Установка для литья с кристаллизацией под давлением

 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в установках для литья с кристаллизацией под давлением в вакуумируемых пресс-формах, а именно армированных отливок - деталей для путевых машин. Установка содержит разъемный вакуумпровод, в котором выполнена формообразующая полость с питателями и вентиляционными каналами, а также коническая впадина и заостренная кромка на нижнем торце. Вакуумпровод снабжен армирующим элементом, фиксируемым в нем с обоих концов и установленным с возможностью его извлечения вместе с отливкой. Выталкиватель, снабженный плитой, образует дно камеры прессования и выполнен в виде ограничителя крайнего нижнего положения плиты выталкивателя. Плита выталкивателя связана с траверсой тягами, установленными с возможностью их перемещения относительно траверсы на необходимую регулируемую резьбовым упором величину. Нижние концы тяг закреплены в плите выталкивателя. В установке для выталкивания отливки используется обратный ход прессующего поршня, поэтому гидроцилиндр выталкивания не требуется. Это обеспечивает снижение расхода электроэнергии. Кроме того, расширяются технологические возможности за счет использования армирующих элементов в качестве формообразующих стержней. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в установках для литья с кристаллизацией под давлением в вакуумируемых пресс-формах, а именно для изготовления армированных отливок-деталей для путевых машин. Известна установка для литья с кристаллизацией под давлением, содержащая вертикальную камеру прессования, прессующий плунжер, подпружиненную камеру, установленную с возможностью перемещения относительно плунжера, и выталкиватель (авт. свидет.СССР N 1261743; МКИ B 22 D 27/09; 1984 г.) К недостаткам устройства следует отнести: невозможность изготавливать отливки в вакуумируемых пресс-формах, большой расход сжатого инертного газа на каждую заливку, поскольку весь объем герметизированной камеры заменяется после каждой заливки.

Однако наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является устройство для литья с кристаллизацией под давлением, содержащее вертикальную камеру прессования, прессующий плунжер, подпружиненную вакуумную камеру, установленную с возможностью ее перемещения относительно плунжера, и выталкиватель, при этом оно снабжено сменным вакуумпроводом, связанным одним концом с вакуумной камерой, подключенной к вакуумной системе, а другим концом с пространством над зеркалом металла в камере прессования, причем вакуумпровод выполнен разъемным с формообразующей полостью внутри него, части вакуумпровода скреплены друг с другом пружинным кольцом прямоугольного сечения, при этом на вакуумпроводе выполнена канавка под кольцо, а на торце камеры прессования - заходный конус для утапливания кольца в канавку вакуумпровода, причем на торце прессующего плунжера выполнены вентиляционные каналы (патент РФ N 2043853; МКИ B 22 D 18/02; заявл.23.08.88 г.; оп. 20.09.95 г., БИ N 26).

Среди существенных недостатков устройства следует отметить ограниченные технологические возможности, неэффективное использование прессового оборудования, поскольку обратный ход прессующего поршня - холостой, и невозможность изготовления армированных отливок в вакуумируемых пресс-формах.

Предложенное изобретение направлено на решение задачи расширения технологических возможностей и изготовления армированных отливок в вакуумируемых пресс-формах на установках, имеющих лишь прессующий гидроцилиндр. Решение указанной задачи достигается тем, что установка для литья с кристаллизацией под давлением содержит матрицу с вертикальной камерой прессования, прессующий плунжер с вентиляционными каналами на торце, закрепленный на траверсе гидравлического пресса, подпружиненную вакуумную камеру, установленную с возможностью ее перемещения относительно плунжера, выталкиватель, образующий дно камеры прессования, сменный разъемный вакуумпровод, части которого скреплены пружинным кольцом прямоугольного сечения, взаимодействующим с заходным конусом камеры прессования и в котором выполнена формообразующая полость с питателями и вентиляционными каналами, при этом она снабжена плитой выталкивателя, соединенной с траверсой тягами, установленными с возможностью их перемещения относительно траверсы на необходимую величину, регулируемую резьбовым упором, и закрепленными нижними концами в плите выталкивателя, при этом выталкиватель выполнен в виде ограничителя крайнего нижнего положения плиты выталкивателя и снабжен пружиной, установленной между матрицей и верхней плоскостью плиты выталкивателя, на нижнем торце вакуумпровода выполнена коническая впадина с заостренной кромкой, а вакуумпровод снабжен армирующим элементом, фиксируемым в нем с обоих концов, причем питатели расположены по обе стороны от армирующего элемента; кроме этого, армирующий элемент выполнен в виде стержня, оформляющего отверстие в отливке, и установлен с возможностью его выпрессовки из отливки после ее извлечения из формообразующей полости и обрубки.

