагревательным элементам 17 течет теплоноситель с регулируемой температурой, например, вода. Альтернативно в качестве нагревательных элементов 17 можно также предусмотреть ленточные электронагревательные элементы и т.п.

На нагревательном устройстве 7 в непосредственном контакте с ним находится первый металлический слой 5, который представляет собой лист никеля, например, толщиной 6 мм. Как видно, этот первый металлический слой 5 непосредственно ограничивает литейную полость 4.

Далее, показан фрагмент второй части 3 формы с ее формодержателем 11, также выполненным из полимерной матрицы 15 с заделанными в нее заполнителями 16, опять же в виде частиц гравия или песка и т.д. За формодержателем 11 находится упругий и сжимаемый промежуточный слой 9, состоящий из пенорезины 35, то есть из упругой вспененной пластмассы. Под пенорезиной 35 имеется в виду упругий и сжимаемый пеноматериал преимущественно с закрытыми порами, то есть пористая резина, которая состоит из вспененного каучукового материала. Этот упругий промежуточный слой 9 предпочтительно имеет толщину около 4 мм, а также твердость по Шору A 5°-35°, предпочтительно 15°±5°. С одной стороны, через этот упругий и сжимаемый промежуточный слой 9 второе нагревательное устройство 8 соединено с формодержателем 11, при этом здесь также второе нагревательное устройство 8 состоит из теплопроводящей массы 19 с заделанными в нее нагревательными элементами 20 в виде нагревательных трубок, которые, как и трубчатые нагревательные элементы 17, представляют собой, например, медные трубы и через которые также течет теплоноситель. По меньшей мере для теплопроводящей массы 19, а возможно для обеих теплопроводящих масс 18, 19 справедливо, что они являются упругими, то есть гибкими, чтобы плоские или в виде ковриков нагревательные устройства 7, 8 можно было без проблем уложить в соответствии с трехмерной геометрической формой формодержателя 10, 11 и, в частности, чтобы можно было следовать движению упругого промежуточного слоя со стороны второго нагревательного устройства 8.

Наконец, на нагревательном устройстве 8 находится второй металлический слой 6, который также представляет собой лист никеля, но имеющий толщину всего около 2,5 мм, что необходимо, поскольку этот второй металлический слой 6 является подвижным, т.е. изменяет свое положение во время фактической операции изготовления. Это обеспечивается тем, что второй металлический слой 6 вместе со вторым нагревательным устройством 8 может перемещаться относительно второго формодержателя 11 по эластичному промежуточному слою 9, т.е. может изменять свое положение.

Когда начинается процесс литья, второй металлический слой 6 находится в своем исходном положении, и литейная полость 4 имеет заданный начальный объем. Второй металлический слой 6 находится на заданном расстоянии от первого металлического слоя 5, промежуточный слой 9 свободен от напряжения и не сжат или сжат лишь незначительно. В начале процесса литья литьевая масса, которая может представлять собой достаточно текучую смесь на основе полиакрилата или полиметакрилата, вводится в литейную полость 4 под давлением. Давление литья лежит в интервале примерно 2-5 бар. Вследствие этого довольно высокого давления внутри литейной полости 6, которое требуется для обеспечения распределения литьевой массы по всей литейной полости 4, возникает соответственно высокое давление на поверхность обоих металлических слоев 5, 6. Положение первого металлического слоя 5 не изменяется, так как он опирается непосредственно на первый формодержатель 10. Напротив, второй металлический слой 6 поддается нарастающему давлению. Из-за давления происходит сжатие упругого промежуточного слоя 9, то есть он сжимается по всей его поверхности, что возможно, поскольку он, опять же, опирается на неподвижный второй формодержатель 11. Это означает, что объем литейной полости может быть увеличен за счет высокого давления впрыска, возникающего в результате перемещения второго металлического слоя 6 относительно упругого и сжимаемого промежуточного слоя 9 или пенорезины 35, которая при этом сжимается, создавая возвращающую силу.

Затем инициируется процесс полимеризации, что обычно осуществляется путем включения первого нагревательного устройства 7, т.е. теплоноситель циркулирует через нагревательные элементы 17. Это приводит к равномерному нагреванию нагревательного устройства 7 и, через него, первого металлического слоя 5. Он, в свою очередь нагревает литьевую массу в литейной полости 4, которая из-за температуры несколько увеличивается в объеме, что ведет к дальнейшему сжатию упругого промежуточного слоя 9, так как внутреннее давление в литейной полости 4 дополнительно повышается за счет этого увеличения объема литьевой массы.

