ОБОЛОЧКОВАЯ КЕРАМИЧЕСКАЯ ДВУХСТОРОННЯЯ ПОЛУФОРМА, ОСНАСТКА ДЛЯ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КАССЕТНАЯ ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА

Заявляемая группа полезных моделей относится к литейному производству и может быть использована, в частности, для изготовления оболочковых форм из керамических суспензий, способных к метаморфизму под воздействием положительных или отрицательных температур.
Известны односторонние оболочковые полуформы, изготовленные из песчаных смесей с термореактивным связующим путем наращивания оболочки до заданной толщины за счет тепла предварительно нагретой модельной оснастки с последующим отделением оболочки от модели и спеканием ее при более высоких температурах (Ю.Е.Небогатов, В.И.Тамаровский. Специальные виды литья., Москва, "Машиностроение", 1975, с.6). Известны керамические формы, изготовленные из водной суспензии с порошковым огнеупорным наполнителем методом ее замораживания, отделения полуфабриката от модельной оснастки, термостатирования при низкой температуре (от -15°С до -30°С) с последующей сушкой при температуре около 100°С и обжигом при более высокой температуре (патент РФ №2033883, В 22 С 9/00, -1/00, 30.04.1995).
Недостатками известных аналогов являются высокая трудоемкость изготовления как самих оболочек, так и собранных из них литейных форм, а также значительный расход керамической суспензии или формовочного материала, особенно при изготовлении оболочек горячим спеканием, повышается также трудоемкость процесса регенерации материала использованных форм.
Наиболее близким по технической сущности аналогом к заявляемому устройству является двухсторонняя полуформа, приведенная в справочнике по технологии литейного производства (Специальные способы литья., под общей редакцией академика АН УССР В.А.Ефимова, Москва,
"Машиностроение", 1991, с.164, рис.9). Данная керамическая полуформа выполнена в виде монолитного корпуса, на противоположных сторонах которого имеются две формообразующие рабочие поверхности. К недостаткам рассматриваемого устройства следует отнести значительную материалоемкость и переменную толщину корпуса полуформы, что может привести к появлению термических трещин и снижению качества отливок, кроме того повышается объем регенерируемого материала. Двухсторонние монолитные полуформы получают обычно трудоемким пескодувным способом, при котором термореактивную смесь под давлением нагнетают в полость между моделью и контрплитой (см. там же с.163, рис.7).
Наиболее близким аналогом к заявляемой оснастке для изготовления оболочковой двухсторонней полуформы является оснастка, приведенная в книге Ю.С.Небогатова на с.19, рис.6а). Оснастка обеспечивает формирование односторонней керамической оболочки и отделение ее от модели, она содержит модельную плиту с установленной на ней моделью и плиту с толкателями, проходящими через отверстия в модельной плите и модели, при этом модельная плита установлена с возможностью линейного перемещения относительно упомянутой плиты с толкателями. При изготовлении односторонней полуформы необходимо наращивать более толстую оболочку, поскольку в процессе отделения от модели она испытывает значительные механические нагрузки по сравнению с заявляемой двухсторонней полуформой, формообразующие поверхности которой связаны между собой по периметру общей оболочкой.
Для заявляемой кассетной литейной формы наиболее близким аналогом является форма в виде горизонтальной сборки, приведенная в справочнике В.А.Ефимова на с.165, рис.10. Форма собрана из односторонних оболочек, расположенных в контейнере, который в свою очередь установлен на горизонтальной плите. Полости между оболочками и стенками контейнера засыпаны опорным материалом в виде металлической дроби. Недостатком
данной сборки является наличие контейнера и специальных направляющих для удержания оболочек в вертикальном положении по центру контейнера, что усложняет конструкцию известной формы.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи, заключающейся в снижении трудоемкости изготовления оболочек и регенерации материала использованных форм, экономии керамического материала за счет уменьшения массы оболочки при одновременном повышении ее прочности, упрощении конструкции кассетной формы, а также в возможности автоматизации процессов изготовления форм и их заливки.
Сущность оболочковой керамической двухсторонней полуформы заключается в том, что обе формообразующие поверхности на противоположных сторонах полуформы расположены вертикально и между ними выполнена внутренняя полость в виде замкнутого по периметру оболочкового корпуса, причем верхняя часть полости сообщена с атмосферой, а в нижней части образовано отверстие. Выполнение полу формы в виде замкнутой оболочки с дном в нижней части повышает ее прочность и позволяет уменьшить толщину стенок оболочки и удельный расход огнеупорного материала. В частных случаях реализации полезной модели полуформа может иметь следующие конструктивные особенности:
- минимальное расстояние между формообразующими рабочими поверхностями должно быть не менее двух толщин стенок оболочки. Наименьшее расстояние между указанными поверхностями выбрано из условия обеспечения прочности оболочки при минимальной толщине ее стенок;
1
2
1
2
- масса оболочковой полуформы выбрана из соотношения P/P=1,0-2,2, где P - масса металлической отливки, P - масса полуформы. Соблюдение данного условия позволяет обеспечить прочность литейной формы;
- материал керамической оболочки представляет собой отвержденную замораживанием суспензию из порошкового огнеупорного наполнителя и гидрозоля оксида, при этом до заморозки суспензия содержит, мас.%: огнеупорный наполнитель - 60-80, вода - остальное. Состав суспензии в указанных пределах зависит, обычно, от требуемой прочности литейной формы;
- материал оболочки представляет собой отвержденную нагревом суспензию из порошкового огнеупорного наполнителя и термореактивного связующего, причем до спекания суспензия содержит, мас.%: наполнитель - 95-99, связующее - остальное. Пределы массового состава выбирают, как правило, в зависимости от типа связующего;
- размер частиц порошка наполнителя для суспензии, отверждаемой замораживанием составляет 1,0-70 мкм., а для суспензии, отверждаемой путем нагрева - 70-300 мкм. Значение дисперсности наполнителя выбирают, как правило, исходя из требований реологических свойств суспензии, газопроницаемости оболочки, чистоты поверхности отливок и т.п.
