Установка для изготовления деталей кузова

Полезная модель устройства для изготовления деталей кузова легкового автомобиля из алюминиевого сплава относится к машиностроению и может быть использовано в автомобилестроении, в авиации и в вагоностроении, а также в других отраслей строительства. Задачей технического решения является усовершенствование установки по литью крупногабаритных тонкостенных пространственных деталей в равномерности по толщине, введя песчаную литьевую форму с приемными отверстиями расплава по литьевой поверхности. Новый технический результат, достигается заявленным решением, заключается в обеспечении отлитой детали прочности и жесткости, а также удержание расплава в приемных отверстиях расплава за счет смачивания для кристаллизации расплава по толщине отливаемой детали. Основные преимущества литья намораживанием деталей кузова автомобиля перед листовой штамповкой из стального проката: легкость - снижение удельного расхода топлива и как следствие снижение CO (окис углерода) выхлопных газов, экологичность окружающей среды; технологичность - высокий КИМ (коэффициент, использования материала); достигаемая прочность и жесткость - энергопоглащение при деформации в 2 раза выше стали, повышение пассивной безопасности водителя и пассажиров; стойкость к коррозии; рециклируемость и др.. Нано технология литья тонкостенных отливок экономична для производителя продукции сборочных конструкций и энергосберегающая, экономия энергоресурсов страны - экономия в народном хозяйстве.

Полезная модель установки для изготовления деталей кузова легкового автомобиля из алюминиевого сплава относится к машиностроению, в частности к автомобильной промышленности.

Известны устройства изготовления деталей легкового автомобиля штамповкой из тонколистового малоуглеродистого проката в штампах [1].

Известны устройства изготовления деталей легкового автомобиля штамповкой из тонколистового алюминиевого проката в штампах [2].

Известно устройство изготовления деталей кузова легкового автомобиля литьем из алюминиевого сплава в пресс-форму под давлением, изготовление опор передний подвески автомобиля BMW пятой серии [3].

Известно устройство изготовления панельных деталей в промышленности из алюминиевого сплава выжиманием в половинчатых пресс-формах, одна из них подвижная [4].

Известно устройство изготовления деталей кузова легкового автомобиля, капиллярным способом, непрерывным литьем из алюминиевого сплава намораживанием непосредственно из расплава и плоского отпила по размеру от литой заготовки детали, например, изготовление детали «усилителя средней стойки» кузова легкового автомобиля, которое является аналогом [5].

Известно устройство, изготовление деталей кузова легкового автомобиля из алюминиевого сплава содержащая распределитель расплава соединенный посредством металлопровода с дозатор подачи расплава, распределитель расплава имеет фиксирующую рабочую поверхность с отверстием по геометрии в плане для охлаждающей пространственной формы, где располагается и фиксируется охлаждающая пространственная форма с литьевой поверхностью, рабочая поверхность имеет круглое отверстие с патрубком, патрубок отверстия превышает высоту верхний точки охлаждающей формы литьевой поверхности, верхние точки литьевой поверхности охлаждающей пространственной формы имеют отверстия для выхода закрытого воздуха при подъеме расплава для литья намораживанием, для контакта и разрыва контакта расплава алюминиевого сплава с охлаждающей пространственной формой имеют круглую железную чушку, которую опускают или поднимают в расплаве через отверстие с патрубком. Выше описанное устройство является прототипом подаваемой заявки на полезную модель [6].

Недостатком аналога является то, что невозможно отпилить от непрерывной заготовки пространственную деталь.

Недостатком прототипа является то, что деталь отливается не равномерная по толщине, которая влияет на прочность и жесткость этой детали.

Все известные устройства имеют недостаток в изготовление деталей кузова легкового автомобиля: штамповка детали из низкоуглеродистого тонколистового проката требует линию дорогостоящих прессов и штампов, которые окупаются за несколько лет с годовой программой выпуска автомобилей более 600 тыс. в год. По некоторым деталям до освоения следующей модели автомобиля. Средний коэффициент использования материала при холодной листовой штамповке равен 0,55; штамповка деталей из тонколистового проката алюминия имеет все недостатки штамповки детали из низкоуглеродистого тонколистового проката и плюс дорогостоящий листовой прокат из алюминиевого сплава по сравнению с низкоуглеродистым тонколистовым прокатом в 3 и более раз дороже; литьем в пресс-форму под давлением не возможно получить деталь толщиной стенки менее 2 мм.