Если локальный нагрев на границе с первым металлическим слоем 5 настолько велик, что достигается температура начала полимеризации, то на этой границе начинается экзотермическая реакция полимеризации, то есть матрица заполимеризовывается, причем фронт полимеризации последовательно перемещается в литьевой массе, то есть движется в направлении второго металлического слоя 6. При этом второй металлический слой 6 с помощью второго нагревательного устройства 8 также доводится до нужной температуры к заданному времени, чтобы, таким образом, управлять реакцией полимеризации со своей стороны. Это означает, что реакция полимеризации инициируется также и с этого места в соответствии с определенной временной схемой. Поскольку, как указывалось, реакция полимеризации является экзотермической, она автоматически продолжается в объеме.

Однако полимеризация сопровождается также усадкой, то есть уменьшением объема литьевой массы или образующейся полимеризованной отливки. Однако теперь для обеспечения того, чтобы литьевая масса или заполимеризованная внешняя оболочка отливки всегда находилась в контакте как с первым металлическим слоем 5, так и со вторым металлическим слоем 6, второй металлический слой 6, который ранее покинул свое исходное положение в результате сжатия упругого промежуточного слоя 9, снова автоматически возвращается на место посредством упругого сжатого промежуточного слоя 9, с которого было снято напряжение и он расширился, то есть усадка от полимеризации компенсируется. Как указывалось, промежуточный слой 9 во время сжатия создает возвращающую силу. Если теперь внутреннее давление в литейной полости 4 падает в результате усадки массы, то сжатый упругий промежуточный слой 9 может снова разгрузиться, то есть увеличить свой объем и непрерывно отталкивать второй металлический слой 6 назад в направлении его исходного положения, что обеспечивает непрерывный контакт второго металлического слоя 6 с литьевой массой или отливкой.

Благодаря введению упругого сжимаемого промежуточного слоя 9 вторая часть 3 формы выполняется автоматически или саморегулируемо без необходимости для обеспечения движения второго металлического слоя 6 каких-либо дополнительных внешних элементов. Точнее, введение упругого и сжимаемого промежуточного слоя 9, то есть слоя пенорезины, обеспечивает автоматическое возвращающее устройство, для функционирования которого не требуются средства управления или иные элементы. Наоборот, реализуется исключительно внутреннее управление посредством внутреннего давления в литейной полости 4 и, тем самым, в конечном счете, посредством литьевой массы или самого процесса ее полимеризации.

Нагрев, или работа двух нагревательных устройств 7, 8 регулируются соответствующим образом как часть производственного процесса. Как было указано, полимеризация начинается с видимой стороны, т.е. от первой части 2 формы и, таким образом, посредством первого нагревательного устройства 7. При этом трубчатые нагревательные элементы 17 уложены или разделены на соответствующие нагревательные группы таким образом, что сначала нагрев происходит у периметрового внешнего края полости 4 формы, так что реакция полимеризации начинается сначала там, учитывая, что второй металлический слой 6 непосредственно на краю является неподвижным или может перемещаться лишь незначительно, поэтому усадка полимера не может быть там компенсирована, как это имеет место в объеме. Так как литьевая масса в объеме является еще текучей, когда полимеризация на краю уже началась, компенсация усадки может быть реализована через объем литьевой массы. Это в конечном счете означает, что первое нагревательное устройство 7 позволяет локальное регулирование температуры.

Нагрев посредством второго нагревательного устройства 8, т.е. со второй половины формы, может происходить с задержкой по времени, например, только через несколько минут, например, примерно через 5 минут после того как полимеризация уже началась на краю и, возможно, также на стороне первого металлического слоя 5. Это означает, что как локальный профиль нагрева, так и временной профиль нагрева могут регулироваться по отдельности, будучи зависимыми в конечном счете от кинетики реакции.

На фиг. 3 показан увеличенный частичный вид области III с фиг. 1. Эта область иллюстрирует зону контакта нижней части 2 формы, образующей переднюю сторону, с верхней частью 3 формы, образующей заднюю сторону. Фрагментарно показаны соответствующие формодержатели 10, 11, нагревательные устройства 7, 8 и два металлических слоя 5, 6, которые в краевой зоне, показанной на рис. 2, лежат друг на друге. Литейная полость 4 простирается в эту область перекрывания, в которой два металлических слоя 5, 6 перекрывают друг друга, если смотреть в вертикальном направлении.

