Способ и устройство удаления керамического материала из отливок

Изобретение относится к литейному производству. Обрабатываемые отливки помещают в ячейки барабана открытой частью полости вниз. Барабан с отливками устанавливают в резервуар со щелочным раствором на наклонную направляющую так, что как минимум одна из ячеек располагается над уровнем раствора. В процессе вращения барабана осуществляют покачивание отливок из стороны в сторону с одновременным встряхиванием. Время поднятия отливок над щелочным раствором меньше времени нахождения в погруженном состоянии. Выщелачивание керамических стержней осуществляют при высокой температуре щелочного раствора, его барботации и при воздействии на раствор ультразвуком. Обеспечивается полное очищение полости отливки от керамических стержней. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к технологии и конструктивному решению, которое обеспечивает технологический процесс удаления литейных стержней.

Известен ″способ очистки литья от формовочных песков" /см. WO 2005051573 А2 от 18.11.2004, 7B22D 29/00 / - аналог. Освобождение литых деталей от стержней проводится с использованием нагреваемого барабана, заполненного свободно двигающимся материалом. При вращении барабана и падении материала вниз стержни отделяются.

Однако известный способ удаления стержней из относительно узких каналов в турбинных лопатках проблематичен.

Также известны "способ и устройство для удаления керамического материала из литых деталей" /см. патент WO 3066886 А1 от 10.04.2003, 7 B22D 29/00 - аналог/. Удаление керамического материала из внутренних полостей металлических литых деталей выполняется в закрытой системе, как автоклав. В автоклав с химической выщелачивающей жидкостью погружаются литые детали. Автоклав активизирует процесс выщелачивания, так как обеспечивает прохождение реакции при очень высокой температуре и высоком давлении.

Однако поддержание высокой температуры кипения раствора при высоком давлении последнего непростое дело. Автоклав - сложный агрегат, который обслуживается специалистами высокой квалификации. Насыщенный щелочной раствор при кипении с высокой температурой порядка 300°C исключительно опасен для окружения. Нештатные ситуации с перегретым щелочным раствором при извлечении литых деталей могут привести к непоправимому последствию.

Наиболее близким к предложенному способу и техническому решению относится "способ выщелачивания литейного стержня" /см. патент ЕР 1710029 А2 от 04.03.2006, 8 B22D 29/00 - прототип/. Способ заключается в последовательном окунании обрабатываемых отливок в ряд резервуаров, заполненных щелочным раствором. Каждое поднятие отливки над щелочным раствором сопровождается удалением растворенной части стержня. Каждая из отливок подвешена на индивидуальное подвеске и окунается в резервуар, который ограничивает зону данной подвески. При окунании отливки освободившаяся полость вновь заполняется щелочным раствором, и процесс растворения стержня продолжается. Циклы последовательного окунания отливки в каждый последующий резервуар продолжаются до тех пор, пока не растворится весь керамический стержень и не освободится вся полость отливки. Длина пути, преодолеваемая отливкой вне раствора, намного превышает путь, необходимый для окунания. Путь, преодолеваемый отливкой вне раствора, состоит из пути поднятия над раствором плюс путь перемещение к следующему резервуару и пути окунания в раствор. При этом путь погружения и поднятия из раствора графически из материалов патента намного короче пути перехода отливки вне раствора из одного резервуара в другой. При этом отливки вне раствора преодолевают больший путь относительно пути, находящемся в растворе. Но следует иметь в виду тот факт, что керамические стержни растворяются только в тот период времени, когда находятся в состоянии погружения в раствор.

Известный способ выщелачивания керамических стержней более безопасный и не требует специалистов высокой квалификации для обслуживания технологического комплекса, однако способ низкой производительности, так как предусматривает многократную передачу из резервуара в резервуар одиночных отливок, которые преодолевают путь вне раствора, намного превосходящий тот путь, что находится в состоянии погружения. При этом комплекс конструктивно довольно сложный. Поясним. Комплекс состоит из ряда резервуаров и системы транспортировки отливок, например подвесной конвейер. При этом комплекс конструктивно довольно сложный. Поясним. Комплекс состоит из ряда резервуаров и системы транспортирования отливок. Конструктивное множество отдельных резервуаров, которые связаны между собой каналами сообщений, составляют сложную систему. Над системой размещен подвесной транспортер для перемещения одиночных отливок с одного резервуара в следующий, притом транспортер выполнен с возможностью опускания отливок в щелочной раствор. Система резервуаров и транспортер с двумя степенями свободы в совокупности представляют достаточную сложность для воспроизводства. Множество резервуаров, сложный транспортер, много занимаемой производственной площади и при этом мало обрабатываемых отливок, что не допустимо в массовом производстве.

