МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ОТЛИВКА

Область техники
Полезная модель относится к металлической отливке, содержащей основу металлической отливки, в которую отливают, по меньшей мере, одну металлическую вставку, имеющую части контура, препятствующие скручиванию, и соединенную с основой металлической отливки геометрическим замыканием посредством заливки.
Уровень техники
Выложенное описание документа DE 19746167 А1 раскрывает деталь из легкого металла, содержащую, по меньшей мере, одну вставку, которая имеет подрезанные части контура для поглощения растягивающей и изгибающей нагрузки, и части контура, препятствующие скручиванию, для поглощения торсионной нагрузки. Выложенное описание документа DE 3912664 А1 раскрывает отливку из легкого металла со средствами крепления, расположенными в отливке, где с целью увеличения устойчивости анкеровки средств крепления в отливке предусматривается волоконная вставка. Полезная модель Германии DE 9115292 U1 раскрывает резьбовую втулку или болт с резьбой для внедрения в пластмассовый материал. Из заявки на патент США US 2005/0084362 А1 известно закрепление резьбовой вставки для кронштейна автомобиля в кронштейне путем инжекции пластмассы в зазоры, присутствующие между резьбовой вставкой и поверхностью кронштейна.
Раскрытие полезной модели
Целью настоящей полезной модели является упрощение изготовления устойчивой металлической отливки согласно ограничительной части п.1 формулы полезной модели.
В случае металлической отливки, содержащей металлическую основу, в которую отливают, по меньшей мере, одну металлическую вставку, причем металлическая вставка имеет части контура, препятствующие скручиванию, и соединена с основой металлической отливки с геометрическим замыканием посредством заливки, цель достигается тем, что металлическая вставка имеет удлиненную форму с продольной осью и внешним фигурным контуром с некруглым поперечным сечением, которое прерывается в продольном направлении кольцевыми канавками, служащими для фиксации заливаемой металлической вставки в осевом направлении. Металлическую отливку согласно полезной модели, как правило, применяют в автомобильной промышленности, предпочтительно, для шасси, кузова автомобиля или области привода автомобиля. Благодаря комбинации некруглого поперечного сечения и кольцевых канавок на внешнем фигурном контуре согласно полезной модели, заливаемая металлическая вставка может подвергаться большей нагрузке, чем в случае традиционных металлических отливок.
Предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что внешний фигурный контур имеет полигональное поперечное сечение с ровными или изогнутыми, или закругленными краями. Поперечное сечение также может быть сформировано так, чтобы оно было некруглым или представляло собой кривую постоянной ширины с изогнутыми краями, а именно, предпочтительно, при формировании в виде прессованного профиля.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что внешний фигурный контур металлической вставки в основном имеет форму треугольника, четырехугольника, шестиугольника или восьмиугольника. Углы могут быть прямыми, закругленными или изогнутыми. Многоугольная форма упрощает зажим металлической вставки в трехкулачковом или четырехкулачковом патроне, например, при механической обработке со снятием материала.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что кольцевые канавки имеют в основном прямоугольную форму поперечного сечения. Прямоугольная форма поперечного сечения канавки может быть закруглена на углах. В результате прямоугольной формы поперечного сечения металлическая вставка чрезвычайно прочно фиксируется в основе металлической отливки в осевом направлении.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что кольцевые канавки механически обрабатывают со снятием материала. Многоугольное поперечное сечение делает возможной механическую обработку металлической вставки со снятием материала, например, путем токарной обработки.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что металлическую вставку с внешним фигурным контуром и кольцевыми канавками полностью отливают в основу металлической отливки. В результате металлическая вставка устойчиво закрепляется в основе металлической отливки. Функциональная область, например, функциональное отверстие или функциональный болт, после заливки металлической вставки свободно доступна снаружи металлической отливки.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что металлическая вставка имеет функциональное отверстие. Функциональное отверстие образует часть отверстия, которое может иметь конструкцию сквозного отверстия или глухого отверстия, и предпочтительно оснащаться внутренней резьбой. Материал может быть размещен между резьбой и внешним фигурным контуром с целью увеличения прочности или устойчивости металлической вставки. Кроме того, размещение материала делает возможным вставку резьбовой вставки с целью ремонта.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что функциональное отверстие содержит расточенное отверстие для установки металлической вставки перед заливкой. Расточенное отверстие предпочтительно сформировано как цилиндрическое расточенное отверстие. Переходы к цилиндрическому расточенному отверстию могут быть скошенными.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что металлическая вставка имеет функциональный болт. Функциональный болт предпочтительно оснащен наружной резьбой.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что основа металлической отливки выполнена из легкого металла. Основа металлической отливки сформирована, например, из легкого сплава, содержащего алюминий и/или магний, в частности, алюминиевого сплава или магниевого сплава. Металлическая вставка может формироваться из алюминия или алюминиевого сплава, или деформируемого алюминиевого сплава.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что металлическая вставка выполнена из алюминиевого материала или стального материала и, при необходимости, содержит титан. Стальной материал позволяет подвергать металлическую вставку более высоким нагрузкам. Металлическая вставка также может быть сформирована из титана или титанового сплава.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что металлическая вставка сформирована из пруткового материала как прессованный профиль, прокатный профиль или изделие, полученное выдавливанием. Прутковый материал может быть обработан на станке со снятием материала, например, путем токарной обработки, в частности, для формирования кольцевых канавок.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что металлическая вставка катанной, волоченной, кованой или изготовленной посредством ударного выдавливания. Металлическая вставка также может быть сформирована при помощи литьевого прессования металла (МIМ) и последующего спекания.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что внешний фигурный контур имеет повышенную шероховатость поверхности. Таким образом, может дополнительно увеличиваться способность предотвращать скручивание.