Однако здесь, в отличие от уровня техники, оба металлических слоя 5, 6 не находятся в прямом контакте друг с другом. Вместо этого два металлических слоя 5, 6 изолированы друг от друга термически. Это достигается путем размещения на втором металлическом слое 6 изоляционного элемента 21, который выполнен в виде полосы и состоит из синтетического материала, преимущественно термопласта, термореактопласта или эластомера, в частности, из POM или полиуретанового эластомера. В данном примере на металлическом слое 6 образована ступенчатая контактная поверхность 22, несущая на себе изоляционный элемент в форме полосы прямоугольного сечения, при этом изоляционный элемент 21, например, приклеен к контактной поверхности. Изоляционный элемент 21 проходит по всему краю, он может состоять из нескольких примыкающих друг к другу участков элемента. Для его размещения контактная поверхность 22 выполнена ступенчатой, так что образуется контактная кромка 23, на которой изоляционный элемент 21 прилегает к литейной полости 4.

Первая часть 2 формы также имеет на первом металлическом слое 5 контактную поверхность 24, выполненную ступенчатой. С одной стороны, реализуется первая опорная зона 25, образующая первую приподнятую область, на которую опирается изоляционный элемент 21. Над периметровым пазом 26, в котором помещается уплотнительный элемент 27 в форме уплотнительного шнура или герметика или подобного, отдельно предусмотрена вторая опорная зона 28, которая, как и первая опорная зона 25, является плоской, но несколько ниже, чем первая опорная зона 25. Таким образом, на опорной поверхности 24 формируется определенный профиль высоты. Разница высот между первой и второй опорными зонами 25, 28 составляет, например, 1 мм.

Как показано на фиг. 3, второй металлический слой 6 расположен под углом по направлению к краю и опирается на опору 29 второго формодержателя 11 через изоляционный слой 30 и прижимается к нему с помощью зажимной планки 31. В показанном примере к этой зажимной планке 31 прикреплена еще одна зажимная планка 32, посредством которой изоляционный элемент 21 при необходимости зажимается на краю в дополнение к приклеиванию.

Соответственно, первый металлический слой 5 также расположен под углом в области дальнего края и опирается на опору 33 первого формодержателя 10 через изоляцию 34.

Когда литейная форма 1 закрывается, верхняя, вторая часть 3 формы перемещается вертикально вниз в направлении нижней, первой части 2 формы. Контакт обеих частей 2,3 формы имеет место только в краевой зоне и здесь исключительно между периметровым изоляционным элементом 21 и нижним металлическим слоем 5. Как указывалось, изоляционный элемент 21 выступает из опорной поверхности 22 в направлении опорной поверхности 24 первого металлического слоя 5. При дальнейшем опускании изоляционный элемент 21 проходит сначала против первой опорной зоны 25 и одновременно также против уплотнительного элемента 27. При дальнейшем опускании и увеличении нагрузки, действующей на изоляционный элемент 21, изоляционный элемент 21 несколько деформируется, поскольку он, как указывалось, состоит из синтетического материала, обладающего некоторой мягкостью или эластичностью. Затем из-за деформации он входит в контакт со второй опорной зоной 28. Это означает, что он поддерживается и опирается на большую площадь поверхности на обеих опорных зонах 25, 28, в результате чего образуется большая опорная поверхность, что приводит к низкому давлению на поверхность. Сжатый уплотнительный элемент 27 образует дополнительный уровень уплотнения в дополнение к уплотнению литейной полости 4 самим изоляционным элементом 21.

Следовательно, в закрытом положении, как показано на фиг.3, нигде нет контакта между двумя металлическими слоями 5, 6. Обе части 2 формы, 3 соединены друг с другом или опираются друг на друга и уплотняются исключительно посредством изоляционного элемента 21. При этом изоляционный элемент 21 также немного выступает в литейную полость 4 или ограничивает ее, так что также имеется почти горизонтальное расстояние между двумя металлическими слоями 5, 6.

