ФОРМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретения относятся к области литейного производства, а именно к технологии и оборудованию изготовления песчано-глинистых литейных форм с использованием метода воздушно-импульсного уплотнения формовочной смеси, в частности, в сочетании с уплотнением путём прессования.

Предшествующий уровень техники

Известна формовочная машина, содержащая станину, подъёмный стол, с установленными на нём модельной оснасткой и опокой, и опорные колонны, на которых находятся импульсная головка, дозатор и наполнительная рамка, причём дозатор подпружинен относительно наполнительной рамки с возможностью вертикального перемещения в её внутреннюю полость, кроме того устройство для заполнения формовочной смесью наполнительной рамки содержит дозатор, подпружиненный относительно наполнительной рамки с возможностью вертикального перемещения в её внутреннюю полость, причём дозатор с наполнительной рамкой снабжён приводом их перемещения, а на уровне верхней поверхности дозатора находится шибер (См. патент РФ JY22022684, МПК В22С 1/28, опубликованным 1994.11.15).

Способ изготовления литейных форм, осуществляемый вышеуказанной известной формовочной машиной, заключается в следующем: формовочную смесь засыпают из бункера в дозатор и наполнительную рамку, с последующим заполнением смесью опоки с остатком в наполнительной рамке, уплотняют смесь воздушно- импульсным способом с доуплотнением литейной формы при перемещении подъёмного стола вверх и вытеснении оставшейся в наполнительной рамке смеси в опоку. Применение вышеуказанных конструкций и способа изготовления литейных форм позволяет увеличить производительность за счёт сокращения и совмещения операций. Однако основным недостатком известных технических решений является невозможность обеспечить эффективное уплотнение смеси в областях, прилегающих к стенкам опоки и модельной плите, особенно в узких промежутках между моделями и стенками опок и в углах опок. Причиной этого является мощное тормозящее влияние трения смеси о стенки опок при прессовании прессовым элементом, выдавливающим смесь из накопительной рамки в опоку со стороны контрлада. При этом распределение уплотнения смеси по форме неблагоприятно и антитехнологично: максимум на контрладе, минимум у модельной плиты. Сочетание такого, так называемого «верхнего», прессования с импульсным воздействием на смесь сжатым воздухом хотя и смягчает, однако полностью не устраняет данное явление.

Известен способ для изготовления песчаных форм, заключающийся в уплотнении формовочной смеси импульсом сжатого газа и дополнительным механическим уплотнением верхним прессованием решетчатой прессующей плитой, а также известно устройство для осуществления указанного способа, содержащее основание, подъёмный стол, опоку, импульсную головку, установленную стационарно над опокой и связанную с системой подачи сжатого газа, решётчатую прессующую плиту, установленную в нижней части импульсной головки с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно неё в направлении опоки, обеспечиваемого отдельным поршневым приводом (см. патент США N°3807483, кл. МПК В22С 15/28, опубликованный 1974.04.30).

Однако указанные способ и устройство обеспечивают уплотнение смеси в опоке при тех же недостатках, что и в предыдущем случае. Кроме того, наличие отдельного поршневого привода усложняет конструкцию и требует дополнительные энергозатраты, а статическое прижатие плиты к верхней поверхности смеси менее эффективно, чем прижатие плиты в динамическом режиме. Механическое уплотнение после окончания импульсного уплотнения также менее эффективно, чем одновременно с ним, когда смесь находится в текучем состоянии.

Известен способ изготовления литейных форм, включающий заполнение формовочной смесью опоки и наполнительной рамки с расположенными внутри них моделями, установленными на модельной плите, выравнивание поверхности формовочной смеси путём переме- щения мультипозиционной (поршневой) прессовой колодки, с закреп- лённым на ней выступающим скребком, в положение над опокой, пол- ное поднятие модельной плиты в наполнительной рамке, с перемеще- нием смеси без её уплотнения из рамки в опоку и из опоки в свободное пространство над нею, предварительное воздушно-импульсное уплот- нение смеси воздействием сжатого воздуха, проходящего сквозь под- вижную мультипозиционную прессовую колодку, и активное (полное) прессование сверху прессующими элементами прессовой колодки с ре- гулируемым давлением с последующей протяжкой модели, причём смесь засыпают в опоку и наполнительную рамку под действием гра- витации, а также известно устройство, реализующее этот способ, содер- жащее основание, прессовый цилиндр, рабочий стол с носителем мо- дельной плиты с моделями, наполнительную рамку с установленной на ней опокой, импульсную головку, расположенную над рабочим столом и связанную с системой подачи сжатого воздуха, подвижную прессовую колодку с мультипозиционным (поршневым) прессовым элементом, причём, наполнительная рамка встроена в рабочий стол и выполнена с возможностью установки на рамку и съёма с неё формуемых опок, при этом, модельная плита с моделями установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в полости наполнительной рамки, а прессовый цилиндр установлен с возможностью силового воздействия на подвижную модельную плиту. (Рекламный проспект ф. "Savelli", стр. 12 , 11.2009г.).

