Устройство для регулирования газового обмена в литейной форме Советский патент 1984 года по МПК B22D27/13 B22C9/08 

11:;;к)рег..-;:;-; относится К литейному производств), а именно к устройствам для управления литейными процессами, происходящими в газопроницаемой форме, и может быть использовано преимущественно при изготовлении ответственных ажурных и тонкостенных деталей сложной формы.

Известно устройство для регулирования газового обмена в литейной форме, выполненное в виде ампулы из материала, температура плавления которого выбрана в интервале 60-400°С .

Ампулы из материала с указанными свойствами , содержащие заключенные в них агенты для заданного физико-химического взаимодействия с отливкой или заливаемым металлом, размещают в необходимом количестве в материале формы при ее изготовлении на расстоянии от поверхности отливки, достаточном для теплового разрущения материала оболочки. В период заливки и затвердевания металла под воздействием тепла, передаваемого заливаемым металлом, происходит разрушение оболочки ампулы и истечение или отсос газов от поверхности с эвакуацией этих газов в объем ампулы, в которой предварительна было создано заданное разрежение или размещен геттер, поглощающий газ. При реализации устройства достигается улучщение процесса управления газовой средой в литейной форме и повышение тем самым качества отливок или слитков.

Однако эта ампула не может быть многократно использована в связи с ее непригодностью после первого применения в результате теплового разрушения оболочки.

Известно устройство для регулирования газового объема в литейной форме, выполненное в виде корпуса из материала более тугоплавкого, чем заливаемый металл и снабженное прикрепленной к этому корпусу сменной крыщкой из металла с температурой плавления 50-350°С и элементом из теплопроводного материала, взаимодействующим со сменной крышкой 2.

В объеме ампулы могут быть заключены агенты требуемого химического состава под давлением, геттеры, либо вакуум.

Необходимое количество ампул при формировании размещают в материале формы на расстоянии от границы формы с отливкой, достаточном для теплового разрушения крышки ампулы под воздействием передаваемого расплаво.м или отливкой тепла через теплопроводные элементы. Количество ампул, заполненных необходимыми агентами и места их размещения выбирают в зависимости от материала, размеров и конфигурации отливки или слитков.

При заливке металлического расплава в предназначенный для него объем формы

тепло расплава передается как через материал формы, так и через теплопроводные элементы сменной крышке ампулы. При тепловом воздействии крышка ампулы нагревается Б зоне контакта с теплопроводным элементом до температуры плавления, при которой и происходит локальное ее разрушение, а заключенный в ампуле агент получает доступ к форме и вступает в требуемое активное взаимодействие с атмосферой формы у поверхности расплава или у поверхности отливки. При наличии в ампуле вакуума происходит отсос газов от поверхности. Корпус ампулы можно многократно использовать при изготовлении последующих отливок.

Однако в процессе уплотнения формовочного материала с размещенным в нем устройством для регулирования газового обмена может происходить смещение и даже отход теплопроводного элемента от крыщки ампулы. Такие отход и смещение теплопроводного элемента сопровождаются проникновением формовочного материала в зону механического контакта названных выше деталей с нарушением теплового контакта необходимого при заливке расплава в литейную форму для управления происходящими в ней процессами и, как следствие, - уменьшением надежности в работе устройства.

Известно также устройство, содержащее корпус, снабженный полостью для размещения агента под давлением или создания вакуума, крышку, скрепленную с корпусом, и элемент из теплопроводного материала. Элемент выполнен в виде прикрепленного к крышке диффузора, узкая часть которого снабжена закрепленной в ней пробкой из легкоплавкого материала и обращена внутрь полости корпуса, а щирокая - снабжена закрепленной в ней сеткой для предохранения внутренней полости диффузора от попадания в нее формовочного материала 3.

При работе этого устройства тепло от находящегося в форме расплавленного металла или горячей отливки передается через материал и диффузор легкоплавкой пробке, которая, расплавляясь, в свою очередь открывает доступ активного агента к содержащей расплав или горячую отливку форме. На пути движения агента к форме ло конически расщиряющемуся каналу диффузора по мере увеличения живого сечения последнего происходит уменьшение скорости потока агента и увеличение его давления, т.е. скоростной напор организованно и направленно переходит в энергию его давления необходимую для равномерного воздействия на выходе из диффузора на материал формы, проникая через его поры под давлением к атмосфере формы для заданного с нею взаимодействия.

При использовании устройства в качестве отсасывающего и при отводе в этом случае атмосферы от поверхности расплава или поверхности отливки в объемч ампулы диффузор выполняет также функции организующего поток широкого для забора газов и сужающегося на пути ввода в ампулу этих газов канала, т.е. диффузор работает в качестве конфузора. Отвод агрессивной атмосферы от поверхности формы также, как и в первом случае, начинается после расплавления пробки из легкоплавкого материала. Наличие надежного теплового контакта между скрепленными теплопроводным диффузором и легкоплавкой пробкой обеспечивает надежную и безотказную работу устройства.