Благодаря термическому расцеплению достигается, что между двумя металлическими слоями 5, 6 не происходит теплообмена, соответственно выравнивания температуры, напротив, они оба могут нагреваться индивидуально и по отдельности с помощью соответствующих нагревательных устройств 7, 8. Это позволяет создавать индивидуальные температурные профили на передней и задней сторонах, необходимые для процесса полимеризации и управления им.

Однако изоляционный элемент 21 служит не только для теплоизоляции, но также для выравнивания возможных неровностей контактных поверхностей, соответственно опорных зон. Поскольку, как описано, изоляционный элемент достаточно эластичен или гибок, он может точно адаптироваться к соответствующей форме опорной зоны, в частности, первой опорной зоны 25 по отношению к литейной полости 4. Поскольку изоляционный элемент 21 также сжимается, обеспечивается полностью беззазорный контакт, т.е. в этой области не образуются микрозазоры, которые могли бы привести к образованию кромок литника и т.п., которые пришлось бы дорабатывать.

Из фиг. 3 видно также, что нагревательные элементы 17 и 20 как первого нагревательного устройства 7, так и второго нагревательного устройства 8 расположены ближе друг к другу на краях, чем в примыкающих к ним областях нагревательных устройств 7, 8. Это позволяет вводить большее количество энергии, т.е. больше тепла, в полимерную массу в критической краевой зоне, т.е. там металлические слои 5, 6 и, таким образом, также литьевая смесь нагреваются быстрее по сравнению с остальной поверхностью. Поэтому литьевая смесь полимеризуется раньше и быстрее с краю, чем в остальном объеме. Поскольку на краю подвижность второго металлического слоя 6 отсутствует в результате сжатия промежуточного слоя 9, любая усадка там не может быть компенсирована таким отслеживанием движения металлического слоя 6. Однако, поскольку в остальном объеме полости литьевая масса еще жидкая, а у края она уже начинает полимеризоваться, жидкая литьевая масса вдавливается в краевую зону, так что любая усадка там немедленно компенсируется натекащей литьевой массой. Как результат, может быть получен безупречный край.

Особый нагрев края может быть также индивидуально выполнен за счет уплотненной укладки нагревательных элементов в том смысле, что уложенные там нагревательные элементы могут также индивидуально снабжаться теплоносителем как отдельный нагревательный контур, так что процесс нагрев может также быть реализован в разное время, или, например, может протекать более горячий теплоноситель, или теплоноситель может подаваться с большим расходом, и т.д.

Изобретение относится к области литейного производства. Литейная форма для получения отливки, имеющей переднюю и заднюю стороны, из отверждаемой литьевой массы, содержит по меньшей мере одну первую часть (2) формы, образующую переднюю сторону отливки, и одну вторую часть (3) формы, образующую заднюю сторону отливки. Части (2) и (3) вместе ограничивают литейную полость (4). Часть (2) содержит первый металлический слой (5), а часть (3) содержит второй металлический слой (6), ограничивающие литейную полость (4). По меньшей мере один металлический слой (5, 6) выполнен по меньшей мере, частично деформируемым для изменения объема литейной полости. По меньшей мере одна часть формы содержит плоский промежуточный слой (9) из упругодеформируемого и сжимаемого материала, относительно которого металлический слой может перемещаться с образованием возвращающей силы со стороны деформирующегося промежуточного слоя. Под давлением подаваемого в форму литьевого материала промежуточный слой сжимается с образованием возвращающей силы. При полимеризации объем литьевой массы уменьшается, а промежуточный слой расширяется и уменьшает литейную полость вслед за усадкой. Обеспечивается простота конструкции литейной формы. 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Литейная форма для получения отливки, имеющей переднюю и заднюю стороны, из отверждаемой литьевой массы, с по меньшей мере одной, образующей переднюю сторону, первой частью (2) формы и одной, образующей заднюю сторону, второй частью (3) формы, которые вместе ограничивают литейную полость (4), причем первая часть (2) формы имеет первый металлический слой (5), ограничивающий литейную полость (4), а вторая часть (3) формы имеет второй металлический слой (6), ограничивающий литейную полость (4), при этом по меньшей мере один металлический слой (5, 6) способен деформироваться, по меньшей мере, частично, для изменения объема литейной полости, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна часть (3) формы содержит плоский промежуточный слой (9) из упругодеформируемого и сжимаемого материала, относительно которого металлический слой (6) части (3) формы может перемещаться с образованием возвращающей силы со стороны деформирующегося промежуточного слоя (9).

