Способ штамповки из жидкого металла и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B22D18/02 

Изобретение относится к штамповке жидких металлов, в частности сплавов легких металлов: алюминия и магния.

Задачей изобретения является создание способа, который позволит равномерно заполнять все зоны литьевой полости и получить отливки с гладкой поверхностью в любом случае и даже с очень сложными полостями пресс-форм, например, для изготовления автомобильных колес, а также устройства более простой конструкции для получения изделий с правильными и точными геометрическими размерами, обеспечивающими легкое извлечение отливок из пресс-формы.

На фиг.1 представлено устройство для литья в разрезе; на фиг.2 - то же с раскрытой пресс-формой.

Устройство содержит неподвижную опорную конструкцию 1, к периферии которой прикреплены цилиндрические колонны

2. несущие на верхнем конце жесткую раму

3. Между опорной конструкцией 1 и верхней рамой 3 установлена подвижная рама 4, причем так, что может свободно перемещаться вертикально по колоннам 2 и осуществлять ходы на определенном расстоянии посредством групп поршней 5 двойного действия, которые перемещаются внутри цилиндров, прикрепленных к неподвижной верхней раме 3, причем шток каждого поршня 5 своим концом жестко соединен с подвижной рамой 4.

Горизонтальная плита 6 прикреплена к неподвижной опорной конструкции 1, а неподвижная матрица 7, точнее ее центральная часть, прикреплена к ней. Пресс-форма закрывается по периферии двумя или несколькими подвижными боковыми стенками или полуформами 8, которые имеют такой внутренний профиль, чтобы образовать периферическую зону центральной литьевой полости 9 вместе с подвижной матрицей. Таким образом, литьевая полость образуется центральной частью матрицы 7 и поперечными зонами полости. Подвижные полуформы 8 могут быть разнесены относительно подвижной матрицы 10 и центральной части неподвижной матрицы 7 посредством гидравлических горизонтальных плунжеров.

Наружная поверхность двух полуформ 8 коническая с небольшим основанием, направленным вверх так, чтобы соединяться с конической опорой, образованной кольцевым элементом 11, который жестко соединен с подвижной рамой 4, причем функция кольцевого элемента 11 заключается в исключении открывания полуформ во время запрессовки металла внутри литьевой полости.

Горизонтальная плита 12 соединена с неподвижной опорой конструкцией 1 и может перемещаться возвратно-поступательно относительно неподвижной части матрицы 7 пресс-формы посредством нижнего поршня 13 двойного действия, причем плита 12 и связанный с ней поршень 13

0 пересекаются штоком поршня 14 двойного действия. Шток может перемещаться в уп- лотнительной связи внутри седла, которое перпендикулярно пересекает горизонтальную плиту 6 и центральную часть матрицы 7

5 и оканчивается элементом 15, направленным в сторону штока 16.

Кольцеобразная камера 17 образована вокруг центральной части неподвижной матрицы 7 между центральной частью и

0 нижней частью полуформ 8 и непосредственно соединена с поперечными зонами полости 9. Внутри камеры 17 уплотнительно расположены с возможностью скольжения прессующие элементы 18, прикрепленные к

5 верхнему концу цилиндрических элементов 19, которые, в свою очередь, прикреплены к плите 12, приводимой в действие поршнем 13 двойного действия, и которые перемещаются внутри плиты 6.

0 Функция прессующих элементов 18 заключается в запрессовке металла внутри литьевой полости во время стадий кристаллизации и отделении изделия от пресс-формы, когда полуформы 8 пресс-формы

5 открываются в конце процесса литья.

Подвижная матрица или пуансон 10 установлена так, чтобы вертикально перемещаться соосно с полуформами 8 посредством рамы 20, которая установлена

0 с возможностью скольжения с заданным ходом, определенным соответствующими фланцами 21, 22. которые упираются в верхнюю поверхность подвижной рамы 4 и в нижнюю плиту 23 во время стадии открыаа5 ния и закрывания машины.

В центре пуансона 10 образован канал 24, причем он соединен в нижнем его положении с литьевой полостью и в нем вертикально перемещается шток 16, который

0 расположен внутри цилиндра 25 двойного действия, жестко соединенного с рамой 20 и предназначенного для привода в действие штока 16 по каналу 24. Над цилиндром 25 установлен вал 26, верхняя часть которого

5 перемещается внутри поршня 27 двойного действия, перемещаемого внутри цилиндра 28 двойного действия, жестко соединенного с верхней неподвижной рамой 3.

Верхний конец вала 26 оканчивается головкой, которая упирается в поршень 27.

Кольцевая канавка 29 (фиг.2) расположена поперечно валу 26, и болты 30 установлены та с, чтобы входить в канавку и выводиться из нее. Ввод болтов возможен только тогда, ко да головка вала 26 находится в контакте с перхней поверхностью поршня 27. После ввода болтов верхний поршень 27 может то ткать вал 26, раму 20 и пуансон 10 вниз с движением, которое допускается его ходом внутри цилиндра 28.

