ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ОТЛИВОК ПРОПИТКОЙ

Полезная модель относится к литейно-металлургическому производству, в частности, к изготовлению пористых заготовок (отливок и слитков) из разных металлов и сплавов, используемых для изготовления деталей в машиностроении и других отраслях промышленности.
Известна одноместная литейная металлическая форма с выпором и с нижним подводом металла, которую заполняют гранулами из водорастворимой соли, а затем пространство между гранулами заливают расплавленным алюминиевым металлом или сплавом и др. (Исследование процессов формирования пеноалюминия фильтрацией через водорастворимые соли // Технология легких сплавов, 2011, №4; с. 74-78, с. 75! - рис. 1. Тепловые условия формирования пеноалюминия фильтрацией через водорастворимые соли // Литейщик России, 2011, №6; с. 43-45, с. 44! - рис. 1 и рис. 2).
Основным недостатком данной формы является невозможность изготовления пористых отливок пропиткой (фильтрацией) расплавом легкоплавких тяжелых металлов (Zn, Pb, Sn) и их сплавов и др., так как гранулы водорастворимых солей будут всплывать и вместе с расплавом уходить в выпор, а также низкая производительность, так как форма одноместная.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является разовая одноместная литейная форма, состоящая из двух полу форм: верхней и нижней, с уплотненной формовочной смесью в опоках с полостью формы отливки, полученной с помощью модели и дополнительной полости - прибыли (Литейное производство: учебник для специальностей вузов. 2-ое изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987; с. 5-6, рис. 2 - прототип).
Недостатками данной литейной формы является невозможность получения в ней пористых отливок, так как отсутствует порообразующий наполнитель, форма одноместная, в связи, с чем дает низкую производительность, повышенный расход формовочной смеси.
Техническим результатом заявляемого устройства является создание нового типа многоместной литейной формы для изготовления пористых отливок пропиткой (фильтрацией) расплавом из металлов и сплавов, в том числе из легкоплавких тяжелых металлов и их сплавов, под действием силы тяжести, обеспечивающей надежную работу без всплывания порообразующего наполнителя, позволяющей увеличить производительность, производить больше пористых отливок в единицу времени (час, сутки, месяц, год) при серийном, крупносерийном и массовом производствах, с меньшим расходом формовочных и других материалов.
Технический результат достигается тем, что литейная форма для изготовления пористых отливок пропиткой, содержащая нижнюю и верхнюю полуформы, полости форм отливок и прибылей, выполнена многоместной с установленным между полуформами сетчатым фильтром выполненным из металлической сетки, и с расположенными в полостях форм отливок, выполненных в нижней полуформе, засыпками порообразующего наполнителя, а в полостях прибылей, выполненных открытыми в верхней полуформе, с расположенными на сетчатом фильтре порциями металлической шихты, при этом полости прибылей закрыты крышкой с газоотводными каналами.
При этом литейная форма для изготовления пористых отливок пропиткой выполнена из формовочной самотвердеющей песчано-глинистой смеси.
Причем литейная форма для изготовления пористых отливок пропиткой выполнена в виде стержня из стержневой самотвердеющей смеси.
А также литейная форма для изготовления пористых отливок пропиткой выполнена в виде металлического кокиля из чугуна или стали.
Кроме того, засыпка порообразующего наполнителя выполнена из гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой.
А также засыпка порообразующего наполнителя выполнена из металлических или керамических сферических оболочек.
При этом засыпка порообразующего наполнителя выполнена из гранул водорастворимых солей.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена литейная форма для изготовления пористых отливок в разрезе; на фиг. 2 - та же форма выполнена в виде стержня из стержневой самотвердеющей смеси (половинчатый разрез); на фиг. 3 - та же форма выполнена в виде металлического кокиля из чугуна или стали (половинчатый разрез); на фиг. 4 - поперечный разрез полости формы отливки с засыпкой порообразующего наполнителя; на фиг. 5 - гранулы пенополистирола с упрочняющей оболочкой в разрезе ("A" увеличено); на фиг. 6 - металлические или керамические сферические оболочки в разрезе ("A" увеличено).
Литейная форма для изготовления пористых отливок пропиткой состоит из двух полу форм (в опоках): нижней 1 и верхней 2 и установленного между ними сетчатого фильтра 3, выполненного из металлической сетки. В нижней полуформе 1 имеются полости 4 (в данном случае их четыре, фиг. 1) получаемых будущих пористых отливок, выполненных по четырехместной подмодельной плите, в которых расположены засыпки 5 порообразующего наполнителя. А в верхней полуформе 2 - соответственно четыре полости 6 открытых прибылей, в которых на сетчатом фильтре 3 расположены порции металлической шихты 7. Полости 6 открытых прибылей закрыты съемной крышкой 8 с газоотводными отверстиями 9.
Литейная форма для изготовления пористых отливок пропиткой выполнена из формовочной самотвердеющей песчано-глинистой смеси 10 (фиг. 1 и фиг. 4).
Литейная форма для изготовления пористых отливок пропиткой выполнена в виде стержня из стержневой самотвердеющей смеси 11 (фиг. 2).
Литейная форма для изготовления пористых отливок выполнена в виде металлического кокиля 12 (фиг. 3) из чугуна или стали.
