Способ изготовления изделий с замкнутой полостью Советский патент 1986 года по МПК B22D13/04 

«

Изобретение относится к технологии машиностроения и может найти применение в литейном производстве при изготовлении, например, эллипсоидов вращения.

Цель изобретения - получение рабочей поверхности в виде эллипсоида вращения.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - эпюра сил, действующих в плоскости полуосей а и с эллипсоида , на фиг. 3 - эпюра сил, действующих в плоскости полуосей Q и Ь эллипсоида; на фиг. 4 - изделие, полученное согласно предлагаемому способу, продольный разрез.

Способ осуществляется при помощи устройства, состоящего из контейнера 1, установленного на валу 2, привода 3, смонтированного на поворотной раме 4, установленной на валу 5, скрепленном посредством пружины 6 с поворотной рамой 7, закрепленной на валу 8, соединенном посредством пружины 9 со станиной 10 и necyn iM рычаг 11, взаимодействующий с приводным профильным кулачком 12, Приводы 3, пружины 6 и дебалансы 13 с зубчатыми передачами выполнены спарен- ньгми из соображений уравновеимвания вращающихся узлов устройства. В необходимых случаях устройство снабжается электромагнитной установкой 14 для наведения бегущего снизу вверх электромагнитного поля.

Текучую массу (формовочная смесь, жидкий металл, расплавленная стеклянная масса и т.п. - в зависимости от назначения изделия) в заданном количестве загружают в контейнер 1, кото рьй при помощи привода 3 приводится во вращение с угловой скоростью .

При этом дебалансы 13, получая движение от зубчатого колеса 15 и зубчатой передачи 16, также совершают вращательное движение, развивая каждьй центробежную силу. Поскольку дебалансы на каждой стороне рамы 4 установлены попарно и совершают вращение во встречных направлениях в одной фазе, то составляющие центробежных сил дебалансов, направленнь е вдоль линии, соединяющей их центры вращения, взаимно уравновешиваются, а направленные перпендикулярно ей суммируются в равнодействующую, изменяющуюся по гармоническому закону

356412

с круговой частотой, равной угловой скорости соответственного вращения контейнера (при передаточном числе от зубчатого колеса 15 к валу деба5 ланса, равном ерлнице). Требуемый сдвиг фазы этой равнодействующей реализуется первоначальной установкой дебалансов в нужном положении. Равно- действуюш 1е центробежных сил обеих

10 пар дебалансов относительно оси вала 5 создают момент, изменяющийся по тому же гармоническому закону. В силу этого поворотная рама 4 с упругими связями в виде пружины 6 соверtS шает вынужденные вращательные колебания с той же круговой частотой и сдвигом фазы. Одновременно приводится в движение профильный кулачок 12, взаимодействуя с которым, рычслг 1 1

20 с возвратной пружиной 9 приводит в движение вал 8 с поворотной рамой 7. На частицы текучей массы, вращающейся зместе с контейнером, действуют центробежные силы, пропорциональ25 ные квадрату угловой скорости вращательного движения вокруг оси и расстоянию, на которое в данный момент частица отстоит от оси вращения (радиус вращения). Эпюры центробежных

30 сил, действующих на частицы текучей массы, показаны на фиг. 2 и 3. При устранении (или компенсации) влияния на частицы сил тяжести под воздействием сил, распределение которых покаjj зако на эпюрах (фиг. 2 и 3), свободная поверхность жидкости (текучей массы) является поверхностью эллипсоида. Этот вывод вытекает из установленного факта совпадения направления

40 результирующей силы, действующей на частицу, и направления касательной к поверхности эллипсоида (фиг. 2 и 3).

Рассмотрим эллипсы, получаемые 45 в продольных сечениях эллипсоида. Математически эллипсы описываются уравнениями

50

х; у.

где X , у, - координаты точек эллипса, измеренные в направлении ко- opдинaтньD: осей, 55 л,Ь, с - полуоси эллипса.

т cJ Z Тогда модули производныхи ---,

Jx fJx соответственно равные модулю танген3

са угла IC и угла Y, наклона касательной к поверхности эллипса к данной точке, равны

, м - V -

% . У :; 5 , tg 1 - - 7

v 1 9Г п т

V а& 7 7. а

Центробежные силы, действующие

(г)

на частицу текучей массы в рассматри ваемой точке, равны

G .х (iJ, ); С -- rr {) +uJ. ) ;

С - тг (-J, v )(J)

где Gj, Су и центробежные силы, действующие вдоль координатных осей л , у и 2 .

f - масса частицы, uJ , ijJy . г - угловые скорости вращения контейнера вокруг осей х , У и Z .