Задачей настоящего технического решения - дополнить имеющее устройство для литья крупногабаритных тонкостенных пространственных деталей из алюминия песчаной литьевой формой и ее установкой на толщину детали кузова, которая равна зазору между охлаждающей пространственной формой и песчаной литьевой формой, зеркально повторяющая поверхность охлаждающей пространственной формы, для надежного литья детали по толщине. По литьевой поверхности песчаной литьевой формы расположены приемные отверстия для приема расплава в зазор во время его подъема и удержания расплава в зазоре смачиванием в приемных отверстиях литьевой песчаной формы во время его опускания, путем подачей воздуха по трубопроводу в высокую зону между песчаной литьевой формой и расплавом с одновременным отходом расплава. На границе соприкосновения трех фаз: 1 жидкость - расплав Al, 2 газ - воздух, 3 твердое тело - песчаная литьевая форма (силикат) наблюдается явления называемые смачиванием [8].

Для решения поставленной задачи технического решения, установка для литья намораживанием содержит литьевую песчаную форму с отверстиями подачи расплава по литьевой поверхности и трубопровод для подачи воздуха в высокую зону между песчаной формой и расплавом.

Новый технический результат, достигается заявленным решением, заключается в обеспечении отлитой детали прочности и жесткости, а также удержание расплава в зазоре для кристаллизации расплава по толщине отливаемой детали.

Прочностью деталей полученных намораживанием из сплава алюминия можно варьировать легированием сплава другими металлами (см. рис. Влияние легирующих элементов на прочность алюминиевых сплавов [7]).

Жесткость деталей полученных из сплава алюминия можно привести к соответствию толщины стальной детали из условия равной жесткости по выведенной математической формуле:

Где h - толщины деталей из различных металлов;

2,937 - коэффициент соотношения модуля упругости металлов, он равен соотношению удельного веса в см³ Fe к Al.

Расчет на соответствии жесткости толщины стали и алюминия сведем в таблицу.

Установка (см. фиг.1) состоит из распределителя расплава 1, соединенного металлопроводом 2 через дозатор подачи расплава 3. Распределитель расплава 1 имеет фиксирующую съемную рабочую поверхность 4 с отверстием по геометрии в плане для установки охлаждающей формы 5. Охлаждающая форма 5 имеет отверстия входа 6 и выхода 7 охлаждающей жидкости, также имеет отверстия выхода воздуха 8 с зазора 9 установленного на толщину отливаемой детали между охлаждающей формой 5 и песчаной литьевой формой 10. Песчаная литьевая форма 10 с отверстиями приема расплава по литьевой поверхности (на фиг.1 не показано). К рабочей поверхности 4 крепится трубопровод 11 подачи воздуха через расплав в высокую зону между расплавом и песчаной литьевой формой 10. Рабочая поверхность 4 имеет круглое отверстие с патрубком 12 превышающую высоту верхней точки охлаждающей формы 5. В отверстие с патрубком 12 погружают из железа чушку 13 для подъема и опускания расплава в распределителе 1 для намораживания расплава на охлаждающую форму 5.

Пример, изготовления детали кузова легкового автомобиля намораживанием на предлагаемой установке (см. фиг.1).

Перед установкой охлаждаемую форму 5, ее литьевую поверхность покрывают разделительным слоем огнеупорной краски для лучшего съема намороженной детали и устанавливают песчаную литьевую форму 10 с отверстиями с зазором 9 на толщину намораживании крупногабаритной тонкостенной пространственной детали кузова. Устанавливают охлаждающую форму 5 с песчаной литьевой формой 10 на фиксирующую съемную рабочую поверхность 4 устройства. Фиксируют. Рабочая поверхность 4 также имеет круглое отверстие с патрубком 12 превышающую высоту верхней точки охлаждающей формы 5. Верхние точки литьевой поверхности охлаждающей формы 5 имеют отверстия 8 для выхода закрытого воздуха с зазора 9. Подъем и опускание расплава в распределителе 1 для литья намораживанием происходит погружением или подъемом через отверстие с патрубком 12 чушки 13 в расплав. Поднимают расплав алюминия до полного заполнения зазора 9, то есть полного контакта с литьевой поверхностью охлаждаемой формой 5. С подъем чушки 13 подается воздух по трубопроводу 11 в высокую зону между расплавом и песчаной литьевой формой 5, в отверстиях подачи расплава (на фиг.1 не показано) происходит удержание расплава смачиванием (вогнутый мениск в тело отливаемой детали, так как поверхность смачивания с силикатом). И как следствие, удержание еще имеющей жидкой фазы в зазоре 9 в зоне близ отверстия подачи расплава между песчаной литиевой формой 10 и охлаждаемой формой 5. Устойчивость процесса намораживания в предлагаемой установке для каждой детали определяется соблюдением баланса на границе твердой кристаллизующейся фазы и жидкого расплава, поэтому важно согласовать скорость кристаллизации расплава со скоростью охлаждения уже заполненного зазора 9 расплавом по формообразующей поверхности охлаждаемой формы 5 и песчаной литьевой формы 10. Расплав алюминия выходит из контакта с поверхностью песчаной литьевой формой 10. Выдерживают время намораживания (кристаллизации), после намораживания детали на литьевую поверхность охлаждающей формы 5, охлаждающую форму 5 снимают с фиксирующей съемной рабочей поверхности 4, и при остывании намороженная деталь садится, разбивают песчаную литьевую форму 10 и деталь извлекают с формы.