Засыпка 5 порообразующего наполнителя выполнена из гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой 13 ("A" увеличено, фиг. 5).
Засыпка 5 порообразующего наполнителя выполнена из металлических и керамических сферических оболочек 14 ("A" увеличено, фиг. 6).
Засыпка 5 порообразующего наполнителя выполнена из гранул водорастворимых солей (на фиг. не показано).
Работе литейной формы предшествует ее изготовление методом ручной или машинной формовки в парных опоках и сборка. Первоначально изготавливают (формуют) нижнюю полуформу 1 многоместной (в данном случае по подмодельной плите с четырьмя моделями) с образованием полостей 4 получаемых (будущих пористых) отливок из, например, формовочной самотвердеющей песчано-глинистой смеси, располагают в полостях 4 засыпки 5 порообразующего наполнителя и устанавливают сетчатый фильтр 3 (фиг. 1). Затем изготавливают по подмодельной плите верхнюю полуформу 2 с ответными полостями 6 открытых прибылей. После чего спаривают полуформы 1 и 2, в полости 6 открытых прибылей на сетчатый фильтр 3 загружают порции (расчетное количество) металлической шихты 7 и закрывают общей крышкой 8 с газоотводными отверстиями 9.
Работа литейной формы для изготовления пористых отливок пропиткой заключается в следующем. Изготовленную (из формовочной самотвердеющей песчано-глинистой смеси), собранную литейную форму помещают в термическую печь с принудительной вытяжной вентиляцией и программным управлением. Форма нагревается. Температуру рабочего пространства печи доводят до температуры плавления шихты, состоящей из кусков металла или сплава формируемой пористой отливки. Металлическая шихта 7 плавится и расплав самотеком под действием силы тяжести проходит через ячейки сетчатого фильтра 3, стекает по гранулам засыпки 5 порообразующего наполнителя, имеющим одинаковую температуру с температурой расплава, доходит донизу, накапливается и затем снизу доверху (до сетчатого фильтра 3) заполняет зазоры в засыпке 5. Всплывание гранул не происходит - препятствует металлический сетчатый фильтр 3. Газы (воздух и др.), вытесняемые расплавом выходят через свободные ячейки сетчатого фильтра 3 в полости 6 прибылей и оттуда через газоотводные отверстия 9 в крышке 8 в рабочее пространство печи. По окончании плавления шихты 7 заканчивают пропитку, форму выгружают (достают) из печи, снимают верхнюю полуформу 2 с крышкой 8 и сетчатый фильтр 3. Охлаждение и затвердевание пористой отливки происходит в нижней полуформе 1. После остывания до температуры окружающей среды отливки (в данном случае их четыре) выбивают. От отливок отделяют сетчатый фильтр 3, если он оказался приваренным к отливкам.
Работа литейной формы для изготовления пористых отливок пропиткой, выполненной в виде стержня из самотвердеющей смеси (фиг. 2) и выполненной в виде металлического кокиля из чугуна или стали (фиг. 3) аналогична работе литейной формы, выполненной из формовочной самотвердеющей смеси (фиг. 1). Отличие лишь в производственно-технологических возможностях производителя, в наличии тех или иных материалов и оборудования.
Работа литейной формы для изготовления пористых отливок пропиткой с засыпкой 5 порообразующего наполнителя, выполненной из гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой 13 ("A" увеличено, фиг. 5), заключается в том, что при нагреве литейной формы под пропитку, например, до температуры 350-420°C происходит термодеструкция пенополистирола (плавление, переход в жидкоподвижное состояние, газификация). Образующиеся газообразные продукты термодеструкции проходят через поры и микротрещины в стенках оболочек и удаляются через ячейки сетчатого фильтра в полости 6 открытых прибылей и через газоотводные отверстия 9 в крышке 8 в рабочее пространство печи, а затем удаляются через принудительную вытяжную вентиляцию. Оболочки становятся пустыми, сохраняют сферическую форму, формируя пористое строение отливки.
Работа литейной формы для изготовления пористых отливок пропиткой с засыпкой 5 порообразующего наполнителя, выполненной из металлических или керамических полых оболочек 14 ("A" увеличено, фиг. 6), и литейной формы для изготовления пористых отливок с засыпкой 5 порообразующего наполнителя, выполненной из гранул водорастворимых солей, аналогична работе литейной формы с засыпкой 5 порообразующего наполнителя, выполненной из гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой 13 ("A" увеличено, фиг. 5), хотя имеется отличие в том, что первом случае пиролиза пенополистирола не происходит, в связи с проведением его заранее (предварительно), а во втором случае необходимо произвести растворение водорастворимых солей в воде.
Предлагаемая литейная форма для изготовления пористых отливок пропиткой технологична, надежна в работе, ее конструкция позволяет осуществить единый технологический процесс - последовательно вести в ней плавление шихты, формообразование, пропитку и затвердевание при изготовлении не одной, а сразу нескольких пористых отливок из различных металлов и сплавов, в том числе из легкоплавких тяжелых металлов и их сплавов, без всплывания гранул порообразующего наполнителя и тем самым увеличить производительность структур литейных подразделений (участка, отделения, цеха).