На основании выражений (3) при от сутствии сил тяжести тангенсы уг- уму наклона касательной определяются выражениями

, /v - - X

- Т ---Г.--,-г

X X

.,

2 С.

uJ

-J.

(М

Приравнивая вьфажения (2) и (4) ,

X cjJy oJ

X с

Ч z

г а

.г .1

XtAjy - Z.

Л

V5)

откуда

i L19(

b uJy -t-oJ,, -V uJ

a J/ a , .„

(6)

Этот результат позволяет утверждать, что для получения эллипсоида должно отсутствовать влияние сил тяжести на текучую массу, а также отношение суммы квадратов угловых скоростей вращения контейнера вокруг полуосей поперечного сечения эллипсоида к сумме квадратов угловых скоростей вращения вокруг продольной и одной из поперечных полуосей должно равняться отношению квадрата второй из поперечных: полуосей к квадрату продольной полуоси эллипсоида.

Эллипсоид вращения получается только при равенстве угловых скоростей вращения вокруг поперечных полуосей { с b и LJ- LJ ) .

356414

Выбор конкретной скорости вращения, температуры, массы и других показателей технологического режима зависит от физико-химических свойств прнменя- 5 емых материалов (черные и цветные металлы, стекло, формовочные массы и т.п.). Например, при литье из металлических с.плавов можно принять для большей скорости вращения контейнера 10 известные рекомендации и определить скорость вращения по формуле:

5520/-fp г

(7)где 5520 - постоянный для всех сплавов коэффициент,

t5 Р- плотность жидкого металла, внутренний радиус отливки. Пример 1. Требуется изготовить из чугуна изделие с эллиптической полостью с полуосями о 10 см, 20 Ь 8 см, с b (эллипсоид вращения).

Заданное количество жидкого чугуна помещают в контейнер соответствующей форьа. Б условиях невесомости сообщают контейнеру вращение вокруг 25 полуоси а со скоростью 654 об/мин, а вокруг полуосей b и с - со скоростью 450 об/мин. Скорости вычислены по форьгулам (7) и (6).

После отвердевания изделия враще- 0 ние вокруг всех трех полуосей прекращают и полученное изделие извлекают из контейнера.

Пример 2. При тех же условиях требуется изготовить эллипсоид с , полуосями а 10 см, Ь 8 см, с 7 см. В этом случае скорости вращения вокруг полуосей соответственно равны 654 об/мин, 493 об/мнн, 294 об/мин. Если заданы а и b , то Q значение с нельзя брать произвольным, наименьшее значение с определяется из выражения

с,

ib/JQ b

С8)

При с с , скорость вращения контейнера вокруг наименьшей полуоси равна нулю

uJ О ,(9)

Для электропроводных материалов влияние сил тяжести на текучую массу можно компенсировать воздействием бегущего вверх электромагнитного поля.

Именно для этих случаев предусмотрена электромагнитная установка 16 (фиг. 1).

Однако наиболее качественные результаты дает осуществление способа

в условиях невесомости на космических кораблях и орбитальных станциях, что может найти пмрокое применение при изготовлении эллипсоидов вращения для оптических устройств.

Вращение контейнера с текучей массой продолжают до полного отверждения ее. В палученном эллипсоиде соотношение полуосей соответствует со отношению угловых скоростей, с которыми совершалось вращение контейнера вокруг жестко связанных с ним взаимно перпендикулярных осей ОХ V7 ,

-

Полученное изделие (фиг. 4) после разъединения на части может быть использовано как самостоятельное изде- 5 лие (например, в качестве световых отражателей) либо служить формой для изготовления контрдетгли.

Внедрение изобретения расширит 10 возможности изготовления изделий с замкнутой полостью, например позволит получать эллипсоиды вращения и трехосные эллипсоиды, находящие применение в оптической технике.

/77ZU),

фиг.2

туи,

mxu):,

фиг.

фиг.

Редактор О.Бугир

Составитель В.Вербицкий

Техред О.Гортвай Корректор М.Демчик

Заказ 3043/10

Тираж 757Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж--35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4