Другой предпочтительный вариант осуществления металлической отливки отличается тем, что торец металлической вставки сформирован так, чтобы предотвратить инжекцию или проникновение металла в металлическую вставку в ходе литья. С одного из торцов металлическая вставка предпочтительно закрыта. С другого торца металлическая вставка предпочтительно открыта, чтобы сделать возможным, например, вкручивание винта. В этом отношении, в ходе отливки следует гарантировать отсутствие проникновения металла во внутреннюю часть металлической вставки. Это достигается, например, путем соответствующего перекрывания металлической вставки с половиной литейной формы, которая в нее упирается. В качестве альтернативы или в дополнение, непроницаемость может реализовываться путем введения системы канавок. Например, вставка может вводиться открытым концом в кольцевую канавку, вырезанную на соответствующей половине литейной формы. Если это необходимо, также возможно, чтобы функциональное отверстие в металлической вставке в ходе литья закрывалось укупоривающей пробкой. Кроме того, в ходе литья возможно расположение в функциональном отверстии фиксирующей шпильки или установочного винта с целью заполнения вставки таким образом, чтобы препятствовать проникновению металла во вставку.
Другие преимущества, особенности и детали полезной модели станут более понятны из нижеследующего описания, в котором различные иллюстративные варианты осуществления полезной модели описаны подробно со ссылками на графические материалы.
Краткий перечень фигур чертежей
Фигура 1 - перспективное изображение металлической вставки с многоугольным поперечным сечением; и
Фигуры 2-5 - поперечные сечения различных металлических вставок в зажатом состоянии;
Фигура 6 - металлическая вставка, изображенная на фиг.1, в продольном сечении;
Фигура 7 - металлическая вставка, изображенная на фиг.6, с резьбовой вставкой;
Фигуры 8-12 - различные варианты осуществления литейной формы для заливки металлической вставки, изображенной на фигуре 1;
Фигура 13 - перспективное изображение сечения металлической отливки согласно полезной модели;
Фигуры 14-17 - перспективные изображения других иллюстративных вариантов осуществления металлической вставки, изображенной на фигуре 1; и
Фигуры 18-22 - изображения, сходные с изображениями, показанными на фиг.8-12, согласно другим иллюстративным вариантам осуществления полезной модели.
Осуществление полезной модели
Фиг.1 представляет собой перспективное изображение металлической вставки 1. Металлическая вставка 1 имеет удлиненную форму с продольной осью 2 и функциональным отверстием 3 на одном из концов. Функциональное отверстие 3 образует часть глухого отверстия 4, оснащенного резьбой. На видимом конце внутренней резьбы выполнено цилиндрическое расточенное отверстие 5. На переходе между внутренней резьбой и цилиндрическим расточенным отверстием 5 сформирован скос 7. Дополнительный скос 8 сформирован снаружи цилиндрического расточенного отверстия 5.
В поперечном сечении вставка 1 имеет форму равностороннего треугольника, причем стороны треугольника выпукло изогнуты. Треугольное поперечное сечение металлической вставки 1 прерывается кольцевыми канавками 11, 12, 13 в продольном направлении, т.е. в направлении продольной оси 2. Снаружи металлической вставки 1 кольцевыми канавками 11-13 образованы кольцевые выступы, причем указанные выступы служат для фиксации металлической вставки 1 в осевом направлении после заливки. Благодаря треугольному поперечному сечению, металлическая вставка 1 после заливки зафиксирована от скручивания.
