Устройство для импульсной обработки материалов Советский патент 1992 года по МПК B22C15/22 

1

(21)4754044/02 (22)30,10.89 (46)07.10.92, Бюл. №37

(71)Харьковский авиационный институт им. Н. Е. Жуковского

(72)В. Т. Вовк, С. Н. Бакаев, В. К. Борисевич, А. П. Слободюк (SU) и Амбос Эберхард (DDJ (56) Авторское свидетельство СССР

Ms 1397152, кл, В 22 С 15/22, 1986,

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ (57) Использование: уплотнение формовочных и стержневых смесей. Сущность изобретения: устройство содержит камеру высокого давления, клапан с приводом, упо- ры.оно снабжено ограничителем перемещения клапана, закрепленным на камере. Клапан выполнен в виде гибкого упругого куполообразного элемента, а поверхность седла клапана выполнена наклонной. 6 ил.

Изобретение относится к импульсной обработке материалов, в частности к устройствам для уплотнения формовочных смесей, выбивки и стержней, очистки отливок с использованием энергии сжатых газов, и может быть использовано как в литейном производстве, так и в других областях машиностроения в качестве быстродействующего элемента клапанных систем.

Известно устройство (Европейский патент № 0062331,8 22 С 15/00), в котором камера высокого давления, стыкуемая с технологическим блоком (наполнительная рамка, опока, модельная плита наполнены формовочной смесью), герметизируется тарельчатым клапаном, соединенным с приводом. Недостатком устройства является низкая скорость срабатывания.

Известен ряд устройств (Европейский патент № 0128336,6 22 С 15/00, 15/22; патент Чехословакии № 251149гВ 22 С 15/22; 15/22, 15/26), в которых в качестве герметизирующих клапанов применяются два перфорированных плоских элемента. В состоянии Закрыто отверстия перфорацией не совпадают, а в состоянии Открыто

плоские элементы смещаются приводом один относительно другого до совпадения отверстий.

Недостаток указанных устройств-слож- ные и недостаточно надежные уплотнения.

Наиболее простое и эффективное устройство для импульсного уплотнения описано в журнале Giesserei Ms 18, 75 (1988) с. 43. Соосно с камерой высокого давления установлена полость, которая герметизируется тарелкой клапана, одновременно этой же тарелкой герметизируется и камера высокого давления. В надклапанную полость подается сжатый воздух с давлением выше. чем в камере высокого давления, этим обеспечивается хорошая герметизация. При резком сбрасывании давления из над- клапанной полости тарелка подбрасывается сжатым воздухом, находящимся в камере, происходит разгерметизация последней и воздух из камеры устремляется в направлении технологического блока. Устройство выбрано за прототип.

Недостатком указанного решения является то, что скорость открытия клапана зависит от времени сброса давления из

е

§

СЛ

ю

надклапанной полости и прежде всего от массы самого клапана. С ростом размеров опок растут раз-меры камеры и клапана, а следовательно, и его масса, поэтому увеличивается время срабатывания устройства, снижается эффективность воздействия и качество формы, К недостаткам устройства можно отнести также то, что по мере повышения давления в камере снижается усилие прижима клапана j седлу и уменьшается герметичность.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повы- качества,

Для этого герметизирующий клапан выполнен в виде гибкого упругого куполообразного элемента. Под действием осевой нагрузки привода или внутреннего давления в камере гибкий упругий элемент начинает деформироваться как в осевом, так и в радиальном направлениях, высота упола постепенно уменьшается, но растет его диаметр. Наступает момент, когда высота становится равной нулю. Это состояние предельного равновесия. В таком положении клапаном накоплена максимальная энергия упругого деформирования. Она выразится для сферы формулой

В

m

.(± f а

г2

)1+тягг2 5.

где Вит- коэффициенты, характеризующие материал;

f - прогиб;

г- радиус сферы в плане;

д - толщина материала (Кн. Пихтовников Р. В., Хохлов Б. А.Безбассейновая листовая штамповка взрывом. X., Прапор, 197г2 г,)

При прохождении упругим элементом точки предельного равновесия происходит опрокидывание купола. Если в этот момент остановиться движение центральной точки, то начинают двигаться края.

Потенциальная энергия деформации переходит в кинетическую энергию движеty

ния (--- , где m - масса элемента, V - его

скорость). Если проанализировать формулы для кинетической и потенциальной энергии, то видно, что чем больше последняя, тем больше скорость опрокидывания купола (при m const), Потенциальная энергия зависит прежде всего от свойств материала, прогиба (высоты купола), толщины. Поэтому скорость открытия можно регулировать прежде всего этими параметрами, компенсируя отрицательное влияние массы. Поскольку в данном конкретном случае видно, что максимальное значение имеет скорость движения краев купола, то, смещая центр масс к оси гибкого элемента (у краев материал тоньше, к оси толще), можно еще увеличить скорость открытия клапана. Поэтому в предлагаемом техническом решении время открытия выпускного отверстия камеры не зависит ни от давления в камере, ни от

0 скорости перемещения привода, только от геометрии упругого элемента (прогиба и толщины) и свойств материала, из которого он сделан.

Габариты купольного элемента практи5 чески не влияют на угловую скорость опрокидывания купола. Но линейная скорость движения его торцового обреза с ростом диаметра растет V ш г, где ш - угловая скорость, г- расстояние от центра враще0 ния, в данном случае радиус сферы в плане), т.е. растет скорость открытия проходного сечения выпускного отверстия камеры. В прототипе с ростом диаметра клапана увеличивается его масса и падает скорость, По5 этому предельный габарит формуемых опок 1500x1500. Предлагаемое устройство таких ограничений не имеет. В результате можно сделать вывод, что совокупность признаков, указанных выше, позволяет достичь цель 0 расширение технологических возможностей,

Следует отметить, что куполообразный элемент можно установить в камере по разному (фиг, 1 и 2), Во-первых, в состоянии

5 Закрыто купол выпуклостью направлен внутрь камеры, во-вторых, наружу. В этом случае в состоянии Открыто воздушный поток в первом случае направлен к центру технологического блока, во втором - к краям

0 (фиг. 3 и 4). Перестановкой клапана можно концентрировать воздействие воздушного потока в нужных местах, что также расширяет технологические возможности устройства.