Однако объем устройства используется недостаточно полно. Так, объем полости диффузора в исходном состоянии остается неиспользованным для размещения в нем агента или заключения вакуума.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее корпус с полостью для размещения агента под давлением или создания в ней разрежения и скрепленный с ним диффузор, несущий закрепленную в нем сетку, сменную крыщку с ячейками, выполненную из теплопроводного материала, отверстия которой герметично закрыты пробкой из легкоплавкого материала, а также камеру для расплава теплоносителя, гидравлически соединенную с рабочей полостью литейной формы трубками (каналами) 4.

При заливке жидким металлом литейной формы происходит естественный подъем уровня расплава и заполнение расплавомтеплоносителем камеры. Тепловой поток при этом передается от расплава-теплоносителя легкоплавкому материалу пробки через стенки этой камеры и предохранительную сетку для расплавления материала пробки и начала действия устройства. Дальнейшее действие устройства аналогично действию описанных выше устройств.

Использование объема диффузора в качестве дополнительной емкости для заключения нужного агента или вакуума и образование в диффузоре без увеличения объема устройства камеры для расплава-теплоносителя, подводимого специального к легкоплавкой пробке через канал от рабочего объема литейной формы, повышает эффективность устройства.

Однако эффективность известного устройства недостаточно высока и обусловлена длительностью расплавления материала пробки в связи с отделенностью кольцевой камеры для расплава-теплоносителя от центральной части сетки, несущей в ячейках легкоплавкий материал пробки. При уже заполненной кольцевой камере теплоносителем первоначально расплавляется материал пробки, заключенный в ячейках периферийной части сетки соседней с кольцевой камерой, и в последнюю - в центральной части.

Цель изобретения - повышение эффективности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования газового обмена в литейной форме, содержащем корпус и скрепленный с ним диффузор, образующие полость для размещения агента под давлением или создания в ней разрежения, закрепленную на конце диффузора сменную крыщку с ячейками, заполненными легкоплавким материалом, и камеру для расплава-теплоносителя,гидравлически

сообщающуюся каналами с рабочей полостью литейной формы, сменная крыщка выполнена в виде двух параллельно размещенных и скрепленных по периферии обечайкой рещеток с закрепленными в их отверстиях трубками, образующими ячейки для легкоплавкого материала, а камера для расплава-теплоносителя образована обращенными друг к другу поверхностями торцовых частей решетки, внутренней поверхностью обечайки и внещннми поверхностями трубок.

При этом трубки решеток могут быть выполнены постоянного по длине сечения, либо в виде усеченных конусов.

На фиг. 1 схематически представлено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Стрелками на чертеже обозначены вход расплава металла в ка.меру при заполнении им литейной формы и выход воздуха и/или газов из этой камеры по мере заполнения ее расплавом-теплоносителем (верхняя стрелка).

Устройство содержит корпус 1 с полостью 2 в нем для размещения агена под давлением или создания в ней разрежения и диффузор 3 с полостью 4 в нем, скрепленный с корпусом и несущий закрепленную в нем камеру 5 для расплава металла (не показан), выполняющего в этой камере роль теплоносителя.

