Установка вакуумной пропитки отливок Российский патент 2024 года по МПК B22F3/26 B22D18/06 

Изобретение относится к литейному производству, в частности, к конструкции устройств для пропитки пористых отливок герметизирующим составом.

Известна установка для пропитки отливок [1], включающая в себя закрепленную в раме емкость, содержащую смонтированную на своем днище центральную стойку с коническим наконечником, имеющим возможность вращения, и с подшипником, закрепленным у основания стойки.

Недостатком данной установки является существенное ограничение геометрии отливок, подлежащих пропитке, по причине размещения стойки по центру днища емкости, а также сложность, обусловленная необходимостью применения гидро-, пневмопривода и привода вращения.

Известна установка для вакуумной пропитки якорей, катушек и статоров [2], содержащая камеру для пропитки, емкость для компаунда, вакуумный насос и трубопроводы, ресивер.

К числу ее недостатков относятся отсутствие в составе компонента, ответственного за создание избыточного давления в камере для пропитки, что не позволяет обеспечить высокую производительность установки, так как для полной пропитки отливок цикл нужно повторять 2-3 раза.

Наиболее близкой к предлагаемому решению, выбранной в качестве прототипа, является мобильная установка вакуумной пропитки [3], содержащая загрузочный короб для укладки изделий, резервуар для пропитки, вакуумный насос, емкость для хранения пропиточной смолы с заливным клапаном и зону стекания воды, загрузочный короб выполнен в виде перфорированного листа, резервуар для пропитки - в виде герметичного мешка из высокоэластичной прозрачной пленки с трубчатыми зажимами, который выполняет функции моечного резервуара и резервуара для полимеризации, при этом установка дополнительно снабжена проточным водонагревателем и циркуляционным насосом, включенными в единый контур с герметичным мешком, а мешок оборудован тремя штуцерами, соединяющими его соответствующими трехходовыми кранами с упомянутым контуром, вакуумным насосом, емкостью для хранения пропиточной смолы, расположенной ниже уровня герметичного мешка, и через запорный клапан с зоной стекания воды, выполненной в виде дренажа.

Прототип не обеспечивает глубокое проникновение герметизирующего состава в поры отливки по причине отсутствия в составе установки компонента, обеспечивающего возможность создания избыточного давления в резервуаре для пропитки. Дополнительные сложности создает то, что многофункциональный герметичный мешок из высокоэластичного материала после подачи вакуума может прижиматься к стенкам отливки, препятствуя полноценному выполнению им заявленных функций моечного резервуара и резервуара для полимеризации.

Задачей настоящего изобретения является создание установки вакуумной пропитки, гарантирующей качественные очистку от грязи, масла, СОЖ и т.д. и пропитку отливок с поверхностными порами, а также расширение ее функционала возможностью пропитки отливок как в условиях вакуумирования, так и избыточного давления в резервуаре для пропитки, и улучшение управляемости производственного процесса.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в обеспечении более полной и эффективной очистки от грязи, масла, СОЖ и т.д. и герметизации крупных, средних и мелких пор, расположенных на поверхности отливок и повышении уровня давления, при котором нарушается герметичность отливки, после пропитки в сравнении с прототипом.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке вакуумной пропитки отливок, включающей в себя резервуар для пропитки, вакуумный насос, проточный водонагреватель, циркуляционный насос, емкость с пропиточным составом, мановакуумметр, термометр, запорные клапаны, трехходовые краны, сепаратор, дренаж, и основание, дополнительно содержатся электромагнитный вакуумный клапан, мембранные клапаны, компрессор, ресивер, емкость с щелочным раствором, промывочная камера, металлический подиум для крепления пропиточной и промывочной камер и кожух.

Предлагаемая установка вакуумной пропитки отливок представлена на фигуре 1 (трубопроводы связывают части установки как функционально (транспортировка пропиточного раствора, воды, воздуха), так и конструктивно (посредством фланцевых соединений, сочленения и сварки).).

Установка вакуумной пропитки отливок содержит следующие части, находящиеся в конструктивном единстве и совместно обеспечивающие практическую реализацию ею своего функционального назначения:

1 – резервуар для пропитки, который представляет собой вертикально расположенный цилиндрический сосуд с герметично закрывающейся крышкой; 2 - промывочная камера; 3 – проточный водонагреватель; 4 – сепаратор; 5 – ресивер; 6 – вакуумный электромагнитный клапан; 7 –циркуляционный насос; 8 – вакуумный насос; 9 – емкость с пропиточным составом; 10 – емкость с щелочным раствором; 11 – термометр; 12 – мановакуумметр; 14 – компрессор; 13, 16 – трехходовые краны; 15, 17, 18, 19 и 20 – запорные клапаны; 21, 22 – мембранные клапаны, которые автоматически закрываются при вакууме; 23 – металлический подиум для крепления пропиточной и промывочной камер; 24 – кожух; 25 – основание, 26 - дренаж.

