Оболочковая керамическая двухсторонняя полуформа, оснастка для ее изготовления и кассетная литейная форма

Полезная модель "Оболочковая керамическая двухсторонняя полуформа, оснастка для ее изготовления и кассетная литейная форма" может быть использована для изготовления оболочек из суспензий, способных к метаморфизму под воздействием положительных или отрицательных температур. Сущность полуформы заключается в том, что она содержит размещенные вертикально две формообразующие поверхности, внутри которых выполнена полость, ограниченная по периметру оболочковым корпусом, при этом верхняя часть полости сообщена с атмосферой, а в нижней части образовано отверстие. Сущность оснастки характеризуется тем, что она включает два вертикально установленных и эквидистантно расположенных относительно друг друга устройства, каждое из которых содержит модельную плиту с моделью и плиту с толкателями, проходящими через модельную плиту и модель, причем модельная плита смонтирована с возможностью линейного перемещения относительно плиты с толкателями, а сами плиты установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения, при этом между модельными плитами в сомкнутом их положении образована внутренняя полость, верхняя часть которой сообщена с атмосферой, а в нижней части выполнено отверстие для подвода суспензии. Кассетная литейная форма представляет собой горизонтальную или вертикальную сборку из двухсторонних полуформ, обращенных друг к другу одной из формообразующих поверхностей с образованием заливочных емкостей. Реализация полезной модели обеспечивает снижение трудоемкости изготовления оболочек, уменьшение удельной массы используемой суспензии, возможность автоматизации процессов изготовления оболочек и литья.

Заявляемая группа полезных моделей относится к литейному производству и может быть использована, в частности, для изготовления оболочковых форм из керамических суспензий, способных к метаморфизму под воздействием положительных или отрицательных температур.

Известны односторонние оболочковые полуформы, изготовленные из песчаных смесей с термореактивным связующим путем наращивания оболочки до заданной толщины за счет тепла предварительно нагретой модельной оснастки с последующим отделением оболочки от модели и спеканием ее при более высоких температурах (Ю.Е.Небогатов, В.И.Тамаровский. Специальные виды литья., Москва, "Машиностроение", 1975, с.6). Известны керамические формы, изготовленные из водной суспензии с порошковым огнеупорным наполнителем методом ее замораживания, отделения полуфабриката от модельной оснастки, термостатирования при низкой температуре (от -15°С до -30°С) с последующей сушкой при температуре около 100°С и обжигом при более высокой температуре (патент РФ №2033883, В 22 С 9/00, -1/00, 30.04.1995).

Недостатками известных аналогов являются высокая трудоемкость изготовления как самих оболочек, так и собранных из них литейных форм, а также значительный расход керамической суспензии или формовочного материала, особенно при изготовлении оболочек горячим спеканием, повышается также трудоемкость процесса регенерации материала использованных форм.

Наиболее близким по технической сущности аналогом к заявляемому устройству является двухсторонняя полуформа, приведенная в справочнике по технологии литейного производства (Специальные способы литья., под общей редакцией академика АН УССР В.А.Ефимова, Москва,

"Машиностроение", 1991, с.164, рис.9). Данная керамическая полуформа выполнена в виде монолитного корпуса, на противоположных сторонах которого имеются две формообразующие рабочие поверхности. К недостаткам рассматриваемого устройства следует отнести значительную материалоемкость и переменную толщину корпуса полуформы, что может привести к появлению термических трещин и снижению качества отливок, кроме того повышается объем регенерируемого материала. Двухсторонние монолитные полуформы получают обычно трудоемким пескодувным способом, при котором термореактивную смесь под давлением нагнетают в полость между моделью и контрплитой (см. там же с.163, рис.7).

Наиболее близким аналогом к заявляемой оснастке для изготовления оболочковой двухсторонней полуформы является оснастка, приведенная в книге Ю.С.Небогатова на с.19, рис.6а). Оснастка обеспечивает формирование односторонней керамической оболочки и отделение ее от модели, она содержит модельную плиту с установленной на ней моделью и плиту с толкателями, проходящими через отверстия в модельной плите и модели, при этом модельная плита установлена с возможностью линейного перемещения относительно упомянутой плиты с толкателями. При изготовлении односторонней полуформы необходимо наращивать более толстую оболочку, поскольку в процессе отделения от модели она испытывает значительные механические нагрузки по сравнению с заявляемой двухсторонней полуформой, формообразующие поверхности которой связаны между собой по периметру общей оболочкой.

Для заявляемой кассетной литейной формы наиболее близким аналогом является форма в виде горизонтальной сборки, приведенная в справочнике В.А.Ефимова на с.165, рис.10. Форма собрана из односторонних оболочек, расположенных в контейнере, который в свою очередь установлен на горизонтальной плите. Полости между оболочками и стенками контейнера засыпаны опорным материалом в виде металлической дроби. Недостатком

данной сборки является наличие контейнера и специальных направляющих для удержания оболочек в вертикальном положении по центру контейнера, что усложняет конструкцию известной формы.

Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи, заключающейся в снижении трудоемкости изготовления оболочек и регенерации материала использованных форм, экономии керамического материала за счет уменьшения массы оболочки при одновременном повышении ее прочности, упрощении конструкции кассетной формы, а также в возможности автоматизации процессов изготовления форм и их заливки.

Сущность оболочковой керамической двухсторонней полуформы заключается в том, что обе формообразующие поверхности на противоположных сторонах полуформы расположены вертикально и между ними выполнена внутренняя полость в виде замкнутого по периметру оболочкового корпуса, причем верхняя часть полости сообщена с атмосферой, а в нижней части образовано отверстие. Выполнение полу формы в виде замкнутой оболочки с дном в нижней части повышает ее прочность и позволяет уменьшить толщину стенок оболочки и удельный расход огнеупорного материала. В частных случаях реализации полезной модели полуформа может иметь следующие конструктивные особенности:

- минимальное расстояние между формообразующими рабочими поверхностями должно быть не менее двух толщин стенок оболочки. Наименьшее расстояние между указанными поверхностями выбрано из условия обеспечения прочности оболочки при минимальной толщине ее стенок;

- масса оболочковой полуформы выбрана из соотношения P ₁/P₂=1,0-2,2, где P ₁ - масса металлической отливки, P₂ - масса полуформы. Соблюдение данного условия позволяет обеспечить прочность литейной формы;

- материал керамической оболочки представляет собой отвержденную замораживанием суспензию из порошкового огнеупорного наполнителя и гидрозоля оксида, при этом до заморозки суспензия содержит, мас.%: огнеупорный наполнитель - 60-80, вода - остальное. Состав суспензии в указанных пределах зависит, обычно, от требуемой прочности литейной формы;

- материал оболочки представляет собой отвержденную нагревом суспензию из порошкового огнеупорного наполнителя и термореактивного связующего, причем до спекания суспензия содержит, мас.%: наполнитель - 95-99, связующее - остальное. Пределы массового состава выбирают, как правило, в зависимости от типа связующего;

- размер частиц порошка наполнителя для суспензии, отверждаемой замораживанием составляет 1,0-70 мкм., а для суспензии, отверждаемой путем нагрева - 70-300 мкм. Значение дисперсности наполнителя выбирают, как правило, исходя из требований реологических свойств суспензии, газопроницаемости оболочки, чистоты поверхности отливок и т.п.

Сущность оснастки для изготовления оболочковой двухсторонней полуформы заключается в том, что она содержит два эквидистантно размещенных по отношению друг к другу и вертикально установленных устройства для формирования оболочки и отделения ее от модели, каждое из которых включает модельную плиту с моделью и плиту с толкателями, проходящими через модельную плиту и модель, при этом модельные плиты имеют возможность линейного перемещения по отношению к соответствующим плитам и толкателям, а сами плиты с толкателями смонтированы с возможностью линейного возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга, причем между модельными плитами в сомкнутом их положении образована полость, верхняя часть которой сообщена с атмосферой, а в нижней части имеется отверстие для подвода керамической суспензии. Вертикальное расположение оснастки и наличие внутренней

полости между модельными плитами с возможностью подвода суспензии снизу позволяет автоматизировать процесс изготовления оболочек, а независимое перемещение модельных плит по отношению к плитам с толкателями обеспечивают снижение нагрузки на оболочку при ее отделении от моделей. В частных вариантах выполнения оснастки она может содержать следующие конструктивные особенности:

- в модельных плитах в зоне установки моделей выполнены каналы для подвода теплоносителя или хладагента, обеспечивающие заданную температуру, необходимую для отверждения оболочки в пределах установленной толщины стенок в зависимости от состава суспензии;

- наличие эластичной прокладки в отверстии для подвода суспензии обеспечивает уплотнение и снижение коэффициента теплопроводности в зоне контакта оснастки с трубопроводом подачи суспензии.

Сущность кассетной литейной формы заключается в том, что она включает в себя по меньшей мере три двухсторонние полуформы, которые соединены между собой в горизонтальную или вертикальную сборку, при этом внутренняя полость полуформы в случае получения крупногабаритных отливок может быть заполнена опорным материалом. Практическая реализация кассетной формы позволит повысить ее удельную прочность, а также открывает возможность для автоматизации процесса заливки.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид оснастки, внутренняя полость которой заполнена суспензией, на фиг.2 - оснастка с отвержденной оболочкой после слива неиспользованной суспензии и отделения моделей от оболочки, на фиг.3 -оснастка при разведенных плитах с толкателями в положении извлечения оболочки, на фиг.4 - общий вид кассетной литейной формы.

Оснастка состоит из двух эквидистантно расположенных по отношению друг к другу устройств для формирования оболочки и отделения ее от моделей, каждое из которых включает модельную плиту 1 с выполненными

в ней каналами 2 для подвода хладагента или теплоносителя, модель 3, плиту 4 с закрепленными на ней толкателями 5. Между модельными плитами 1 образована внутренняя полость 6 с отверстием 7 в ее нижней части для подвода суспензии, в отверстии 7 установлена эластичная прокладки 8. После формирования оболочки 9 неиспользованная суспензия сливается через трубопровод 10, соединенный с емкостью для приготовления и хранения суспензии (на чертежах не показана). Кассетная литейная форма представляет собой горизонтальную сборку из оболочек 9 на основании 11, при этом внутренняя полость оболочек заполнена опорным материалом 12.

