УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ОТЛИВОК ВАКУУМНОЙ ПРОПИТКОЙ

Полезная модель относится к литейно-металлургическому производству, в частности, к получению литых заготовок (отливок, слитков) из металлов с невысокой температурой плавления и легкоплавких металлов и их сплавов и может быть использована для изготовления пористых изделий в машиностроении, самолетостроении, судостроении и других областях промышленности.
Известен вытряхной кокиль (металлическая форма) для получения заготовок (отливок) литьем из черных и цветных металлов и сплавов, содержащий корпус, дно, выпоры, вентиляционные каналы или венты для выхода газов, обеспечивающий плотное строение отливок, без газовых раковин и пор (Литейное производство: учебник для специальностей вузов. - 2-ое изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987; с.231-233, рис.102, а).
Основным недостатком данного кокиля является невозможность получения в нем пористых отливок, так как он предназначен для получения плотных отливок без газовых раковин и пор.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является кокиль для изготовления пористых отливок из алюминия и его сплавов вакуумной пропиткой водорастворимых наполнителей, содержащий корпус, днище, наполнитель и вакуум-провод (Пористый литой алюминий // Литейное производство, 1997. №8-9; с.56-57, рис.1. Получение пористых отливок из алюминиевых сплавов // Литейное производство, 2010. №5; с.14-15, рис.5 - прототип).
Недостатками данного кокиля при ипользовании его для получения пористых оливок являются конструктивно-технологические недоработки: невозможность применять удар по днищу кокиля при выбивке (вытряхивании) отливки в случае ее приваривания к корпусу, так как днище снизу закрыто стенкой вакуум-провода; использование растворимого наполнителя требует дополнительной операции - замачивания изготовленных отливок в воде, чтобы в них образовались поры; нагрев наполнителя и кокиля перед заливкой расплава, требующий дополнительных энергозатрат, что в целом усложняет и удорожает процесс получения пористых отливок.
Техническим результатом заявляемого устройства для получения пористых отливок является создание нового типа устройства для получения пористых отливок из металлов с невысокой температурой плавления и легкоплавких металлов и их сплавов в условиях вакуума упрощенной конструкции с использованием в качестве порообразующего наполнителя плакированных гранул пенополистирола, обеспечивающего эффективную и надежную работу в процессе эксплуатации, получение дешевой качественной продукции - пористых отливок из металлов: алюминия (Тпл.=660°С), магния (Тпл.=651°С), цинка (Тпл.=419°С), свинца (Тпл.=327°С), олова (Тпл.=232°С и их сплавов (термины - «металлы с невысокой температурой плавления» (Al, Mg) и «легкоплавкие металлы» (Zn, Pb, Sn) и температуры их плавленя заимствованы из источника - Производство отливок из сплавов цветных металлов. Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков Е.Л.: Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1986. - 416 с. Страницы: 100-101, 159, 308, 319, 315).
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для изготовления пористых отливок вакуумной пропиткой, содержащем корпус, вкладыш-днище и порообразующий наполнитель, корпус установлен на подставку и сверху снабжен съемной крышкой с отверстием для надставки с литниковой воронкой, а вкладыш-днище снабжен штуцером, отверстие которого перекрыто вставкой с канавками-вентами, для соединения с вакуум-системой, при этом расположенный в корпусе порообразующий наполнитель выполнен в виде засыпки гранул пенополистирола, плакированных упрочняющей оболочкой, причем в верхней части корпуса выполнено отверстие для выхода газов, образующихся при термодеструкции пенополистирола.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство в сборе (продольный разрез); на фиг.2 - поперечный разрез, сечение I-I на фиг.1; на фиг.3 - гранулы пенополистирола, плакированные упрочняющей оболочкой (в разрезе).