Все части установки вакуумной пропитки отливок для обеспечения ее компактности расположены друг относительно друга с минимальными зазорами, позволяющими провести комплекс монтажных работ, соединены между собой сборочными операциями (свинчивание, сочленение, сварка), обеспечивающими конструктивное единство и реализацию устройством общего функционального назначения (функциональное единство), и жестко закреплены в раме (на фигуре 1 не показана) или на основании 25, в качестве которого может выступать как станина, так и специальный постамент, пол или фундамент производственного участка.

Резервуар для пропитки 1, запорный клапан 18 и емкость с пропиточной смолой 9 в совместной работе с вакуумным насосом 8, который создает отрицательное давление (разрежение), ресивером 5, который служит для хранения сжатого воздуха перед его подачей в систему трубопроводов, мановакуумметром 12 для измерения вакуумметрического давления, сепаратором 4, который способствует отделению попадающих жидкостей из системы от воздуха, вакуумным электромагнитным клапаном 6, циклично работающем при пропитке и очистке отливок, трехходовым краном 13 для переключения режима работы установки очистки и пропитки отливок, мембранным клапаном 21, обеспечивающим уплотнение резервуара для пропитки 1 при подачи вакуума, компрессором 14, который нагнетает избыточное давление в резервуар для пропитки и запорным клапаном 15 обеспечивают качественную пропитку отливок герметизирующим составом. Промывочная камера 2, запорный клапан 17 и емкость с щелочным раствором 10 в совместной работе с мембранным клапаном 22, вакуумным насосом 8, ресивером 5, сепаратором 4, мановакуумметром 12, вакуумным электромагнитным клапаном 6 последовательно конструктивно соединены трубопроводами через трехходовой кран 13 и обеспечивают очистку отливок перед пропиткой. Циркуляционный насос 7, который служит для принудительного обеспечения системы жидкостью, проточный водонагреватель 3, для нагрева воды конструктивно соединены с промывочной камерой 2 системой трубопроводов, трехходовой кран 16 для создания замкнутого контура, термометр 11 для измерения температуры воды в системе, запорный клапан 19, запорный клапан 20 и дренаж 26, в который сливается вода, совместно обеспечивают процесс промывки отливок после пропитки и полимеризацию пропиточного состава. Резервуар для пропитки 1 и промывочная камера 2 закреплены на металлическом подиуме 23. Кожух 24 предназначен для обеспечения изоляции рабочей зоны установки и безопасности условий труда производственного персонала. Основание (фундамент) 25 предназначено для монтажа всех частей установки.

Очистка отливок от грязи, масел и СОЖ и удаление их из поверхностных пор деталей возможны только при совместной работе вакуумного насоса 8, ресивера 5, сепаратора 4, вакуумного электромагнитного клапана 6, конструктивно соединенных системой трубопроводов и трехходовым краном 13 с промывочной камерой 2, которая в свою очередь соединена с емкостью 10, заполненной щелочным раствором. Резервуар для пропитки 1, емкость с пропиточным составом 9, компрессор 14, вакуумный насос 8, ресивер 5, сепаратор 4, вакуумный электромагнитный клапан 6, система трубопроводов и трехходовой кран 13 в функционально-конструктивном единстве обеспечивают качественную пропитку герметизирующим составом пор, выходящих на поверхность отливок. При этом создание разрежения при вакуумировании происходит за счет цикличной работы вакуумного электромагнитного клапана 6, а работа компрессора 14 для создания избыточного давления способствует более глубокому проникновению герметизирующего состава в поры отливки.

Принципиальная гидравлическая схема установки вакуумной пропитки отливок приведена на фигуре 2. Установка работает следующим образом:

Первая операция – очистка отливок. Отливки укладываются в промывочную камеру 2, она закрывается, затем включается вакуумный насос 8 и откачивается воздух из ресивера 5, снижая давление в нем до вакуума 0,9 МПа. Вакуумный электромагнитный клапан 6 при этом закрыт. Открываются вакуумный электромагнитный клапан 6 и запорный клапан 18. В промывочной камере 2 создается вакуум, за счет чего щелочной раствор из емкости 10 поднимается в промывочную камеру 2. После заполнения промывочной камеры 2 щелочным раствором запорный клапан 18 закрывается и начинает работать вакуумный электромагнитный клапан 6, который открывается и закрывается с частотой 1-2 раза в секунду, при этом срабатывает мембранный клапан 21 и происходит гидроудар, в результате чего щелочной раствор проникает в поры отливки и вымывает из них загрязнения. При этом сепаратор 4 защищает систему от попадания в нее влаги. Отливки выгружаются из промывочной камеры 2 и сушатся.