Вышеописанные способ и устройство лишь частично устраняют основные недостатки предыдущих аналогов: нерациональное и неравномерное распределение уплотнения смеси.

По технической сущности наиболее близкими к заявляемому техническому решению являются способ заполнения формовочной смесью наполнительной рамки и опоки, импульсное уплотнение смеси сжатым газом с одновременным динамическим доуплотнением верхнего слоя формовочной смеси подвижной решётчатой прессовой плитой, перемещающейся от энергии импульса сжатого газа, а также устройство для уплотнения формовочной смеси, содержащее основание, подъёмный стол, с установленными на нём наполнительной рамкой и модельной оснасткой, опоку, импульсную головку, установленную стационарно над опокой и связанную с системой подачи сжатого газа, решётчатую прессующую плиту, установленную в нижней части импульсной головки с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно импульсной головки в направлении опоки, причём, прессующая плита связана с импульсной головкой через упругие элементы, выполненные в виде пружин или тросов, кроме того устройство снабжено цилиндром, установленным в импульсной головке с возможностью свободного контакта его штока с прессующей плитой (См. патент на изобретение РФ N22159165, МГЖ В22С 15/28, публикация от 2000.1 1.20).

Указанные способ и устройство повышают эффективность уплотнения смеси от импульса сжатого газа и обеспечивают лучшее распределение плотности формовочной смеси по всему объёму формы, чем в предыдущем случае.

Однако им присущи все те же недостатки верхнего прессования, характерные для предыдущих двух рассмотренных случаев, что и является причиной, препятствующей широкому использованию указанного изобретения. Динамический характер прессования решетчатым элементом качественно не меняет картины характерных для верхнего прессования трудностей и нерационального распределения уплотнения смеси по объему формы.

По технической сущности наиболее близким к устройству для запол- нения формовочной смесью наполнительной рамки с опокой является устройство, содержащее дозирующее и загрузочное устройства, снабжён- ные шиберными затворами, и толкатель (см. SU, a.c.JN 1338962, Кл. В22С 15/28, опубл. 1987.09.23).

Однако все описанные загрузочные устройства не обеспечивают равномерного распределения засыпаемой формовочной смеси по объёму наполнительной рамки с опокой, особенно в узких высоких зазорах между моделями и стенками опоки, что оказывает влияние на равномерное и эффективное уплотнение смеси по всему объёму опоки.

Раскрытие изобретения

В основу изобретений поставлена задача разработки способа и устройства для изготовления литейных форм, при котором обеспечивалось бы технологически рациональное распределение уплотнения смеси по объему формы - максимум у модельной плиты, минимум у контрлада, обеспечивалось бы также эффективное уплотнение смеси у стенок и в углах опок со стороны лада полуформы, а также эффективное уплотнение смеси в узких карманах между стенками высоких моделей и опок, причем без излишне высокого уплотнения смеси над моделями, а также обеспечивались бы благоприятные условия для осуществления операции протяжки модели с минимальными уклонами.

Техническим результатом от использования изобретений является обеспечение возможности технологически рационального процесса уплотнения литейных форм, позволяющего получить форму с однородными прочностными характеристиками в различных зонах её объёма для широкой номенклатуры отливок и моделей различной сложности, соответственно, повышение точности и снижение дефектности отливок, повышение металлоемкости форм за счет более плотного расположения моделей к стенкам опок и увеличения их количества на модельной плите.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления литейных форм, включающем заполнение формовочной смесью опоки и наполнительной рамки с расположенными внутри них моделями, установленными на модельной плите, воздушно-импульсное уплотнение смеси воздействием сжатого воздуха, проходящего сквозь подвижный, упруго установленный решетчатый прессовый элемент, дополнительное уплотнение смеси прессованием и протяжку моделей из полуформ, согласно техническому решению, дополнительное уплотнение прессованием осуществляют модельной плитой с моделями путём перемещения плиты внутри полости наполнительной рамки по направлению к прессовому решетчатому элементу, к которому прикладывают усилие противодавления, соответствующее по величине заданному уровню уплотнения полуформ, при этом:

