Стержневой ящик для изготовления литейных стержней с применением вакуумной сушки

Полезная модель относится к литейному производству, в частности к конструкции стержневого ящика для изготовления литейных стержней из жидкостекольных смесей с применением вакуумной сушки.
Известна конструкция стержневого ящика для изготовления тонкостенных стержней (патент на полезную модель RU №17294, опубликованный 27.03.2001 года), содержащая корпус с горизонтальным разъемом, состоящий из двух частей, верхняя из которых имеет загрузочную полость. Стержневой ящик снабжен приводом вращения вокруг вертикальной оси, проходящей через центральную загрузочную полость и центробежными замками для крепления верхней и нижней частей относительно друг друга в период вращения. По периметру разъема стержневой ящик снабжен щелевыми вентами, а также вентами, расположенными в поднутрениях в верхней части стержневого ящика. Рабочие полости верхней и нижней частей стержневого ящика с элементами, оформляющими продольные отверстия в тонкостенных стержнях, выполнены симметричными, при этом нижняя часть стержневого ящика снабжена толкателем для протяжки стержня из стержневого ящика при его изготовлении.
Однако снабжение стержневого ящика приводом вращения вокруг вертикальной оси необходимо для изготовления тонкостенных стержней сложной конфигурации для различных составов стержневых смесей.
Известен «Способ вакуумной формовки и стержневой ящик для его осуществления» (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №996061, опубликованное 15.03.1981 года).
Стержневой ящик, входящий в конструкцию оснастки для изготовления стержней, по данному патенту, состоит из двух половин, облицованных синтетической пленкой и образующие рабочую полость каркаса с фильтрующей оболочкой, связанной с вакуумной системой и установленный в рабочей полости. Герметичная полость при помощи патрубка подключена к источнику вакуума или сообщается с атмосферой. С целью предохранения от повреждений сложных отъемных элементов ящик снабжен защитной вставкой, установленной в полости стержневого ящика и выполненной в виде формообразующих вкладышей оснастки для изготовления сложного элемента.
Способ вакуумной формовки стержней по конструкции приведенного стержневого ящика включает облицовку половин стержневого ящика синтетической пленкой, сборку стержневого ящика, установку каркаса с фильтрующей оболочкой в рабочую полость стержневого ящика, заполнение рабочей полости формовочным материалом, и подключение каркаса к вакуумной системе, и извлечение стержня.
С целью расширения технологических возможностей при изготовлении стержней со сложными элементами со знаковой частью последний устанавливают в рабочую полость стержневого ящика перед облицовыванием синтетической пленкой половин стержневого ящика, а перед заполнением полости стержневого ящика формовочным материалом производят разгерметизацию синтетической пленки в зоне упомянутой знаковой части.
Приведенное техническое решение усложняет процесс: из-за необходимости облицовки внутренних половин стержневого ящика синтетической пленкой, нанесения на нее противопригарной краски с последующей разгерметизацией пленки, соответственно, из-за наличия дополнительного оборудования литейной оснастки, поскольку это необходимо для производства крупногабаритных стержней со сложными элементами.
Ниже приведен «Способ изготовления литейных форм и стержней из жидкостекольных смесей в нагреваемой оснастке» (патент RU №2630399, опубликованный 05.07.2010 года). Из примеров реализации известного способа можно проследить набор элементов конструкции оснастки с применением стержневого ящика.
В одном из примеров металлическую разъемную, по горизонтали, оснастку перед загрузкой смеси нагревали до температуры 130-140°С. Перед вдувом смеси нагретую оснастку подключали к вакуумному ресиверу с высоким разряжением. В тот же момент, включали камеру воздушной подачи смеси пескодувной головки. Через 2-3 секунды степень вакуумирования снижали и выдерживали стержень в ящике в течение 5 секунд для формирования слоя теплового упрочнения около 3-5 мм.
Затем включали подачу углекислого газа из баллона для продувки стержня, при этом степень вакуума снижали. Время продувки выдерживали около 12 секунд. После этого стержневой ящик удаляли от вдувной плиты пескодувной головки и извлекали готовый стержень из ящика.
В другом примере данного патента для вакуумирования смеси использовали дополнительный вакуумный ресивер. Вакуум подводили по трубопроводу через дополнительную обечайку к нижней половине ящика с вентами. При изготовлении стержней в другом примере вакуум поддерживали на всех трех стадиях вакуумирования.
Отслеживание времени выдержки при подаче вакуума на трех стадиях процесса изготовления литейных стержней значительно усложняет процесс, при котором необходимо изменять степень вакуумирования с направлением продувки углекислого газа через стержень. Применение углекислого газа требует дополнительного оборудования для подачи газа.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Технической проблемой, на решение которой направлен предлагаемый вариант полезной модели, является создание конструкции стержневого ящика для изготовления литейных стержней с применением вакуумной сушки.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый стержневой ящик для изготовления малогабаритных литейных стержней с применением вакуумной сушки содержит разъемный корпус, состоящий из двух металлических частей, на стыке которых размещено отверстие для загрузки стержневой смеси, в каждую внутреннюю часть корпуса вмонтирован гибкий изогнутый нагревательный элемент, выполненный из нихрома, оплетенный стекловолокном и покрытый герметизирующей оболочкой из термостойкого силикона, в нижней части корпуса размещен съемный вкладыш из газопроницаемого материала, оформляющий рабочую поверхность получаемых стержней, по центральной горизонтальной оси вкладыша расположены три канала подвода вакуума, выполненные в виде сквозных отверстий с внутренними вентами, кроме того, корпус, со стороны подачи стержневой смеси имеет патрубок для соединения с вакуумной системой, в котором установлен обратный клапан трубопровода подачи вакуума.