Если армирующий элемент выполняет функцию стержня, оформляющего точное отверстие в отливке, то после выпрессовки стержня из отливки достаточно в отверстии выполнить шпоночный паз для установки на вал поставляемого электродвигателя. Это относится, например, к шкивам для клиноременных передач (см. фиг. 4 и 5). Сопоставительный анализ существенных признаков прототипа и заявляемого технического решения выявил наличие в последнем отличительных признаков, что доказывает, что заявляемое техническое решение удовлетворяет требованиям критерия "новизна".

Благодаря реализации отличительных признаков заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляется новый технический результат: возможность использования гидравлических прессов, имеющих лишь один прессующий цилиндр для производства армированных отливок в вакуумируемых пресс-формах, при этом для литья с кристаллизацией под давлением не требуется гидроцилиндр выталкивателя, что в конечном счете связано с дополнительным расходом рабочей жидкости из гидросистемы привода, а следовательно, расходом электроэнергии на привод гидронасосов.

Данный технический результат является следствием реализации в предлагаемом объекте отличительных признаков заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение удовлетворяет требованиям критерия "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых показаны: Фиг. 1 - установка для литья с кристаллизацией под давлением; общий вид; Фиг. 2 - вид А (фиг. 1); Фиг. 3 - вид Б (фиг. 1); Фиг. 4 - разрез по В-В (фиг. 1), Фиг. 5 - отливка после извлечения из формообразующей полости (в аксонометрии).

Установка для литья с кристаллизацией под давлением содержит матрицу 1 с вертикальной камерой 2 прессования, прессующий плунжер 3, закрепленный на траверсе 4 гидравлического пресса, подпружиненную вакуумную камеру 5 с пружинами 6, направляющими стойками 7, торцевым уплотнительным элементом 8 и гибким вакуумпроводом 9 для подключения к вакуумной системе (на чертеже не показана). Вакуумная камера 5 установлена с возможностью ее перемещения относительно плунжера 3, который выполнен с коллектором 10 и вентиляционными каналами 11 на торце (фиг. 2).

В установке использован для выталкивания отливки обратный ход прессующего поршня. Установка имеет выталкиватель 12 с хвостовиком 13, пружиной 14, установленной между матрицей 1 и верхней плоскостью плиты 15 выталкивателя 12, направляющие колонки 16 с пружинами 17, при этом выталкиватель 12, образующий дно камеры 2 прессования, выполнен в виде ограничителя крайнего нижнего положения плиты 15, связанной с траверсой 4 и тягами 18, установленными с возможностью их перемещения относительно траверсы на необходимую регулируемую резьбовым упором 19 величину, фиксируемую гайкой 20. Нижние концы тяг 18 закреплены в плите 15. На фиг. 1 и фиг. 4 показан сменный разъемный вакуумпровод, выполненный с вертикальным разъемом из частей 21 и 22 с формообразующей полостью 23, армирующим элементом 24, питателями 25, расположенными по обе стороны от последнего, и вентиляционными каналами 26. Вакуумпровод сообщает с вакуумной камерой 5 пространство 27 над зеркалом залитого в камеру 2 прессования расплавленного металла 28 через питатели 25, формообразующую полость 23 и вентиляционные каналы 26. Части 21 и 22 скреплены между собой пружинным кольцом 29 прямоугольного сечения, взаимодействующим с заходным конусом 30 камеры 2 прессования. Части 21-22 выполнены с конической впадиной 31, образующей острую кромку на торце. Коническая форма впадины 31 нижнего торца вакуумпровода уменьшает сопротивление для расплавленного металла при заполнении формообразующей полости 23, а также создает благоприятные условия для потока отсасываемых воздуха и газов из пространства 27 над зеркалом металла в камере прессования.