в процессе прессования и протяжки наполнительную рамку с установленной на ней опокой удерживают в неподвижном состоянии, а усилие противодавления, приложенное к прессовому элементу, сбрасывают после окончания прессования перед началом протяжки, а протяжку осуществляют обратным ходом прессования путём перемещения модельной плиты с моделями внутри неподвижных наполнительной рамки с опокой, кроме того, заполнение формовочной смесью опоки и наполнительной рамки осуществляют послойно путём формирования и падения с высоты потока рыхлой смеси, причём, высота падения потока смеси находится в диапазоне 1-3 м.

Следует отметить, что при меньшем значении высоты, обеспечиваемая кинетическая энергия струи недостаточна для достижения эффективного заполнения узких зазоров смесью, а дальнейшее увеличение высоты потока существенно не улучшает качество заполнения опоки смесью, но приводит к значительному увеличению высоты расположения загрузочных устройств.

Кроме того, в устройстве для осуществления заявленного способа, содержащем основание, прессовый цилиндр, рабочий стол, наполнительную рамку, модельную плиту с моделями, импульсную головку, расположенную над рабочим столом и связанную с системой подачи сжатого воздуха, подвижный решетчатый прессовый элемент, установленный в нижней части импульсной головки на упругом креплении, согласно изобретению, наполнительная рамка встроена в рабочий стол и выполнена с возможностью установки на рамку и съёма с неё формуемых опок, причём модельная плита с моделями установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в полости наполнительной рамки, а прессовый цилиндр установлен с возможностью силового воздействия на подвижную модельную плиту, при этом устройство дополнительно снабжено одним или системой взаимосвязанных цилиндров, соединенных с источниками давления, расположенными на траверсе таким образом, чтобы их выдвигаемые штоки имели возможность силового взаимодействия с подвижным упруго закреплённым на траверсе прессовым элементом, Кроме того, устройство снабжено силовой системой фиксации наполнительной рамки с опокой во время прессования и протяжки, выполненной в виде цилиндров со штоками, прижимающих наполнительную рамку с опокой к траверсе, распложенных на основании или на подъёмной плите рабочего стола, при этом устройст- во для заполнения формовочной смесью наполнительной рамки и опоки, включающее бункер-дозатор с регулируемой заслонкой, расположенный в период засыпки смеси над рабочим столом с наполнительной рамкой и опокой с моделями, дополнительно содержит ленточный питатель и привод прямого и обратного относительного перемещения рабочего стола и питателя в горизонтальной плоскости, выполненный с возможностью обеспечения возвратно-поступательных перемещений.

Согласно второму варианту, устройство для заполнения формовочной смесью наполнительной рамки и опоки содержит бункер-дозатор с ре- гулируемой заслонкой, расположенный в период засыпки смеси над ра- бочим столом с наполнительной рамкой и опокой с моделями, дополни- тельно содержит ленточный питатель и качающийся землепровод, рас- положенный под питателем и снабжённый приводом возвратно-угло- вых перемещений землепровода.

Сущность изобретений заключается в том, что реализация заяв- ленных способа и устройств позволяет решить поставленную задачу и достигнуть поставленный технический результат. Сравнение предлагаемых способа и устройств с известными позво- ляет утверждать о соответствии критерию «новизна», а отсутствие в аналогах отличительных признаков говорит о соответствии критерию «изобретательский уровень». Предварительные испытания позволяют судить о соответствии критерию «промышленная применимость». На фиг.1 представлено устройство (в разрезе) для осуществления способа изготовления литейных форм на позиции уплотнения - 5 протяжки перед началом процесса уплотнения, на фиг.2 - схема устройства, обеспечивающего заполнение формовочной смесью наполнительной рамки и опоки, а на фиг.З - вариант устройства с качающимся землепроводом.

Лучший вариант осуществления изобретения

10 Устройство для изготовления литейных форм содержит основание 1, прессовый цилиндр 2, цилиндры 3 механизма фиксации, рабочий стол 4, направляющие скалки 5, стульную плиту 6, наполнительную рамку 7, опоку 8, импульсную головку 9, решетчатый прессовый элемент 10, упругую подвеску 11 прессового элемента, цилиндры 12

15 противодавления, питатель 13 ленточный, бункер-дозатор 14, заслонку 15 регулируемую, модельную плиту 16, модели 17, формовочную смесь 18, траверсу 19, упорную плиту 20 и землепровод 21.