Причем разъемные части корпуса снабжены пластинами с отверстиями для их скрепления и цапфами для транспортировки корпуса.
Предлагаемый стержневой ящик представлен на фигурах 1-3.
На фигуре 1 изображена в изометрии нижняя часть стержневого ящика.
На фигуре 2 изображен вид снизу внутренней верхней части стержневого ящика с расположением нагревательного элемента.
На фигуре 3 изображен газопроницаемый вкладыш стержневого ящика.
Стержневой ящик для изготовления малогабаритных литейных стержней с применением вакуумной сушки содержит разъемный корпус 1, состоящий из двух металлических частей, на стыке которых размещено отверстие 2 для загрузки стержневой смеси. В каждую внутреннюю часть корпуса 1 вмонтирован гибкий изогнутый нагревательный элемент 3, выполненный из нихрома, оплетенный стекловолокном и покрытый герметизирующей оболочкой из термостойкого силикона. В нижней части корпуса размещен съемный вкладыш 4 из пористого материала, оформляющий рабочую поверхность получаемых стержней. По центральной, горизонтальной оси вкладыша 4 расположены три канала подвода вакуума, выполненные в виде сквозных отверстий 5 с внутренними вентами (на чертеже не показаны), кроме того, корпус 1 со стороны подачи стержневой смеси имеет патрубок 6, который через муфту 7 соединен с вакуумной системой, после муфты 7, в трубопроводе подачи вакуума установлен обратный клапан 8.
Кроме того, металлические части корпуса, на линии их соединения, снабжены пластинами 9 с отверстиями для скрепления частей и цапфами 10 для транспортировки ящика.
Вакуумная сушка представляет собой процесс искусственного удаления влаги из материалов. Она производится в условиях пониженного давления в рабочем объеме. Создание вакуума обуславливает снижение показателя температуры, при которой начинается испарение. Принцип работы основан на переходящей в газообразное состояние воде (пара), имеющей более низкий показатель температуры, чем при кипении. Это позволяет выпариваться связанной в осушаемых объектах жидкости, не затрачивая энергию на излишнюю тепловую обработку.
Стержневой ящик для изготовления малогабаритных литейных стержней с применением вакуумной сушки работает следующим образом.
Для изготовления литейных стержней в предлагаемом стержневом ящике применяли стержневую жидкостекольную смесь с добавками алюмокалиевых квасцов.
Первоначально на дно нижней части корпуса 1 устанавливают вкладыш 4 из газопроницаемого материала (фанера, ДВП, пластик-фторопласт) со сквозными отверстиями.
Разъемные части корпуса скрепляют пластинами 9 с отверстиями посредством крепежных элементов, создавая закрытый объем корпуса 1.
Затем через загрузочное отверстие 2 в пространство стержневой камеры загружают стержневую смесь пескодувным или пескоструйным способом. Далее корпус стержневого ящика 1 подключают к вакуумной системе, при этом происходит разряжение внутри камеры стержневого ящика 1 и откачка газа из стержня через сквозные отверстия 5 во вкладыше. Для предотвращения поступления воздуха из вакуумной системы в полость стержня на трубопроводе вакуумной системы установлен обратный клапан 8. Одновременно с подключением вакуума подключается нагревательный элемент 3, обеспечивающий нагревание стержневого ящика 1 в пределах 130-140°С. В это время стержень приобретают манипуляторную прочность для извлечения его из стержневого ящика.
Температуру гибкого нагревателя отлеживают по двум термодатчикам, расположенным в разных зонах нагревателя, независимо друг от друга (на чертеже не показано).
При совместном действии нагрева стержневой смеси и одновременного ее вакуумирования в предлагаемом стержневом ящике происходит процесс упрочнения смеси таким образом, что, с одной стороны, нагрев смеси компенсирует захолаживающее действие вакуумирования, а с другой стороны, вакуумирование устраняет конденсацию, образующихся при нагреве смеси паров, и этим самым поддерживает и даже увеличивает ее исходную газопроницаемость, при этом изготовленный стержень приобретает высокую конструктивную прочность.
Глубина вакуумирования варьируется в диапазоне от 1,0 до 1,25 бар и временном интервале от 40 до 60 секунд.
Превышение глубины разрежения и длительности вакуумирования выше указанного уровня не дает существенных улучшений контролируемых характеристик стержней. Длительность вакуумирования фиксировали секундомером, а глубину разрежения - вакууметром марки APR 262, который устанавливается на линию откачки воздуха из рабочей полости стержневого ящика. Регулирование показаний вакуума, осуществляется с помощью насоса, который устанавливается в начале трубопровода вакуумирования.
Использование предлагаемого стержневого ящика для изготовления литейных стержней с применением вакуумной сушки обеспечивает высокую степень прочности стержней, гладкую и чистую их поверхность, а также легкое извлечение стержней из вкладыша.
Регулирование температуры гибкого нагревателя происходит по двум термодатчикам, расположенным в разных зонах нагревателя независимо друг от друга, при этом, достигается равномерный температурный режим по всей площади нагревателя.
Установка нагревательных элементов в виде гибких проводов обеспечивает необходимый нагрев стержневого ящика до температуры 130-140°С.
Использование съемного вкладыша позволяет изготавливать стержни различной конфигурации, изменяя форму вкладыша.
Обратный клапан, встроенный в трубопровод подачи вакуума, предотвращает поступление воздуха от вакуумной системы в полость стержневого ящика, что позволяет поддерживать разряжение в полости стержневого ящика на одном уровне.
Конструкция данного стержневого ящика проста, не требует больших расходов на его изготовление, техническое обслуживание и профилактический ремонт.