5 Такой показатель нагрузки, как градиент давления, является важным при импульсных способах формовки. С ростом скорости истечения газа, во-первых, возрастает удельный импульс потока, во-вторых,

0 в верхних слоях происходит интенсивная турбулизация газа, снижается газопроницаемость формовочной смеси, что способствует интенсивной передаче импульса частицам смеси (Г. М. Орлов. Автоматизация

5 и механизация процесса изготовления литейных форм, М., Машиностроение1 , 1988 г). В результате повышается плотность и качество форм, т.е. скорость открытия клапана существенно влияет на Кс)чество формовки. Поэтому совокупность перечнеленных ранее признаков будет способствовать и достижению цели - повышению качества обработки.

Новым признаком заявляемого технического решения является то, что клапан выполнен в виде гибкого упругого куполообразного элемента, имеющего два положения устойчивого равновесия. Сходного признака в аналогичных устройствах и прототипе не обнаружено. Помимо этого указанный признак позволяет достичь поставленную цель, т.е. получить положительный эффект. Поэтому он отвечает не только критерию новизна, но и существенные отличия.

К новым можно отнести и следующие признаки: камера снабжена ограничителем перемещения клапана, а поверхность седла клапана выполнена наклонной. И хотя эти признаки не дают положительного эффекта, они обеспечивают работоспособность устройства. Первый является стопорным элементом для обратного опрокидывания купола, приведения клапана в рабочее положение, второй препятствует разгерметизации клапана до момента наступления состояния предельного равновесия упругого купольного элемента.

Если седло клапана выполнять не наклонным (фиг, 5 и 6, пунктир), то при прохождении т. О через положение предельного равновесия купол начинает касаться седла вт. N и происходит преждевременная разгерметизация, Чтобы этого не было, седло выполнено наклонным к оси симметрии и т. М не теряет соприкосновения с гермо- кантом седла вплоть до начала опрокидывания клапана. Помимо этого время прихода клапана в состояние предельного равновесия сокращается, если обрез купола движется по наклонной поверхности, а не по плоской. Так, время выхода точки О в предельное равновесие при плоском седле определяют по формуле

tn

f

V

где f - высота купола;

V - скорость привода.

Если седло выполнено наклонным, то точка обреза купола скользит не по горизонтали, а по наклонной поверхности навстречу точке О. Если I - величина горизонтальной деформации, то перемещение обреза купола вверх равно h Ictg a(a- угол наклона образующей к оси клапана). Поэтому время прихода гибкого элемента в состояние предельного равновесия t2 в этом случае меньше, чем ti, и составляет

i f Ictg a

12у

То есть признак - седло клапана выполнено наклонным к оси симметрии - обеспечивает не только работоспособность устройства, но и позволяет достичь дополнительный положительный эффект, не указанный в цели изобретения - снижение цикла работы устройства.

На основании приведенных выше доводов можно сделать вывод, что устройство отвечает требованию техническое решение и критериям новизна и существенные отличия.

На фиг. 1 и 2 изображен общий вид объекта. Устройство включает камеру 1 высокого давления, технологический блок 2, гибкий упругий куполообразный элемент 3, привод 4, регулируемый ограничитель хода

5, ограничитель 6 перемещения клапана и седло 7г клапана.

Устройство работает следующим образом.

Приводом 4 перемещается клапан до упора в седло 7, после этого в камеру 1 подается сжатый газ до заданного давления, затем приводом 4 на клапан создается усилие в направлении стрелки а, деформирующее последней. В результате упругих деформаций торец клапана перемещается по наклонной поверхности седла 7 в радиальном направлений, а точка О движется вдоль оси клапана, покуда последний не достигает состояния предельного равновесия (фиг. 6). Дальнейшее перемещение т. О в т, О вызовет потерю устойчивости, края клапана 4 начнут двигаться по стрелке б, произойдет опрокидывание купола. В тот

момент, когда вершина клапана достигнет т. О , движение штока 4 прекращается ограничителем перемещения 5. В образовавшийся зазор h (фиг. 3 и 4) происходит истечение газа в направлении технологического блока 2, Для приведения клапана в исходное рабочее положение привод 4 перемещается в обратном направлении, купольный элемент упирается в ограничитель вертикального перемещения 6, опрокидывание происходит по описанной схеме. Устройство готово для повторения цикла. Перемещая ограничитель хода 5 по стрелке в (фиг. 3 и 4), можно менять положение т. О и зазор h, управляя временем и скоростью

истечения газа из камеры 1,

Следует также отметить, что устройство можно применять для выбивки формы и очистки опок и отливок от формовочной смеси энергией сжатых газов.

Формула изобретения

Устройство для импульсной обработки материалов, содержащее камеру высокого давления, клапан, жестко связанный с при водом его перемещения посредством штока, упоры, закрепленные на штоке, седло клапана, отличающееся тем, что, с

Зиг I

Јиг 3

целью расширения технологических возможностей и повышения качества обработки, оно снабжено ограничителем перемещения клапана, закрепленным на камере, при этом клапан выполнен в виде гибкого упругого куполообразного элемента, а поверхность седла клапана выполнена наклонной.

со..

Г L

,..-f

- $

:

Ъ-jr &

tyjrS

i

/

.-У

x

.--r- Ч-,

®цгв