Металлическая вставка 1 может быть сформирована из алюминия. В этом случае предпочтительно используется заготовка, сформированная в виде прессованного профиля, который механически обрабатывают путем токарной обработки. Алюминиевый материал предпочтительно используется в форме сплава, например, деформируемого алюминиевого сплава.
По причинам, связанным с прочностью, металлическая вставка 1 также может формироваться из стали. В этом случае предпочтительно используется катанная или волоченная заготовка. Особенно предпочтительно формирование металлической вставки 1 в виде стальной детали, которая механически обработана на автоматическом токарном станке.
На фиг.2 показана металлическая вставка 1, изображенная на фиг.1, в поперечном сечении. В поперечном сечении металлическая вставка 1 имеет форму треугольника 15, который зажат в трехкулачковом патроне, имеющем три кулачка 21, 22, 23.
На фиг.3 показана металлическая вставка с квадратным поперечным сечением 16, имеющая закругленные края. Квадратное поперечное сечение делает возможным простое зажатие металлической вставки в четырехкулачковом инструменте, имеющем четыре кулачка 21-24.
На фиг.4 показана металлическая вставка с шестиугольным поперечным сечением 17, которая зажата в трехкулачковом инструменте, имеющем три кулачка 21-23.
На фиг.5 показана металлическая вставка с восьмиугольным поперечным сечением 18, которая зажата в четырехкулачковом инструменте, имеющем четыре кулачка 21-24.
На фиг.6 показана металлическая вставка 1, изображенная на фиг.1, в продольном сечении. Длина резьбы в глухом отверстии 4 показана двунаправленной стрелкой 29. Диаметр резьбы показан еще одной двунаправленной стрелкой 31. В продольном сечении можно видеть, что в радиальном направлении между резьбой и внешним фигурным контуром металлической вставки 1 с кольцевыми канавками 11-13 предусмотрено достаточное количество материала 30 для того, чтобы обеспечить высокую прочность металлической вставки 1. Кроме того, запас материала 30 делает возможным ремонт резьбы после ее повреждения.
На фиг.7 показано продольное сечение металлической вставки 1, изображенной на фиг.6, после ремонта. Исходная резьба, например, М12, увеличена до диаметра 32. В увеличенное глухое отверстие 4 вставлена резьбовая вставка 34. Благодаря запасу материала 30, после увеличения и вставки резьбовой вставки 34, по прежнему присутствует достаточное количество материала для того, чтобы обеспечивалась высокая прочность металлической вставки 1 в залитом состоянии. В альтернативном варианте, можно нарезать большую резьбу, например, М14, в увеличенном глухом отверстии 4.
На фиг.8 в сечении показана литейная форма 40, которая содержит нижнюю половину литейной формы 41 и верхнюю половину литейной формы 42. Двунаправленная стрелка 43 указывает главное направление извлечения из литейной формы 40. Между двумя половинами литейной формы 41 и 42 сформирована полость 44, в которую в ходе операции литья вводят расплавленный металл.
Полость 44 расширяется в купол 45, который вырезан в верхней половине литейной формы 42. Металлическая вставка 1 установлена в куполе 45 с помощью установочного выступа 48 и установочного штифта 49. Установочный выступ 48 имеет форму круглого диска и выполнен заодно с нижней половиной литейной формы 41. Металлическая вставка 1 закреплена на установочном выступе 48 при помощи цилиндрического расточенного отверстия 5.
Установочный штифт 49 расположен в верхней половине литейной формы 42 так, чтобы он мог двигаться назад и вперед в направлении продольной оси 2 металлической вставки 1, так, чтобы установочный штифт 49 упирался, так, как показано, свободным концом в закрытый конец металлической вставки 1. Установочный штифт 49 предварительно гидравлически натягивается против металлической вставки 1 так, чтобы последняя была прочно установлена в куполе 45 перед заливкой и во время заливки. Установочный штифт 49 приводится в действие гидравлически, по принципу, сходному с выталкивателем, и служит для прочного зажима металлической вставки 1 в ходе операции литья.
На фиг.9 в сечении показана литейная форма 40, сходная с литейной формой, изображенной на фигуре 8, с модифицированной верхней половиной литейной формы 52. Установочный штифт 54, который имеет предварительное механическое натяжение против металлической вставки 1 посредством усилия пружины, расположен в верхней половине литейной формы 52.