В процессе реализации способа устройство работает следующим образом. На позиции засыпки смесь из бункера- дозатора 14 питателем

20 13 вытягивается через продольный проем, частично перекрываемый регулируемой заслонкой 15, положение которой определяет начальную толщину потока рыхлой смеси. Поток смеси с высоты падает в опоку 8 на модельную плиту 16. Рабочий стол 4 с наполнительной рамкой 7 при этом перемещается возвратно-поступательно относительно питателя 13

25 или же качающийся землепровод 21 совершает возвратно - угловые перемещения над опокой 8 с определённой скоростью. Тем самым обеспечивается послойное заполнение опоки 8 смесью 18. Поток смеси, падая с высоты, разгоняется, и кинетическая энергия падающей струи смеси 18 обеспечивает хорошее воспроизведение тонкого рельефа

30 моделей 17 и хорошее заполнение смесью самых узких промежутков между моделями 17 и моделями и стенками опоки 8. Регулируя толщину выходящего слоя смеси 18 и скорость относительного перемещения стола 4 - питателя 13 или землепровода 21, можно управлять параметрами процесса (в зависимости от особенностей конфигурации и расположения моделей, свойств формовочной смеси и ^Д Р-)-

Диапазон значений высоты падения смеси 18 определяется следующим. Как показали экспериментальные исследования, наиболее эффективна высота от 1 до 3 м. При меньших высотах энергия потока мала, и может оказаться недостаточной для эффективного воспроизведения рельефа моделей 17 и заполнением узких «карманов» на модельной плите 16, а увеличение высоты падения потока до больших, чем 3 м значений, из-за возрастающего сопротивления воздуха становится малоэффективным и ведет к неоправданному увеличению габаритов (высоты) формовочной машины.

Количество засыпанной смеси регулируется или по времени работы питателя 13, или по начальному уровню установки стульной плиты 6 с модельной плитой 16 внутри наполнительной рамки 7. При этом количество смеси задается с некоторым избытком по сравнению с необходимым для получения заданного уплотнения полуформы.

Рабочий стол 4 перемещается приводом на позицию уплотнения- протяжки. Штоки цилиндров 3 механизма фиксации рабочего стола 4 с опокой 8 выдвигаются и прижимают стол 4 с опокой 8 к опорной плоскости упорной плиты 20, закрепленной на траверсе 19, фиксируя их в этом положении.

После этого начинается процесс прессования: шток прессового цилиндра 2 воздействует силовым образом на стульную плиту 6 с модельной плитой 16 и моделями 17, и начинает перемещать их, выдавливая смесь 18 из наполнительной рамки 7 в опоку 8. Перед началом, в начальный момент или в процессе прессования через решетчатый прессовый элемент 10 подается воздушный импульс, осуществляющий предварительное уплотнение смеси. В процессе прессования смесь 18 упирается в решетчатый элемент 10, а трение смеси о стенки наполнительной рамки 7 и опоки 8 тормозит ее движение и прижимает к модельной плите 16, обеспечивая эффективное уплотнение смеси у модельной плиты в областях, проникающих к стенкам рамки и опоки.

В процессе прессования часть смеси над моделями 17 может выдавливаться сквозь решетчатый прессовый элемент 10, тем самым исключается излишнее уплотнение смеси над моделями.

Перед началом и в процессе прессования подвижный решетчатый прессовый элемент 10 фиксируют в нижнем положении выдвинутыми штоками цилиндров 12, связанных с источником противодавления. Величина этого противодавления выбирается исходя из требований к уровню уплотнения формы.

В процессе прессования, когда давление смеси на решетчатый прессовый элемент 10 становится равным заданному усилию противодавления, решетчатый прессовый элемент начинает перемещаться, отжимая штоки цилиндров 12 противодавления. При этом вся форма как целое продавливается сквозь опоку 8, пока стульная плита 6 с модельной плитой 16 не достигнет механических упоров в столе, фиксирующих задаваемое положение земляного лада полуформы (внутри, в плоскости или выступая над плоскостью лада опокой). Положение упоров регулируется и задаётся из технологических соображений.