Острая кромка сменного разъемного вакуумпровода 21-22 при его движении вниз отжимает от стенки камеры прессования расплавленный металл вверх, а поскольку плоская корочка зеркала металла в виде круга меняет форму, приобретая выпуклость, то происходит разрыв корочки под давлением жидкого металла внутри камеры прессования, создавая возможность свободного движения жидкого металла вверх из средней части камеры прессования. При плоской форме торца сменного разъемного вакуумпровода не обеспечивается указанный выше положительный эффект, достигаемый при конической впадине на нижнем торце вакуумпровода 21-22, хотя и не усложняется разборка его частей. При выпуклой форме вакуумпровода на нижнем торце невозможна разборка частей 21-22, поскольку пресс-остаток будет охватывать краями впадины вакуумпровод 21-22 по периметру, при этом следует учитывать, что пресс-остаток связан питателями 25 с отливкой. Напротив, за счет конической формы впадины 31 упрощается разборка разъемного вакуумпровода, поскольку после удаления пружинного кольца 29 прямоугольного сечения из канавки сменного разъемного вакуумпровода достаточно разнять в стороны его части 21-22. Прямоугольное сечение кольца 29 обеспечивает точное фиксирование относительно друг друга частей 21 и 22 за счет ответной канавки в скрепляемых частях. На фиг. 5 показана отливка с пресс-остатком 32 после извлечения из формообразующей полости 23.

Работа установки для литья с кристаллизацией под давлением осуществляется следующим образом. В исходной позиции, когда траверса 4 находится в крайнем верхнем положении (на чертеже не показано), выталкиватель 12 с хвостовиком 13 и плитой 15 также выдвинут из матрицы 1 в крайнее верхнее положение, а пружины 14 и 17 хвостовика 13 и направляющих колонок 16 сжаты, при этом упоры 19, зафиксированные гайками 20, упираясь в верхнюю плоскость траверсы 4, при помощи тяг 18 удерживают выталкиватель 12 в крайнем верхнем положении.

При включении пресса траверса 4 вместе с плунжером 3 опускается вниз до тех пор, пока выталкиватель 12, образующий дно камеры прессования и выполненный в виде ограничителя крайнего нижнего положения плиты 15 выталкивателя 12, не опустится в рабочее положение. В этот момент плунжер 3 останавливается. Остановка осуществляется за счет перекрытия обеих полостей гидроцилиндра путем либо установки золотника управления в среднее положение или закрытия клапана подачи рабочей жидкости в гидроцилиндр (на чертеже не показаны). Вакуумная камера 5 должна обеспечить доступ к камере 2 прессования для заливки расплавленного металла 28 в нее и установки сменного разъемного вакуумпровода в виде частей 21-22 с армирующим элементом 24, скрепленных пружинным кольцом 29. Собранный сменный разъемный вакуумпровод предварительно нагревается до необходимой по технологии литья температуры и устанавливается в камеру 2 прессования над зеркалом металла после заливки дозированной порции металла 28. Заливочное устройство на чертеже не показано. Заливка может производиться вручную мерной ложкой. Заливка дозированной порции расплавленного металла 28 в камеру 2 прессования осуществляется после остановки траверсы 4 в промежуточном положении, при котором плита 15 выталкивателя 12 подвешена на выталкивателе, упирающемся в нижнюю часть камеры 2 прессования, а упоры 19 не контактируют с верхней плоскостью траверсы 4. Затем установка включается снова и при движении вниз плунжера 3 вакуумная камера 5 с уплотнительным элементом 8 входит в контакт с матрицей 1, при этом через гибкий вакуумпровод 9 вакуумная камера 5 подключается к вакуумной системе (на чертеже не показана) по электрическому сигналу от путевого переключателя (на чертеже не показан). Пространство 27 над зеркалом металла сообщается с вакуумной камерой 5 через питатели 25, формообразующую полость 23 и вентиляционные каналы 26 сменного разъемного вакуумпровода 21-22, удерживаемого пружинным кольцом 29 над зеркалом металла. Подключение камеры прессования к вакуумной системе осуществляется еще до того, как прессующий плунжер 3 коснется верхнего торца сменного разъемного вакуумпровода 21-22, что обеспечивает надежное удаление воздуха и газов из пространства 27 над зеркалом металла 28. Заполнение формообразующей полости 23 металлом осуществляется при дальнейшем движении вниз прессующего плунжера 3, при этом процесс вакуумирования непрерывно продолжается за счет коллектора 10 и вентиляционных каналов 11 на торце плунжера 3, сообщенных с вентиляционными каналами 26. Пружинное кольцо 29, упираясь в заходный конус 30, под действием прессующего плунжера 3 сжимается и входит в ответную канавку сменного разъемного вакуумпровода 21-22, а последний вступает в контакт с расплавленным металлом 28. Благодаря конической впадине 31, образующей острую кромку на нижнем торце вкладыша 21-22, облегчается отделение металла 28 от камеры 2 прессования в момент контакта вакуумпровода 21-22 с металлом. Внешнее атмосферное давление на дно вакуумной камеры 5 и пружины 6 на направляющих стойках 7 обеспечивают при помощи уплотнительного элемента 8 надежную герметизацию вакуумной камеры на протяжении хода прессующего плунжера 3 вниз. После запрессовки расплавленного металла в формообразующую полость через питатели 25 и выдержки времени на затвердевание отливки вакуумная камера 5 отключается от вакуумной системы (выдержка контролируется при помощи реле времени) и сообщается с атмосферой. Прессующий плунжер 3 вместе с вакуумной камерой 5 отводится в крайнее верхнее положение, при этом выталкиватель 12 с плитой 15 при помощи тяг 18 вместе со сменным разъемным вакуумпроводом 21-22 выводится вверх и вместе с отливкой удаляется из установки. Части 21-22 разбираются после снятия пружинного кольца 29, а отливка с армирующим элементом 24 и пресс-остатком 32 извлекается и подается на обрубку. Если армирующий элемент 24 выполняет функцию стержня, оформляющего отверстие в отливке, то его выпрессовывают из отливки после обрубки и отделения пресс-остатка 32. На фиг. 5 показана отливка после извлечения ее из формообразующей полости 23.