Камера 5 для расплава-теплоносителя представляет собой решетки 6, соединенные обечайкой 7 и трубками 8, закрепленными в решетках развальцовкой и/или сваркой. Обечайка 7 с решетками б соединена путем сварки и выполнена с винтовой нарезкой 9 для соединения с диффузором 3 и возможности последующей замены камеры 5 для расплава-теплоносителя. Диффузор 3 для этого также снабжен винтовой нарезкой. Для достижения плотности место соединения нарезок может быть пропаяно, либо уплотнено одним из известных способов, например с помощью отожженного красномедного кольца (не показано). Трубки 8 (в продольном разрезе) могут быть выполнены как постоянного по длине сечения, так и переменного - в виде усеченных конических обечаек. Трубки 8, имеющие форму конических обечаек, могут быть установлены в решетках 6 большим основанием конуса как в сторону литейной формы, так и в сторону полости 4 диффузора 3. В исходном состоянии устройства отверстия в трубках 8, как и ячейки в сетке устройства-прототипа, заполнены легкоплавКИМ материалом 10 пробки 11, например оловянистосвинцовым, путем заливки материала. Направление установки трубок 8, выполненных в виде конических обечаек, большим основанием конуса в ту или иную сторону определяется условиями повышения надежности закрепления легкоплавкого материала 10 пробки 11 при воздействии нагрузок на этот материал в исходном состоянии устройства. В качестве таких нагрузок приняты во Внимание воздействие давления агента, размеш,енного в полостях 2 и 4 устройства 1 и диффузора 3, а также - воздействие давления атмосферы при наличии разрежения в полости 2 устройства 1 и давление материала 2 литейной формы 13 при разрежении в полости 2. Для случая воздействия давления агента, размеш.енного в полости 2 устройства 1, трубки 8 лучше устанавливать большим основанием в сторону полости 2. Для случая наличия разрежения в полости 2 устройства I трубки 8 лучше устанавливать большим основанием в сторону материала 12 литейной формы 13. Таким образом, установка выполненных в виде усеченных конических обечаек трубок 8 большим основанием в сторону большего давления повышает надежность закрепления легкоплавкого материала 10 пробки 11 в трубах. Установка трубок 8, выполненных в виде усеченных конических обечаек, большим основанием в сторону материала 12 литейной формы 13 при подаче агента под давлением при регулировании газового обмена улучшает условия подачи агента к расплаву металла, так как при истечении скоростной напор в трубках 8, выполняющих в данном случае функции диффузоров, переходит в энергию давления, обеспечивая лучшие условия для. проникновения агента через материал литейной формы. Установленные в таком положении трубки 8 обеспечивают и лучшие условия для отвода газа от литейной формы 13 при содержании в корпусе 1 вакуума, так как отверстия направлены болыпими основаниями в сторону отбора газов. Межтрубное пространство камеры 5 предназначено для заполнения его расплавом-теплоносителем. Для этого в наружной трубной решетке 14 закреплены трубки 15 и 16, свободные концы которых выходят в объем литейной формы 13. При этом нижняя из трубок 15 предназначена для ввода расплава металла в межтрубный объем камеры 5, верхняя - 16 для отвода воздуха или газов из этого объема при вводе расплава в камеру и подъема его уровня в ней. Таким образом, под выполнением камеры 5 для расплава-теплоносителя в сетке следует понимать выполнение камеры со стенками решетками, в отверстиях которых закреплены трубки-ячейки, внутренние поверхности которых в совокупности с наружными поверхностями решеток, в которых они закреплены, выполняют функции ячеек известной сетки (как в прототипе), а наружные поверхности трубок в совокупности с внутренними поверхностями решеток, в которых закреплены трубки, выполняют функции камеры для расплава-теплоносителя. Предлагаемое выполнение камеры 5 для расплава повышает эффективность устройства путем ускорения расплавления материала легкоплавкой пробки, так как расплав-теплоноситель, вводимый в межтрубное пространство камеры 5, подводят в каждой трубке 8 (ячейке), заполненной легкоплавким материалом 10 пробки П. При работе это аналогично подводу расплава-теплоносителя по полым нитям сетки к ячейкам, заполненным застывшим легкоплавким материалом 10 пробки 11, т.е. межтрубное пространство в камере 5 выполняет функции каналов, которые можно было бы выпо. в каждой нитке сетки для повышения эффективности устройства. Установка трубок 8 между решетками 6 гювьипает при использовании устройства устойчивость формы и прочность камеры 5 длч расплава-теплоносителя, работающей в диффузоре под давлением вместо сетки Б устройстве-прототипе. В исходном состоянии полость 2 корпуса 1 устройства и полость 4 в диффузоре 3 гидравлически соединены, а полость камеры 5 для расплава-теплоносителя гидравлически соединена с объемом литейной формы 13 трубками 15 и 16. Устройство в материале 12 литейной формы 13 размешают из расчета наиболее эффективного использования вводимых при регулировании агентов, либо вакуума. Количество устройств выбирают в зависимости от вида и марки материала, размеров и конфигурации отливок, а также - ответственности отливки или слитка. Особенность работы предлагаемого устройства заключается в расплавлении легкоплавкого материала 10 пробки 11 при тепловом воздействий расплава-теплоносителя непосредственно на стенки трубок 8 (ячеек) при заполнении этим расплавом межтрубного пространства камеры 5. Для повторного использования устройства, предназначенного для регулирования газового, обмена в литейной форме, достаточно заменить в нем уже использованную камеру 5 с застывшим в ней расплавом-теплоносителем. Такое выполнение камеры 5 для расплава повышает и надежность устройства, так как уменьшает механические деформации ячеистого устройства (камеры 5 для расплаватеплоносителя, использованной вместо сетки, смонтированной в окружаюш,ей ее камере) при размешении устройств для регулирования в материале 12 литейной формы 13 и последующем формовании.

Предлагаемое улучшение перечисленных свойств устройства, предназначенного для регулирования газового обмена в литейной форме, а также его простота, надежность и использование только теплрвой энергии заливаемого металлического расплава для приведения в действие устройства позволит широко использовать его в народном хозяйстве и получить экономию за счет улучшения физико-механических свойств материала отливок или слитков.

Фиг. 2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗОВОГО ОБМЕНА В ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЕ, содержащее корпус и скрепленный с ним диффузор, образующие полость для размещения агента под давлением или создания в ней разрежения, закрепленную на конце диффузора сменную крущку с ячейками, заполненными легкоплавким материалом, и камеру для расплава-теплоносителя, гидравлически сообщающуюся каналами с рабочей полостью литейной формы, отличающееся тем, что, с целью повыщения его эффективности, сменная крыщца выполнены в виде двух параллельно размещенных и скрепленных по периферии обечайкой рещеток с закрепленными в их отверстиях. трубками, образующими ячейки для легкоплавкого материала, а камера для расплава-теплоносителя образована обращенными друг к другу поверхностями торцовых частей рещетки, внутренней поверхностью обечайки и внешними поверхностями трубок. 2.Устройство -ПО п. 1, отличающееся тем, что, трубки решеток выполнены постоянного по длине сечения. Л 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трубки решеток BbinOviHeHbi в виде усеченных конусов. 00 ГчЭ