Установочный штифт 54 содержит кольцо 55, которое находится под действием усилия предварительного натяжения винтовой пружины сжатия 56. Вследствие предварительного натяжения установочного штифта 54 пружиной, возможна автоматическая установка металлической вставки 1 при закрывании литейной формы 40.
В случае литейной формы 40, показанной на фигурах 8 и 9, линия стыка литейной формы проходит в горизонтальном направлении. На фигурах 10-12 показаны литейные формы 60 и 70 с вертикальной линией стыка литейной формы.
Литейная форма 60, показанная на фиг.10, имеет левую половину литейной формы 61 и правую половину литейной формы 62. Двунаправленная стрелка 63 показывает направление извлечения из формы, которое соответствует продольной оси 2. Полость 64 и купол 65 имеют в точности ту же конструкцию, что и в литейной форме 40 с горизонтальной линией стыка литейной формы. Металлическая вставка 1 зажата между установочным выступом 68 и установочным штифтом 69.
С целью упрощения установки металлической вставки 1 перед закрыванием литейной формы 60 установочный выступ 68 предпочтительно имеет небольшую конусность, и, таким образом, металлическая вставка 1 может закрепляться на установочном выступе 68 через цилиндрическое расточенное отверстие 5 с некоторой степенью заклинивания. Заклинивание предохраняет от нежелательного высвобождения или выпадения металлической вставки 1 до сведения вместе двух половин литейной формы 61 и 62. После сведения вместе двух половин литейной формы 61 и 62, или когда они уже сведены вместе, металлическая вставка 1 с помощью установочного штифта 69 устойчиво устанавливается в куполе 65 для проведения операции литья.
На фиг.11 показана литейная форма 70, имеющая левую половину литейной формы 71 и правую половину литейной формы 72. В отличие от предыдущего иллюстративного варианта осуществления полезной модели, полость 74 вместе с куполом 75 сформирована между двумя половинами литейной формы 71 и 72 так, чтобы продольная ось 2 металлической вставки 1, расположенной в куполе 75, располагалась с небольшим наклоном относительно вертикали. Установочный выступ 78 сформирован на плече 77 левой половины литейной формы 71.
Установочный штифт 79 проходит через плечо 80 на правой половине литейной формы 72 к металлической вставке 1. Стрелка 81 указывает направление, в котором установочный штифт 79 перемещается при натяжении. Стрелки 82 и 83 указывают перемещения при открытии половин литейной формы 71 и 72. Когда литейная форма 70 открыта, готовая отливка остается с металлической вставкой 1, прилипшей к левой половине литейной формы 71. Еще одна стрелка 84 указывает направление, в котором можно извлечь готовую отливку из левой половины литейной формы 71.
На фиг.12 показана литейная форма 70, сходная с литейной формой, изображенной на фигуре 11, с установочным выступом 88. В отличие от предыдущего иллюстративного варианта осуществления полезной модели, установочный выступ 88 прикреплен к дополнительному установочному штифту 89, который может перемещаться в левой половине литейной формы 71. Если установочный штифт 89 перемещают в направлении стрелки 91, установочный выступ 88 может быть извлечен из цилиндрического расточенного отверстия 5 металлической вставки 1 в ходе или после открывания литейной формы 70. Извлечение готовой отливки из литейной формы 70, таким образом, упрощается, и, в частности, таким образом, становится возможным автоматическое выпадение готовой отливки.
Фиг.13 представляет собой перспективное изображение, в частности, в сечении, готовой металлической отливки. Металлическая отливка 98 содержит основу металлической отливки 95, которая в значительной степени имеет форму втулки с небольшой конусностью, в которую отлита металлическая вставка 1. Из основы металлической отливки 95 выходит плоская часть конструкции 96. Плоская часть конструкции 96 и основа металлической отливки 95 показаны в сечении так, чтобы была видна залитая металлическая вставка 1.
Фиг.14 представляет собой перспективное изображение металлической вставки 100, содержащей проходное отверстие под винт 101. Как и в предыдущих вариантах осуществления полезной модели, металлическая вставка 100 оснащена тремя кольцевыми канавками.
Фиг.15 представляет собой перспективное изображение металлической вставки 103, содержащей сквозное отверстие 102. В отличие от предыдущих вариантов осуществления полезной модели, сквозное отверстие 102 не содержит резьбы.