В пуансоне 10 предусмотрен канал 31 для подачи жидкого металла, ведущий в ка- нгл 24, внутри которого скользит шток 16, пр ичем выходной конец 32 канала отсекается штоком 16 после подачи жидкого металла в литьевую камеру.

Из описанного ясно, что подача отмеренного количества жидкого металла для изготовления .автомобильного колеса, как пс казано на фигурах в качестве примера, осуществляется в центре пресс-формы с распределением металла внутри централь- нс и полости неподвижной матрицы 7, отку- Дс металл с помощью пуансона 10 может пс лностью заполнять всю литьевую полость 9 1 особенно ее периферическую зону.

Данное программирование с известными средствами воздействия различных пор- ш ней и прессующих элементов позволяет оЕ еспечить полное и равномерное заполне- Hiie всей литьевой полости и, следовательно, получение отливки.

Таким образом, с учетом фиг.1 и 2 рабо- описанного устройства можно суммиро- вг ть следующим образом.

Начиная с позиции, в которой пресс- форма открыта, как показано на фиг.2, а )движная рама 4 удерживается в подня- тсм положении плунжерами, поршень 27 кже поднимается до его верхнего предела агодаря подаче гидравлической жидкости нижнюю камеру цилиндра 28, вал 26 пере- 5щается до его верхнего предела, а болты

удаляются, полуформы 8 закрываются ружными поперечными плунжерами, за-

м

3(

н

т м приводятся в действие поперечные

плунжеры для опускания подвижной рамы 4

до тех пор, пока пуансон 10 не переместится

полуформы 8, а кольцевой элемент 11 закроется на полуформах 8. Во время хода

мы 4 вниз пуансон 10 останавливается до е полного закрытия на неподвижной матрице посредством упора головки вала 26 в верхний поршень 27. Таким образом, пуансон 10 остается в поднятом положении от- юсительно ее закрытого положения на заданную величину.

Затем болты 30 входят в канавку 29 для взаимного жесткого соединения во время поступательного движения вниз поршня 27

с валом 26, который жестко соединен с пуансоном 10. После этого отмеренное количество жидкого металла заливают в центральную зону литьевой полости, вводя его через питающий канал 31, и затем посредством плунжера шток 16 опускается для закрытия выпускного отверстия 32 питающего канала 31. Затем приводится в действие поршень 27 с ходом вниз для полного закрытия пуансона внутри неподвижной матрицы 7 и образования таким образом рабочей литьевой полости 9, причем опускание поршня 27 заставляет жидкий металл, присутствующий в центральной зоне литьевой полости, равномерно распределяться по всей литьевой полости, включая поперечные зоны, без его возврата в питающий канал 31.

Следует отметить, что движение штока 16, которое приводит к закрытию питающего канала 31. осуществляется посредством подачи гидравлической жидкости под низким давлением в цилиндр 25, таким образом во время стадии закрытия пуансона и неподвижной матрицы любое избыточное количество жидкого металла может подниматься по каналу 24, даже если перемещается вверх шток 16 и устраняется давление, создаваемое на шток 16.

Затем приводятся в действие поршни 14, 13 и 33 под высоким давлением, таким образом шток 16 и элемент 15 штока 34 создают высокое давление в центральной части металла, содержащегося в литьевой полости, при этом на металл также создается высокое давление снизу вверх посредством прессующих элементов, расположенных по периферии. Запрессовка металла под высоким давлением поддерживается до тех пор, пока отливка не затвердеет.

Такое давление преимущественно создается согласно установленному правилу в функции температуры металла в литьевой полости, в частности максимальное давление создается после того, как будет достигнуто отверждение.

После отверждения срабатывает поршень 27 для отделения пуансона от отливки, при этом шток 16 поддерживается благодаря действию поршня 33 в прижатом к отливке положении для исключения ее деформации во время подъема пуансона 10. В этот момент посредством привода в действие плунжеров подъем пресс-формы и штока 16 завершается до тех пор, пока ее подвижная часть не возвратится в положение, показанное на фиг.2.

Когда пуансон отводится назад и останавливается снаружи неподвижной матрицы, приводятся в действие поперечные плунжеры для открывания полуформ 8, перемещая их поперечно в сторону неподвижной матрицы.

Наконец, для извлечения отлитой детали приводят в действие плунжер и прессовые элементы 19 и увеличивают силу действия, которая отделяет отливку из полости пресс-формы, причем это действие в различных точках, распределенных по периферии и в центре отливки, упрощает удаление отливки без ее деформации.

На практике было обнаружено, что данная последовательность рабочих стадий способа согласно изобретению, который можно осуществлять с устройством для литья типа, описанного и показанного на фигурах, позволяет получать изделие с механическими и поверхностными характеристиками, которые являются равномерными по всему изделию и не могут достигаться известными способами, причем преимуществом является то, что не требуются операции чистовой обработки. Другим преимуществом, которое достигается в результате применения прессовых элементов в пресс-форме, является то, что можно прилагать высокое давление к отливке, которое определяется в нескольких точках согласно конфигурации отливки.