Вторая операция «сухой вакуум». Для ее осуществления трехходовой кран 13 переключают в положение «открыто» для обеспечения доступа в резервуар для пропитки 1, отливки загружают в резервуар для пропитки 1, и он закрывается. В резервуаре для пропитки 1 при помощи вакуумного насоса 8 создается необходимый вакуум, уровень которого контролируется мановакуумметром 12. Отливки определенное время выдерживаются при постоянно работающем вакуумном насосе 8, в результате чего воздух удаляется из пор, выходящих на поверхность отливок. После достижения требуемого уровня вакуума выполняется третья операция.

Третья операция «влажный вакуум-давление». Открывается запорный клапан 17, и пропиточная жидкость из емкости с пропиточным составом 9 при работающем вакуумном насосе 8 поступает в резервуар для пропитки 1 до полного его заполнения. После этого запорный клапан 17 закрывается и отливки выдерживаются в вакууме в течение 10 минут, затем начинает работать вакуумный электромагнитный клапан 6, который открывается и закрывается с частотой 1-2 раза в секунду. При этом срабатывает мембранный клапан 22 и происходит гидроудар, способствующий глубокому проникновению пропиточного состава в поры отливок. Затем вакуумный электромагнитный клапан 6 закрывается, включается компрессор 14, открывается запорный клапан 15, в резервуаре для пропитки 1 создается необходимое давление и отливки выдерживаются в течение 15 минут. За счет этого пропиточный состав «закрепляется» в порах, вытесняя воздух, оставшийся в отливке. Затем компрессор 14 отключается, открываются запорный клапан 15 и запорный клапан 17, пропитывающий состав стекает в емкость 9 и пропитанные отливки выгружаются.

Четвертая операция – промывка отливок. Отливки погружают в промывочную камеру 2, после чего ее закрывают. При открытии трехходового крана 16 вода заполняет промывочную камеру 2 проточной водой. По завершении заполнения промывочной камеры 2 кран 16 закрывается и открывается запорный клапан 20, вода с остатками пропиточного состава сливается в дренаж 26.

Пятая операция – полимеризация. Клапан 20 закрывается, трехходовой кран 16 переключается на подачу проточной воды в промывочную камеру 2. После заполнения промывочной камеры 2 водой кран 16 переключается, а запорный клапан 19 открывается, образуя «закрытый контур». Включается циркуляционный насос 7 и проточный водонагреватель 3, нагревает воду, циркулирующую в контуре, до уровня 95-100°C. Контроль температуры воды осуществляется термометром 11. Затем происходит выдержка при этой температуре в течение 30 минут, циркуляционный насос 7 и проточный водонагреватель 3 отключаются, открывается запорный клапан 20, и вода сливается в дренаж 26. Отливки остывают и выгружаются.

Пропитка окончена.

Для проверки эффективности предлагаемого технического решения проводили его экспериментальное сравнение с прототипом. Промывочная камера в составе предлагаемой установки имела объем 1,5 м³ и содержала щелочной раствор, который состоял из едкого натра и тринатрийфосфата с концентрацией в воде каждого по 5 г/л, а также пеногасителя с концентрацией 0,1 г/л. Предлагаемая установка включала в себя ручной прямоточный вакуумный клапан с электромагнитным приводом марки «Актан KF25» с рабочим давлением до 0,1 МПа и максимальным перепадом давления в момент открытия до 0,5 МПа. Пропитка производилась герметизирующим составом марки «Анакрол-90», который полимеризуется в воде при температуре 95±5 °C. Интервал рабочих температур испытаний отливок после пропитки и полимеризации составлял от -60°C до +220°C.

Проверка проходила на трех опытных отливках, характеристики которых приведены в таблице 1. Контролировались степень очистки отливок (наличие остатков грязи, масла и СОЖ на поверхности) перед пропиткой (с использованием микроскопа для определения размера пор в их устье), а также давление, при котором нарушается герметичность, после пропитки (с использованием электрического опрессовщика с манометром).

Результаты проверки, приведенные в таблице 2, показали более высокое качество очистки и пропитки отливок с применением предлагаемой установки в сравнении с прототипом.

Источники информации:

1. Патент № 96503 Российская федерация, МПК B01F 9/10 (2006.01), B04B 5/00 (2006.01). Установка для пропитки отливок: № 2010113057/05: заявл. 05.04.2010: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPMAP&DocNumber=2010113057/05&TypeFile=htmlопубл. 10.08.2010/ Борисов В.В.; - 10 с.: ил. – Текст: непосредственный.