Результат предложенного способа - интенсификация процесса удаления керамических стержней из отливок, полное очищение полости отливок от керамических стержней, то есть исключение брака при коротком времени цикла обработки.

Технический результат предложенного устройства - упрощение конструкции, простота привода перемещения, сокращение занимаемой производственной площади под устройство.

Техническое решение поясняется чертежом, где представлено устройство удаления керамического материала из отливок, которое реализует способ полного очищения полости отливок от керамических стержней.

При этом отмечается акт полной идентификации графического материала настоящего предложения с графическим материалом ранее предложенной заявки 2009115453/20/021113/. Способ удаления керамических стержней в настоящем предложении полностью соответствует ранее предложенной заявке 2009115458/20/021113/, однако по незнанию специфики написания первичных материалов и предполагая, что по графическому материалу достаточно понятна причина покачивания из стороны в сторону с одновременным встряхиванием отливок, которые ничем не закреплены и совершенно свободно размещены в ячейках барабана, встряхивание и покачивание отливок происходят от силы гравитации, неслучайно барабан установлен под углом к горизонту. В первично поданном материале на чертеже только одна из ячеек барабана полностью зависает над раствором, остальное множество ячеек погружены. Естественно при целостности барабана отливки более длительное время находятся в состоянии погружения и только короткое время зависают над раствором. Заявитель по причине стремления к лаконичности не внес данную фразу в текст, считая данный факт отраженным в графическом материале. Прошу экспертизу установить приоритет изобретения по дате подачи более ранней заявки 2009115453/20/021113/.

Способ заключается в одновременной обработке большой партии отливок в активно перемешиваемом кипящем щелочном растворе. При этом каждая из отливок партии покачивается из стороны в сторону и встряхивается, но при этом окно полости каждой из отливок всегда обращено вниз. Открытая часть полости отливки направлена вниз для удаления растворенной части керамического стержня из полости силой гравитации. Весь период времени удаления керамических стержней из отливок состоит из множества повторяющихся циклов. Цикл состоит из времени окунания обрабатываемых отливок в кипящий щелочной раствор и времени поднятия обрабатываемых отливок над раствором. Притом время поднятия отливок над раствором намного меньше времени, при котором отливки находятся в погруженном состоянии. Однако время в поднятом состоянии достаточно, чтобы освободить полость от кашеобразной массы растворенного стержня. Кашеобразная масса вытекает беспрепятственно в раствор, так как открытая часть полости всех отливок направлена вниз. Процесс сопровождается активным перемешиванием щелочного раствора. Несколько секунд поднятия отливок над уровнем щелочного раствора достаточно, чтобы освободить полость от кашеобразной массы растворенного стержня, которая замедляет процесс химической реакции, а при последующем погружении обеспечить непосредственный контакт стержня уже со свежим реагентом. Чем тоньше граничный слой из кашеобразной массы растворенного стержня, тем интенсивней идет процесс растворения последнего, даже в сравнении с автоклавом. Покачивание и постукивание отливок способствуют отрыву кашеобразной массы и отделению последней от отливок. Предложенный способ выщелачивания сопровождается ультразвуковой активацией химического процесса. Поставленный способ полностью реализуется устройством удаления керамического материала из отливок, которое содержит теплоизолированный резервуар 1 и отличается от известных устройств особенностью геометрии, так как содержит наклонную плоскость. Внутри резервуара параллельно над наклонной плоскостью свободно установлен барабан 2, который выполнен с ячейками по периметру, в ячейках размещаются обрабатываемые отливки 3. Обрабатываемые отливки 3 свободно размещены в ячейках барабана 2, то есть при вращении наклонного барабана стукаются о боковые стенки ячеек, но при этом окно для выхода растворенной части керамического стержня обращено вниз. Барабан 2 выполнен с возможностью скольжения вдоль направляющей 4. Направляющая 4 выполнена в виде желоба для возврата стекающего щелочного раствора в резервуар 1. Барабан 2 под действием гравитационных сил напирает на ведомый ролик и приводной ролик 5. Ролики расположены в плоскости барабана, но по разные стороны относительно оси симметрии наклонной направляющей 4. Передача момента вращения от приводного ролика 5 к барабану 2 гарантирована. Резервуар 1 наполнен щелочным раствором 6 таким образом, что барабан 2 частично выступает над уровнем раствора. Одна из ячеек барабана 2 полностью выступает над раствором. Зона погружения барабана 2 превышает зону нависания над раствором на коэффициент, достаточный для образования кашеобразной массы. В резервуаре 1 размещены ТЭН 7 /трубчатые электронагреватели/ для ввода щелочного раствора 6 в режим барботации, что способствует активному перемешиванию раствора. Приводной ролик 5 сидит непосредственно на валу 8 привода 9. Привод 9 размещен выше уровня щелочного раствора 6 с внешней стороны резервуара 1. Режим барботации выносит нерастворимый шлам 10 в лоток 11 нижней наклонной части резервуара 1, там же находится сливной патрубок с задвижкой 12. Резервуар 1 со всех сторон защищен теплоизоляцией 13, притом в верхней части резервуара 1 имеются люк 14, вытяжной патрубок 15 и сдвигающийся люк 16. Люк 16 содержит привод 17. Имеется индивидуальный привод 18 подъема барабана 2. Для облегчения работы привода 18 смонтирован противовес 19. В позиции загрузки-выгрузки отливок 3 положение барабана 2 показано в позиции 20. Активизации процесса существенно способствует ультразвук. В качестве излучателя ультразвука может быть магнитострикционный или пьезокерамический генератор 21.