Сущность оснастки для изготовления оболочковой двухсторонней полуформы заключается в том, что она содержит два эквидистантно размещенных по отношению друг к другу и вертикально установленных устройства для формирования оболочки и отделения ее от модели, каждое из которых включает модельную плиту с моделью и плиту с толкателями, проходящими через модельную плиту и модель, при этом модельные плиты имеют возможность линейного перемещения по отношению к соответствующим плитам и толкателям, а сами плиты с толкателями смонтированы с возможностью линейного возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга, причем между модельными плитами в сомкнутом их положении образована полость, верхняя часть которой сообщена с атмосферой, а в нижней части имеется отверстие для подвода керамической суспензии. Вертикальное расположение оснастки и наличие внутренней
полости между модельными плитами с возможностью подвода суспензии снизу позволяет автоматизировать процесс изготовления оболочек, а независимое перемещение модельных плит по отношению к плитам с толкателями обеспечивают снижение нагрузки на оболочку при ее отделении от моделей. В частных вариантах выполнения оснастки она может содержать следующие конструктивные особенности:
- в модельных плитах в зоне установки моделей выполнены каналы для подвода теплоносителя или хладагента, обеспечивающие заданную температуру, необходимую для отверждения оболочки в пределах установленной толщины стенок в зависимости от состава суспензии;
- наличие эластичной прокладки в отверстии для подвода суспензии обеспечивает уплотнение и снижение коэффициента теплопроводности в зоне контакта оснастки с трубопроводом подачи суспензии.
Сущность кассетной литейной формы заключается в том, что она включает в себя по меньшей мере три двухсторонние полуформы, которые соединены между собой в горизонтальную или вертикальную сборку, при этом внутренняя полость полуформы в случае получения крупногабаритных отливок может быть заполнена опорным материалом. Практическая реализация кассетной формы позволит повысить ее удельную прочность, а также открывает возможность для автоматизации процесса заливки.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид оснастки, внутренняя полость которой заполнена суспензией, на фиг.2 - оснастка с отвержденной оболочкой после слива неиспользованной суспензии и отделения моделей от оболочки, на фиг.3 -оснастка при разведенных плитах с толкателями в положении извлечения оболочки, на фиг.4 - общий вид кассетной литейной формы.
Оснастка состоит из двух эквидистантно расположенных по отношению друг к другу устройств для формирования оболочки и отделения ее от моделей, каждое из которых включает модельную плиту 1 с выполненными
в ней каналами 2 для подвода хладагента или теплоносителя, модель 3, плиту 4 с закрепленными на ней толкателями 5. Между модельными плитами 1 образована внутренняя полость 6 с отверстием 7 в ее нижней части для подвода суспензии, в отверстии 7 установлена эластичная прокладки 8. После формирования оболочки 9 неиспользованная суспензия сливается через трубопровод 10, соединенный с емкостью для приготовления и хранения суспензии (на чертежах не показана). Кассетная литейная форма представляет собой горизонтальную сборку из оболочек 9 на основании 11, при этом внутренняя полость оболочек заполнена опорным материалом 12.
Устройство работает следующим образом. После нанесения разделительного покрытия на рабочую поверхность моделей 3 и смыкания модельных плит 1 при одновременном совмещении торцов толкателей 5 с формообразующей поверхностью моделей 3 осуществляют предварительный нагрев (охлаждение) оснастки путем подачи через каналы 2 теплоносителя (хладагента), после чего подводят трубопровод 10 к оснастке до соприкосновения его торца с прокладкой 8, заполняют полость 6 суспензией и после формирования заданной толщины оболочки 9 производят слив неиспользованной суспензии и отвод трубопровода 10 в исходное положение. Затем разводят модельные плиты 1 до отделения оболочки 9 от моделей 3, после чего осуществляют разведение плит 4 до выхода толкателей 5 за габариты оболочки 9 и извлекают последнюю из оснастки.
Использование полезной модели позволит снизить трудоемкость изготовления оболочек и их регенерации, уменьшить удельный объем суспензии за счет повышения прочности оболочек, снизить себестоимость единицы продукции, а также осуществить автоматизацию процессов изготовления оболочек и получения литых заготовок.