Таким образом, предложенное изобретение расширяет технологические возможности для изготовления армированных отливок; повышает эффективность использования прессового оборудования, осуществляя выталкивание отливки из камеры прессования за счет обратного хода прессующего плунжера; позволяет использовать установки, имеющие лишь один прессующий гидроцилиндр, как для прессования, так и для выталкивания отливок, что снижает расход рабочей жидкости, а в конечном счете - расход электроэнергии на привод гидронасоса.

Кроме того, предложенное техническое решение позволяет повысить качество литых заготовок за счет вакуумирования и удаления воздуха и газов из камеры прессования, поскольку при термообработке отливок возможно вспучивание литых поверхностей в случае, если воздух и газы остаются в отливках. Расширение технологических возможностей достигается также при использовании армирующих элементов в качестве стержней, формирующих отверстия в отливках и установленных с возможностью их выпрессовки из отливок после извлечения из формообразующей полости и обрубки. Это относится, например, к шкивам для клиноременных передач. После выбивки стержня необходимо лишь выполнить шпоночный паз в отверстии для установки на вал электродвигателя. Армирующие элементы могут быть также использованы в качестве валов литых роторов электродвигателей, при этом удаление благодаря вакуумированию воздушных и газовых включений из отливок способствует улучшению электрических параметров электродвигателей, в частности коэффициента полезного действия.

Формула изобретения

1. Установка для литья с кристаллизацией под давлением, содержащая матрицу с вертикальной камерой прессования, прессующий плунжер с вентиляционными каналами на торце, закрепленный на траверсе гидравлического пресса, подпружиненную вакуумную камеру, установленную с возможностью ее перемещения относительно плунжера, выталкиватель, образующий дно камеры прессования, сменный разъемный вакуумпровод, части которого скреплены пружинным кольцом прямоугольного сечения, взаимодействующим с заходным конусом камеры прессования, и в котором выполнена формообразующая полость с питателями и вентиляционными каналами, отличающаяся тем, что она снабжена плитой выталкивателя, соединенной с траверсой тягами, установленными с возможностью их перемещения относительно траверсы на необходимую величину, регулируемую резьбовым упором, и закрепленными нижними концами в плите выталкивателя, при этом выталкиватель выполнен в виде ограничителя крайнего нижнего положения плиты выталкивателя и снабжен пружиной, установленной между матрицей и верхней плоскостью плиты выталкивателя, на нижнем торце вакуумпровода выполнена коническая впадина с заостренной кромкой, а вакуумпровод снабжен армирующим элементом, фиксируемым в нем с обоих концов, причем питатели расположены по обе стороны от армирующего элемента.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что армирующий элемент выполнен в виде стержня, формирующего отверстия в отливке и установленного с возможностью его выпрессовки из отливки после ее извлечения из формообразующей полости и обрубки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5