Устройство удаления керамического материала из отливок обеспечивает технологический процесс следующим образом. В позиции 20 барабан 2 загружается отливками 3. Открывается люк 16 и привод 18 погружает барабан 2 с отливками 3 в резервуар 1 с щелочным раствором 8. С этого момента происходит контакт барабана 2 с приводным роликом 5. Для исключения проскальзывания приводного ролика последний снабжен зубчатым венцом, барабан также может содержать ответный зубчатый венец. Приводной ролик 5, который сидит непосредственно на валу 8 привода 9, обеспечивает заданную скорость вращения барабана 2. В кипящем щелочном растворе 6 с ультразвуковой активацией 21 барабан 2 с отливками 3 приходит во вращательное движение, чему способствует контакт за счет сил гравитации с приводным роликом 5. Клеевой состав керамического материала в составе стержня отливки частично растворяется, образуя кашеобразную массу, которая под действием ультразвуковых колебаний становится более текучей. Известно, что кашеобразная масса растворенного стержня в граничном слое препятствует контакту свежего реагента с поверхностью стержня. Однако высокая температура реагента, барботация, создающая турбулентность в граничном слое, ультразвук и покачивание отливок относительно вертикали на угол, соответствующий углу наклона направляющих для барабана, притом покачивание сопровождается ударами о стенки ячеек, за полный оборот барабана четыре удара по одному о каждую из стенок ячейки, все перечисленное способствует скорому вымыванию кашеобразной массы и отделению нерастворимого шлама. Температура реагента, который нагревается ТЭНами 7, отслеживается. К моменту зависания соответствующего сектора барабана 2 с ячейкой размещения отливок 3 над щелочным раствором 6 более текучая клеевая масса со шлангом стекает и освобождает полость для порции свежего реагента. Барботация образует устойчивый направленный поток, в результате которого весь шлам 10 автоматически направляется в зону отстоя 11, откуда впоследствии удаляется через сливной патрубок. Процесс кипения сопровождается выделением пара, для удаления которого служит вытяжной патрубок 15. Резервуар 1 надежно защищен теплоизолятором 13. По окончании процесса выщелачивания керамических стержней открывается люк 16. Барабан 2 свободно лежит на наклонной направляющей 4. Ось барабана 2 упирается в чашку, которая взаимодействует посредством гибкой связи с приводом 18. Привод 18 включается. Противовес 19 облегчает работу привода 9, и барабан 2 с отливками 3 поднимается в зону 20. Щелочной раствор 6, который стекает с барабана 2, по наклонной направляющей 4 возвращается в резервуар 1. По мере расхода активного реагента щелочной раствор 6 утилизируется через задвижку 12.

1. Способ удаления керамического материала из отливок, включающий множество циклов поднятия отливок над уровнем щелочного раствора и погружения отливок в щелочной раствор, отличающийся тем, что во время поднятия и погружения отливок обеспечивают покачивание отливок из стороны в сторону с одновременным встряхиванием отливок, открытая часть полости которых обращена вниз, причем время поднятия отливок над щелочным раствором меньше времени нахождения в погруженном состоянии, при этом щелочной раствор барботируют и воздействуют на него ультразвуком.

2. Устройство для удаления керамического материала из отливок, содержащее резервуар со щелочным раствором, отличающееся тем, что оно снабжено барабаном, разделенным на сектора с ячейками для свободного размещения в них отливок, приводом вращения барабана, роликом, установленным на валу привода, наклонной направляющей, выполненной в виде желоба, трубчатыми электронагревателями, ультразвуковым излучателем, при этом барабан размещен внутри резервуара со щелочным раствором таким образом, что как минимум одна из ячеек расположена над уровнем раствора, и установлен с возможностью скольжения вдоль направляющей и с возможностью контакта за счет сил гравитации с роликом.