2. Литейная форма по п. 1, отличающаяся тем, что вторая часть (3) формы имеет промежуточный слой (9), и второй металлический слой (6) может перемещаться относительно промежуточного слоя (9).

3. Литейная форма по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что промежуточный слой (9) состоит из упругого и сжимаемого синтетического материала.

4. Литейная форма по п. 2, отличающаяся тем, что промежуточный слой (9) состоит из пенорезины (35).

5. Литейная форма по п. 3, отличающаяся тем, что промежуточный слой (9) имеет твердость по Шору A 5-35, предпочтительно 15±5.

6. Литейная форма по одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что промежуточный слой (9) имеет толщину 2-10 мм, в частности 3-7 мм, предпочтительно 4-6 мм.

7. Литейная форма по одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что промежуточный слой (9) покрывает по меньшей мере 50% площади, предпочтительно всю площадь, которой металлический слой (5, 6) ограничивает литейную полость (4).

8. Литейная форма по одному из пп. 1-7, отличающаяся тем, что на задней стороне подвижного металлического слоя (6) предусмотрено полностью покрывающее его нагревательное устройство (8), которое находится в контакте с плоским промежуточным слоем (9).

9. Литейная форма по п. 7, отличающаяся тем, что нагревательное устройство (8) содержит трубчатые или ленточные нагревательные элементы (20), заделанные в упругую массу.

10. Литейная форма по п. 8, отличающаяся тем, что упомянутая масса является теплопроводящей массой (19).

11. Литейная форма по одному из пп. 1-10, отличающаяся тем, что промежуточный слой (9) находится непосредственно на формодержателе (10, 11) части (2, 3) формы.

12. Литейная форма по одному из пп. 1-11, отличающаяся тем, что первая часть (2) формы (2) имеет первый формодержатель (10), а вторая часть (3) формы - второй формодержатель (11), причем первый и второй формодержатели (10, 11) выполнены из полимербетона.

13. Литейная форма по одному из пп. 1-12, отличающаяся тем, что первый и второй металлические слои (5, 6) выполнены из никеля.

14. Литейная форма по одному из пп. 1-13, отличающаяся тем, что первый металлический слой (5) имеет толщину 3-8 мм, в частности 4-7 мм, предпочтительно 6 мм, а второй металлический слой (6) имеет толщину 1-4 мм, предпочтительно 2,5 мм.

15. Литейная форма по одному из пп. 1-14, отличающаяся тем, что на задней стороне металлического слоя (5), выполненного неподвижным, предусмотрено нагревательное устройство (7), покрывающее поверхность неподвижного металлического слоя (5).

16. Литейная форма по п. 15, отличающаяся тем, что нагревательное устройство (7) содержит трубчатые или ленточные нагревательные элементы (17), заделанные в упругой массе.

17. Литейная форма по п. 16, отличающаяся тем, что масса является теплопроводящей массой (18).

18. Литейная форма по одному из пп. 1-17, отличающаяся тем, что на краю металлического слоя (5, 6) первой или второй части формы (2, 3) по периметру расположен изоляционный элемент (21), который в закрытом положении примыкает по краю к другому металлическому слою (5, 6), и термически отделяет друг от друга несоприкасающиеся металлические слои (5, 6).

19. Литейная форма по одному из пп. 1-18, отличающаяся тем, что изоляционный элемент (21) состоит из синтетического материала, в частности термопласта, термореактопласта или эластомера.

20. Литейная форма по п. 18 или 19, отличающаяся тем, что краевая зона металлического слоя (5, 6), на которую при закрытии опирается изоляционный элемент (21), выполнена ступенчатой и содержит первую опорную зону (25), по которой сначала проходит изоляционный элемент (21), и вторую опорную зону (28), по которой изоляционный элемент (21), зажатый между первой опорной зоной (25) и несущим изоляционный элемент (21) металлическим слоем (5, 6), проходит после своей деформации.

21. Литейная форма по одному из пп. 1-20, отличающаяся тем, что на металлическом слое (5, 6), по которому проходит изоляционный элемент (21) при закрытии, предусмотрен по периметру уплотнительный элемент (27), который в закрытом положении прилегает к изоляционному элементу (21), причем уплотнительный элемент (27) предпочтительно размещается в пазу (26) между первой и второй опорными зонами (25, 28).