Устройство работает следующим образом. После нанесения разделительного покрытия на рабочую поверхность моделей 3 и смыкания модельных плит 1 при одновременном совмещении торцов толкателей 5 с формообразующей поверхностью моделей 3 осуществляют предварительный нагрев (охлаждение) оснастки путем подачи через каналы 2 теплоносителя (хладагента), после чего подводят трубопровод 10 к оснастке до соприкосновения его торца с прокладкой 8, заполняют полость 6 суспензией и после формирования заданной толщины оболочки 9 производят слив неиспользованной суспензии и отвод трубопровода 10 в исходное положение. Затем разводят модельные плиты 1 до отделения оболочки 9 от моделей 3, после чего осуществляют разведение плит 4 до выхода толкателей 5 за габариты оболочки 9 и извлекают последнюю из оснастки.

Использование полезной модели позволит снизить трудоемкость изготовления оболочек и их регенерации, уменьшить удельный объем суспензии за счет повышения прочности оболочек, снизить себестоимость единицы продукции, а также осуществить автоматизацию процессов изготовления оболочек и получения литых заготовок.

1. Оболочковая керамическая двухсторонняя полуформа, включающая две формообразующие рабочие поверхности на противоположных сторонах полуформы, отличающаяся тем, что обе формообразующие поверхности расположены вертикально и между ними выполнена внутренняя полость в виде замкнутого по периметру оболочкового корпуса, при этом верхняя часть полости сообщена с атмосферой, а в нижней части полости образовано отверстие.

2. Полуформа по п.1, отличающаяся тем, что наименьшее расстояние между формообразующими рабочими поверхностями составляет не менее двух толщин стенок оболочкового корпуса.

3. Полуформа по п.1, отличающаяся тем, что масса оболочковой керамической двухсторонней полуформы выбрана из соотношения P₁/P₂=1,0-2,2, где P₁ - масса металлической отливки, Р ₂ - масса полуформы.

4. Полуформа по п.1, отличающаяся тем, что материал керамической оболочки представляет собой отвержденную замораживанием суспензию из порошкового огнеупорного наполнителя и гидрозоля оксида, например, диоксида кремния.

5. Полуформа по п.1, отличающаяся тем, что материал керамической оболочки представляет собой отвержденную нагревом суспензию из порошкового огнеупорного наполнителя и связующего, например термореактивной смолы.

6. Полуформа по п.4, отличающаяся тем, что размер частиц порошка огнеупорного наполнителя составляет 1,0-70 мкм.

7. Полуформа по п.5, отличающаяся тем, что размер частиц порошка огнеупорного наполнителя составляет 70 - 300 мкм.

8. Полуформа по п.4, отличающаяся тем, что до заморозки суспензия содержит, мас.%: огнеупорный наполнитель - 60-80, вода - остальное.

9. Полуформа по п.5, отличающаяся тем, что до спекания суспензия содержит, мас.%: огнеупорный наполнитель - 95-99, связующее - остальное.

10. Оснастка для изготовления оболочковой керамической двухсторонней полуформы, включающая устройство для формирования оболочки и отделения ее от модели, содержащее модельную плиту с установленной на ней моделью и плиту с закрепленными на ней толкателями, проходящими через модельную плиту и модель, при этом модельная плита с моделью установлена с возможностью линейного перемещения относительно плиты и толкателей, отличающаяся тем, что оснастка снабжена дополнительным устройством для формирования оболочки и отделения ее от модели, расположенным эквидистантно относительно основного устройства, при этом оба устройства смонтированы вертикально с возможностью линейного возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга, причем между модельными плитами в сомкнутом их положении образована внутренняя полость, верхняя часть которой сообщена с атмосферой, а в нижней части выполнено отверстие для подвода керамической суспензии.

11. Оснастка по п.10, отличающаяся тем, что в модельных плитах, в зоне расположения моделей, выполнены каналы для подвода теплоносителя или хладагента.

12. Оснастка по п.10, отличающаяся тем, что в отверстии для подвода керамической суспензии установлена эластичная прокладка, например, из морозостойкой или жаростойкой резины.

13. Оснастка по п.12, отличающаяся тем, что эластичная прокладка выполнена из двух полуколец, плоскость разъема которых совпадает с плоскостью разъема модельных плит.

14. Кассетная литейная форма, включающая по меньшей мере три оболочковые двухсторонние полуформы, установленные на плите и соединенные между собой в горизонтальную или вертикальную сборку, отличающаяся тем, что соседние полуформы обращены друг к другу одной из формообразующих рабочих поверхностей с образованием заливочной емкости, при этом в случае превышения толщины стенки отливки над толщиной оболочки внутренняя полость каждой полуформы заполнена опорным материалом, например, сухим кварцевым песком марки К016.

15. Форма по п.14, отличающаяся тем, что оболочковые керамические полуформы соединены между собой, например, с помощью жаростойкого клея.