Основные преимущества технологии литья намораживанием из алюминиевого сплава тонкостенных отливок с большим габаритом для кузова автомобиля с основными характеристиками алюминиевого сплава, перед штамповкой их тонколистового малоуглеродистого плоского проката:

- легкость - снижение удельного расхода топлива и как следствие снижение CO (окис углерода) выхлопных газов, экологичность окружающей среды;

- технологичность - высокий КИМ (коэффициент, использования материала);

- достигаемая прочность и жесткость - энергопоглащение при деформации в 2 раза выше стали, повышение пассивной безопасности водителя и пассажиров;

- стойкость к коррозии;

- рециклируемость и др.

Технология литья тонкостенных отливок экономична для производителя продукции сборочных конструкций и энергосберегающая, экономия энергоресурсов страны - экономия в народном хозяйстве.

Список литературы

1. Осипов, А.Ф. Контроль процесса вытяжки крупногабаритных деталей / А.Ф. Осипов // Кузнечно-штамповочное производство. - 2003. - 1. С.44-45.

2. Пути снижения массы автомобиля/ Автомобильная интернет-газета // Семь Верст. COPY RGHT© 7VERST 1999. Audi A2 с полностью алюминиевым кузовом.

3. Сталь - алюминиевый кузов 5-й серии BMW // Автостроение за рубежом. 2005. 5. С.20.

4. Степанов, Ю.А. и др. Литье выжиманием / Ю.А. Степанов и др. // Специальные виды литья - издательство машиностроение. - Москва 1970. С.209-213.

5. Патент RU 2381864, МКП B22D 11/00 // Способ соединения разнородных металлических материалов.

6. Заявка на изобретение Осипова А.Ф. за 2011101013 «способ и устройство для изготовления деталей кузова легкового автомобиля и кабины грузового автомобиля из алюминиевого сплава».

7. Акаро, И.Л. Развитие штамповки поковок и деталей из алюминиевого сплава / И.Л. Акаро // Кузнечно-штамповочное производство. - 2005 - 2 - С.16-19. Таблица 1.

8. Яровский Б.М., Детлаф А.А. / Справочник по физике для инженеров и студентов вузов, издание четвертое переработанное. Издательство «наука», гл. редакция физико-математической литературы, Москва 1968.

Установка для литья намораживанием деталей кузова легкового автомобиля из алюминиевого сплава, содержащая распределитель расплава, соединённый посредством металлопровода с дозатором подачи расплава и имеющий фиксирующую рабочую поверхность с отверстием по геометрии для расположения и фиксирования охлаждающей пространственной формы с литьевой поверхностью, при этом рабочая поверхность имеет круглое отверстие с патрубком, превышающим высоту верхний точки охлаждающей формы литьевой поверхности, в верхних точках литьевой поверхности охлаждающей пространственной формы выполнены отверстия для выхода воздуха при подъёме расплава, круглую железную чушку для контакта и разрыва контакта расплава алюминиевого сплава с охлаждаемой пространственной формой, опускаемую или поднимаемую в расплаве через отверстие с патрубком, отличающаяся тем, что она снабжена песчаной формой с литьевой поверхностью, зеркально повторяющей литьевую поверхность охлаждающей пространственной формы и установленной относительно охлаждающей пространственной формы с зазором, определяющим толщину отливаемой детали кузова, при этом на литьевой поверхности песчаной формы выполнены приемные отверстия для подачи расплава в упомянутый зазор для контакта с литьевой пространственной формой, и удержания расплава в зазоре за счет смачивания в приемных отверстиях при разрыве контакта песчаной формы и расплава путем подачи воздуха по трубопроводу в высокую зону между песчаной литьевой формой и расплавом во время начала разрыва контакта песчаной формы с расплавом.

РИСУНКИ