Фиг.16 представляет собой перспективное изображение металлической вставки 105, показанной на фигуре 3. Металлическая вставка 105 оснащена резьбовым глухим отверстием 106. Наружный фигурный контур металлической вставки 105 оснащен тремя кольцевыми канавками 107, 108, 109.
Фиг.17 представляет собой перспективное изображение металлической вставки 110, имеющей функциональный болт 112. Функциональный болт 112 оснащен наружной резьбой. Наружный фигурный контур формы 114 металлической вставки 110 имеет восьмиугольное поперечное сечение, прерываемое в продольном направлении тремя кольцевыми канавками 115, 116, 117.
На каждой из фиг.18-20 в сечении показаны литейные формы 120; 130; 140, имеющие нижние половины литейных форм 121; 131; 141 и верхние половины литейных форм 122; 132; 142. Полости 124; 134; 144, в которых расположены металлические вставки 125; 135; 155, сходные со вставками из предыдущих вариантов осуществления полезной модели, в каждом случае сформированы между двумя половинами литейной формы 121; 131; 141 и 122; 132; 142.
Металлические вставки 125; 135; 155 имеют закрытые концы 126; 136; 145 и открытые концы 127; 137; 146. На открытых концах 127; 137; 146 вставки 125; 135; 155 имеют в значительной степени втулкообразную форму.
В варианте осуществления полезной модели, показанном на фигуре 18, открытый конец 127 металлической вставки 125 расположен во, в значительной степени, круглом углублении 128, которое вырезано в нижней половине литейной формы 121. Кроме того, между закрытым концом 126 металлической вставки 125 и верхней половиной литейной формы 122 расположен зажимной элемент 129. Зажимной элемент 129 предпочтительно сформирован из мягкого металла и служит для удержания металлической вставки 125 через ее открытый конец 127 в углублении 128 так, чтобы указанная вставка была тесно прижата к нижней половине литейной формы 121.
В варианте осуществления полезной модели, показанном на фиг.19, металлическая вставка 135 посредством ее открытого конца 137 охватывает установочный шип 138, выполненный на нижней половине литейной формы 131. Установочный шип 138 в значительной степени имеет форму прямого кругового цилиндра, окруженного кольцевой канавкой 139, в зацепление с которой входит открытый конец 137 металлической вставки 135. Величина зазора между установочным шипом 138 и открытым концом 137 металлической вставки 135 предпочтительно выбирается так, чтобы металлическая вставка 135 удерживалась на нижней половине литейной формы 131 без какого-либо свободного хода и предохранялась от наклона.
На фиг.20 показан иллюстративный вариант осуществления полезной модели с установочным винтом 150. Установочный винт 150 содержит два нарезных штифта 151, 152, которые проходят в противоположных направлениях и отделяются друг от друга кольцом 154. Нарезной штифт 151 ввинчивается в металлическую вставку 155. Нарезной штифт 152 ввинчивается в глухое резьбовое отверстие 147, предусматриваемое на нижней половине литейной формы 141. Установочный винт 150 прочно удерживает металлическую вставку 155 на нижней половине литейной формы 141 в ходе литья. Кроме того, как и в иллюстративных вариантах осуществления полезной модели, изображенных на фиг.18 и 19, надежно предотвращается нежелательное проникновение металла внутрь металлической вставки в ходе литья.
На фиг.21 показан установочный винт 150 в отсутствие металлической вставки между двумя половинами литейной формы 141 и 142.
На фиг.22 показано, что установочный винт, показанный на фигурах 20 и 21, может также быть иначе выполнен на его конце, который выступает в нижнюю половину литейной формы 141. Левая часть фигуры 22 показывает установочный винт 160, имеющий нарезной штифт 151 на верхнем конце для привинчивания к металлической вставке. На нижнем конце установочный винт 160 содержит гладкий штифт 162, который удерживается на нижней половине литейной формы 141 с помощью осевого крепежного элемента 163. Осевой крепежный элемент 163 входит в кольцевую канавку, образованную на штифте 162.
Правая сторона фиг.22 показывает установочный винт 170, имеющий на нижнем конце штифт 172 с утолщенной частью 173 на свободном конце. Утолщенная часть 173 представляет собой элемент геометрического замыкания, который удерживает установочный винт 170 на нижней половине литейной формы 141. Утолщенная часть 173 может содержать паз для крепления навинчивающего инструмента, который может использоваться для установки установочного винта 170 во вращении с целью выполнить высвобождение залитой металлической вставки из нижней половины литейной формы 141.