Формула изобретения

1. Способ штамповки из жидкого металла, в частности легких сплавов алюминия и магния, включающий заливку дозы расплава в литейную полость неподвижной матрицы по крайней мере через один литниковый канал, смыкание пуансона с матрицей и создание давления, необходимого для распределения металла по всей литейной полости, прессование металла под высоким давлением и сохранение этого давления до полного затвердевания металла, отвод пуансона от матрицы и извлечение отливки из матрицы, отличающийся тем, что перед заливкой дозы расплава пуансон размещают внутри матрицы для образования литейной полости с объемом, превышающим объем отливки, а после затвердевания отливки осуществляют частичный отвод пуансона от матрицы для отделения его от отливки перед извлечением ее из матрицы,

2. Способ no ri.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что во время смыкания пуансона с матрицей излишки металла отводят в предусмотренную для этого зону.

3. Способ по п. 1, о т ли ч а ю щи и с я тем, что жидкий металл подают в центральную зону литейной полости.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что прессование металла под высоким

давлением осуществляют с помощью первого прессующего средства в центральной зоне отливки в направлении к матрице.

5. Способ по п.1,отличающийся тем, что пресрование металла под высоким давлением осуществляют с помощью второго прессующего средства вокруг центральной зоны отливки в направлении к пуансону.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время частичного отвода пуансона от матрицы отливку удерживают в матрице с помощью первого прессующего средства, которым давят на отливку в направлении к матрице.

5 7. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что отливку из матрицы извлекают при помощи второго прессующего средства, воздействующего на отливку в направлении к пуансону.

0 8. Устройство для штамповки из жидкого металла, в частности, легких сплавов алюминия и магния, содержащее формо- держзтели, пресс-форму с литейной полостью, образуемой неподвижной матрицей, 5 установленной на неподвижной конструкции, и пуансоном, закрепленным на подвижной конструкции, установленной с возможностью перемещения относительно неподвижной конструкции, средство для пе- 0 редачи движения пуансону в обоих направлениях с заранее установленными ходжами, обеспечивающее закрывание матрицы и поднятие пуансона, отличающееся тем, что оно снабжено первым прессующим 5 средством, размещенным с возможностью скольжения в центральном канале, выполненном в пуансоне и соединенном с литейной полостью, а средство для передачи движения пуансону содержит первое и вто- 0 рое средства, обеспечивающие частичное и полное перемещение пуансона для закрывания матрицы.

9. Устройство по п.8, отличающее- с я тем, что первое прессующее средство 5 п редста вля ет собой плунжерное устройство двойного действия, размещенное с возможностью- перемещения в камере, соединенной с подвижной конструкцией, и е перемещаемое своим штоком в централь- 0 ном канале пуансона для регулируемого воздействия на металл в литейной полости.

10. Устройство по п.9, отличэющее- с я тем, что в пуансоне выполнен канал для подачи металла в питейную полость, соеди- 5 ненный с центральным каналом, причем шток плунжерного устройства двойного действия выполнен с возможностью регулируемого перекрытия канала для подачи металла

11. Устройство по п.8, отличающееся тем,.что оно снабжено вторым прессуюл м i

щи;м средством, размещенным с возможностью скольжения в матрице и воздействия на металл вокруг центральной зоны литей- но полости.

12. Устройство по п.8, отличающее- с J тем, что оно снабжено средством для из течения отливки из матрицы.

13. Устройство по п.12, отличающееся, тем, что средством для извлечения отливки из матрицы служит второе прессу- юс iee средство, приводимое в действие, KOI да матрица открыта.

14. Устройство по п.8, отличающее- с J тем, что оно снабжено средством для удержания отливки в матрице во время отвода пуансона от матрицы.

15. Устройство по п. 14. отличающееся тем, что средством для удержания отливки в матрице служит первое прессующее средство.

16. Устройство по п.8, отличающее- с я тем, что матрица включает в себя по крайней мере одну пару боковых стенок, выполненных с возможностью соединения

друг с другом для образования по крайней мере одной части матрицы, при этом устройство снабжено кольцевым элементом, закрепленным на подвижной конструкции с возможностью установки вокруг боковых

стенок после закрывания матрицы для их запирания.

Сущность изобретения: доза металла заливается в полость 9 неподвижной матрицы 7 через канал 31, пуансон 10 перемещается вниз для создания давления и распределения металла по всей полости 9. Затем металл в полости 9 подвергают сжатию под высоким давлением и поддерживают его до полного затвердевания металла. При этом пуансон 10 частично извлекают из неподвижной матрицы для отделения его от отливки до окончательного удаления пуансона из матрицы 7 и извлечения изделия. 2 с. и 14 з.п.ф-лы, 2 ил. J I (Л С с 00 00 о 4 W 00