Таким образом, независимо от колебаний свойств смеси обеспечивается стабильное уплотнение и геометрия полуформы. После окончания прессования и до начала протяжки штоки цилиндров 12 противодавления отводятся в верхнее положение, а решетчатый прессовый элемент 10 упругой подвеской 11 также отделяется от контрлада полуформы. В результате происходит упругая разгрузка полуформы, и все упругие деформации выводятся на контрлад полуформы. После этого из опоки 8, разгруженной, но продолжающей оставаться неподвижно прижатой цилиндрами 3 к плоскости упорной плиты 20 траверсы 19, производится вытяжка моделей 17 обратным ходом перемещения стульной плиты 6 с модельной плитой 16 и моделями 17. И лишь после окончания протяжки и опускания штока прессового цилиндра 2 штоки 3 механизма фиксации стола опускаются и отделяют рабочий стол 4 с опокой 8 от траверсы 19.

Таким образом, обеспечивается точная протяжка моделей обратным ходом прессования, независимая от погрешностей в размерах и состояния опоки, приваривания к ней скрапа, попадания смеси на плоскости стола, контрлад опоки и т.п.

Совмещение нижнего прессования (модельной плитой) с воздушно- импульсным предварительным уплотнением смеси обеспечивает возможность эффективного, регулируемого и стабильного уплотнения форм по моделям повышенной сложности, с узкими карманами и малыми промежутками между моделями и моделями и стенками опок. За счёт предварительного импульсного уплотнения смеси не только обеспечивается её некоторое более благоприятное распределение, но существенно возрастает коэффициент трения и, соответственно, резко усиливается благоприятное воздействие трения смеси о стенки опоки при нижнем прессовании (при движении модельной плиты с моделями) и улучшается уплотнение прилегающих областей формы. При этом исключается избыточное уплотнение смеси из областей над моделями в межмодельные промежутки и карманы моделей. Такие результаты невозможно получить ни при чисто нижнем прессовании (модельной плитой), ни при комбинированном верхнем прессовании в сочетании с импульсом, при котором невозможно одновременно добиться как эффективного уплотнения смеси у стенок опок, так и избежать переуплотнения смеси над моделями, вследствие последнего тормозится перетекание и ухудшается уплотнение смеси между моделями и в их карманах.

Необходимое условие эффективного уплотнения смеси импульсом воздуха и последующим прессованием - наличие смеси в тесных пространствах и её однородное состояние (без пустот, комков и т.п.).

Предложенный способ подачи смеси в опоку обеспечивает за счёт кинетической энергии струи смеси эффективное заполнение самых узких карманов моделей и промежутков между моделями и моделями и стенками опок, создавая тем самым возможность её последующего благоприятного перераспределения и уплотнения струями фильтрующегося сквозь смесь воздуха при импульсе и силовыми напряжениями в смеси при последующем прессовании.

Следует подчеркнуть, что «силовое продавливание» уплотняемой полуформы через опоку вдоль её внутренних стенок при отжатии прессового элемента на последней стадии прессования, существенно повышает прочность формы (за счёт упрочняющих деформаций сдвига) и усиливает её связность со стенками опоки (за счёт увеличения коэффициента внешнего трения смеси в процессе её силового скольжения вдоль стенок опоки), а в сочетании с вышеуказанными особенностями выполнения операции протяжки существенно стабилизирует процесс формообразования, делая его малочувствительным к различным повреждающим факторам, прежде всего к колебаниям свойств смеси и др.

Таким образом, высокая эффективность предлагаемых способа и устройств обеспечивается разграничением и внутренним единством, связностью и взаимными усиливающими влияниями и обусловленностью всех основных стадий процесса:

- эффективным процессом заполнения смесью опоки с тесно размещёнными моделями сложной конфигурации, обеспечивающим возможность дальнейшего формирования отпечатка сложной конфигурации и рельефа;

эффективным процессом технологически рационального уплотнения смеси по всем рабочим поверхностям и объёму полуформы сложной конфигурации (как без слабых, так и переуплотнённых зон с максимумом уплотнения у моделей и убыванием уплотнения по направлению от моделей к контрладу полуформы);

-эффективной протяжкой моделей с минимальными уклонами из разгруженной от упругих деформаций неподвижной полуформы, не содержащей заклиненных переуплотнённых областей и элементов, в результате обеспечения возможности оптимизации распределения уплотнения смеси по форме.

Эффективность процесса складывается из:

-повышения точности и снижения дефектности отливок;

-повышения производительности за счёт увеличения количества отливок в форме.

Промышленная применимость

Изложенные преимущества предлагаемых технических решений обеспечивают им возможность широкого промышленного использования в области литейного производства.