2. Патент № 44210, Российская федерация, МПК H02K 15/04 (2000.01). Установка для вакуумной пропитки якорей, катушек и статоров: опубл. 27.02.2005/ Пелипенко Н.А., Пелипенко Я.Н.; - 5 с.: ил. – Текст: непосредственный.

3. Патент № 139381, Российская федерация, МПК B22F 3/26 (2006.01). Мобильная установка вакуумной пропитки: опубл. 20.04.2014/ Евдокимов С.В., Комлев В.К., Орлова Е.А., Соколов К.О., Федорова О.Е.; - 7 с.: ил. – Текст: непосредственный.

Таблица 1

Отливка Описание Габаритные размеры, мм
Д х Ш х В Масса, кг Материал Размер пор в устье, мм Корпус Тонкостенная отливка в виде параллелепипеда с бобышками по периметру у фланца 450 х 520 х 610 43 СЧ20
ГОСТ 1412-85 0,2-0,32 Патрубок Тонкостенное тело вращения с утолщенными фланцами по краям 600 х 230 х 230 20 АК7ч
ГОСТ 1583-93 0,1-0,18 Тормозной цилиндр Толстостенное цилиндрическое тело 200 х 90 х 90 6 АК9ч
ГОСТ 1583-93 0,17-0,24

Таблица 2

Отливка Степень очистки перед пропиткой
(прототип / предлагаемое решение) Давление, при котором нарушается герметичность до пропитки,
МПа Давление, при котором нарушается герметичность, после пропитки (прототип / предлагаемое решение), МПа низкая^* средняя^* высокая^* Корпус +/- -/- -/+ 0,01 0,1/0,9 Патрубок -/- +/- -/+ 0,014 0,12/0,84 Тормозной цилиндр -/- +/- -/+ 0,012 0,08/0,65

^* низкая степень очистки - присутствуют остатки масла и грязи на поверхности;

средняя степень очистки - присутствуют остатки масла и грязи в порах;

высокая степень очистки - полное отсутствие масла и грязи на поверхности и в порах.

Изобретение относится к области литейного производства. Установка вакуумной пропитки отливок содержит пропиточную (1) и промывочную (2) камеры с мембранными клапанами, закрепленными на металлическом подиуме. Пропиточная камера соединена трубопроводами с вакуумным насосом (8), емкостью с пропиточным составом (9), ресивером (5) для сжатого воздуха, сепаратором (4) для отделения попадающей из трубопроводов жидкости от воздуха, компрессором (14) нагнетания избыточного давления, промывочной камерой и электромагнитным вакуумным клапаном (6), создающим цикличное разрежение при вакуумировании. Промывочная камера соединена трубопроводами с емкостью со щелочным раствором (10), дренажом и, через трехходовой кран, с упомянутыми компрессором, электромагнитным вакуумным клапаном, вакуумным насосом, ресивером и сепаратором. Трехходовым краном (13) переключают установку на режимы очистки отливок в промывочной камере, удаления воздуха из пор отливок в пропиточной камере, пропитки отливок пропиточным составом и полимеризации пропиточного состава в промывочной камере. Обеспечивается очистка и герметизация поверхностных пор отливок. 2 ил., 2 табл.

Установка вакуумной пропитки отливок, содержащая основание с размещенными на нем пропиточной камерой, соединенной трубопроводами с мановакуумметром для измерения вакуумметрического давления с вакуумным насосом, емкостью с пропиточным составом, ресивером для хранения сжатого воздуха, сепаратором, выполненным с возможностью отделения попадающей из системы трубопроводов жидкости от воздуха, отличающаяся тем, что она снабжена кожухом, компрессором нагнетания избыточного давления в камеру пропитки, электромагнитным вакуумным клапаном, выполненным с возможностью создания цикличного разрежения при вакуумировании, соединенным трубопроводом с пропиточной камерой, а также промывочной камерой, соединенной посредством трубопроводов с емкостью со щелочным раствором, дренажом и, через трехходовой кран, с упомянутыми компрессором, электромагнитным вакуумным клапаном, мановакуумметром, вакуумным насосом, ресивером и сепаратором, при этом пропиточная и промывочная камеры закреплены на металлическом подиуме и снабжены мембранными клапанами, упомянутый трехходовой кран выполнен с возможностью переключения режима работы установки вакуумной пропитки отливок для осуществления режимов очистки отливок в промывочной камере, удаления воздуха из пор отливок в пропиточной камере, пропитки отливок пропиточным составом и полимеризации пропиточного состава в промывочной камере, причем установка вакуумной пропитки отливок содержит проточный водонагреватель и термометр, выполненные с возможностью нагрева воды, подаваемой в промывочную камеру в режиме полимеризации пропиточного состава, и контроля ее температуры.