Устройство для изготовления пористых отливок содержит корпус 1, установленный на подставку 2. Сверху корпус 1 имеет съемную крышку 3 с отверстием, на которой расположена надставка 4, выполненная заодно целое с литниковой воронкой. В нижней части корпуса 1 имеется вкладыш-днище 5 с штуцером 6. Для предотвращения попадания гранул в штуцер, отверстие в штуцере 6 перекрыто вставкой 7 с канавками-вентами 8 (промывниками). В полости корпуса 1 размещена засыпка 9 гранул пенополистирола, плакированных упрочняющей оболочкой 10, выполненной в виде слоя жидкостекольного покрытия с добавкой поверхностно-активного вещества (ПАВ) и дисперсного металлического порошка или порошка огнеупорного материала. Гранулированный пенополистирол широко применяется для литья по газфицируемым моделям (ЛГМ). При тепловом воздействии происходит термодеструкция (размягчение - 80-110°С, перход в жидкоподвижное состояние - 164°С, образование летучих веществ - 350-420°С, интенсивное газовыделение - 561°С, горение - при более высоких температурах) пенополистирола (Литье по пенополистироловым моделям. Озеров В.А., Шуляк B.C., Плотников Г.А. - М: Машиностроение, 1969. - 183 с. С.59-62). Металличский порошок добавляется для большего соотвествия (большей однородности) с металлом получаемой отливки, порошок огнеупорного материала - когда этого не требуется. В верхней части корпуса 1 выполнено отверстие 11 для выхода газов, образующихся при термодеструкции пенополистирола. С помощью резинового вакуумного шланга 12 (одетого на штуцер 6) устройство соединятся с вакуум-системой 13 (на фиг.1 показана условно).
Работа устройства для получения пористых отливок заключается в следующем. Вначале производят сборку. Для этого в корпус 1 устанавливают вкладыш-днище 5 с штуцером 6 и ставят на подставку 2. На штуцер 5 одевают шланг 12. После этого перекрывают отверстие в штуцере 6 вставкой 7 и производят засыпку 9 гранул пенополистирола, плакированных упрочняющими оболочками 10, полученными пульверизацией и обсыпкой. Корпус 1 накрывают съемной крышкой 3, на которую ставят надставку (наращалку) 4 с литниковой воронкой, уплотняют места сопряжений. Устройство готово к заливке металлическим (например, алюминиевым) расплавом.
Перед заливкой включают вакуум-систему 13 (двигатель, вакуум-насос, вакуум-ресивер с манометром), в корпусе 1 создается разряжение (вакуум) и производится заливка. Расплав под воздействием разности атмосферного давления и разряжения в корпусе (давления в вакуум-ресивере) поступает в корпус 1 и заполняет зазоры (несплошности) в засыпке 9 гранул пенополистирола, плакированных упорочняющей оболочкой 10, по всей высоте полости корпуса 1.
При стремительном быстротечном дозированном заполнении полости корпуса 1 и нагреве засыпки 9 упрочняющая оболочка 10 предохраняет гранулы пенополистирола от деформирования (плющения) и разрушения (раздавливания) возникающими динамическими и тепловыми воздействиями (нагрузками). Под влиянием теплового фактора происходит упрочнение (спекание) слоя жидкостекольного покрытия оболочки 10.
После заполнения корпуса 1 при затвердевании расплава по мере нагрева засыпки 9 до более высоких температур происходит термодеструкция (размягчение, плавление, газификация) гранул пенополистирола, находящихся в сферических оболочках 10 (фиг.3). Образующиеся при этом продукты термодеструкции - преимущественно газы (и коксовый остаток - сажа) остаются в них (частично выходят), образуя пористое строение формируемой отливки.
После остывания пористую отливку извлекают (выбивают) из корпуса 1 для чего производят следующие операции: снимают надставку 4 и выбивают из нее формовочную смесь, формирующую литниковую воронку, удаляют (отделяют) литники вместе со съемной крышкой 3 от отливки и вытряхивают пористую отливку путем опрокидывания корпуса 1. Если отливка не вытряхиваеся (не извлекается), то производят легкие удары по вкладышу-днищу 5 и она выходит. Получена пористая отливка (например, алюминиевая, или магниевая, или цинковая, или из их сплавов). Размеры пор в получаемых отливках зависят от выбора размеров гранул пенополистирола: крупные гранулы - большие поры, мелкие гранулы - небольшие поры.
Предлагаемое устройство для изготовления пористых отливок из металлов с невысокой температурой плавления и легкоплавких металлов и их сплавов вакуумной пропиткой имеет упрощенную конструкцию, технологично, экономично, надежно и удобно в эксплуатации, позволяет получать качественные пористые отливки с однородным строением (равномерным распределением пор), регулировать размеры (диаметры) пор за счет размеров гранул пенополистирола.
Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предлагаемого устройства и качество получаемых пористых отливок.