BG63426B1

BG63426B1 - Метод и устройство за леене на детайли

Info

Publication number: BG63426B1
Application number: BG103136A
Authority: BG
Inventors: Любомир ПЕТКАНЧИН
Original assignee: Любомир ПЕТКАНЧИН
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2002-01-31
Also published as: AU3027400A; WO2000045979A3; BG103136A; WO2000045979A2

Abstract

Изобретението се отнася до метод и устройство за отливане на детайли, като се въздейства на втвърдяващата се отливка триетапно. Формата се състои от неподвижна полуформа и подвижна, състояща се от неподвижни и подвижни затварящи детайли и поансон, исе затваря при определено положение на детайлите й. Формата с течен метал се запълва пневматично с управляема скорост, като металът може допълнителнода се филтрира. Първоначалното уплътняване на отливката се извършва от газовото налягане. Вторият етап на уплътняване започва с преместването на подвижните затварящи детайли, които прекъсват захранващия леяк и извършват уплътняване на част от отливката, намираща се в кашовидно състояние. главният цилиндър на устройството уплътнява окончателно отливката.

Description

Област на техниката

Методът и устройството се отнасят до леярското производство, по-специално до полутечно щамповане на детайли.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е метод за отливане на детайли, с използване на преса, на чиято маса е поставена неподвижна полуформа, а на бабката - поансон. В неподвижната полуформа се сипва точна порция разтопен метал. При движението си поансонът затваря отвора на неподвижната полуформа с минимална хлабина и упражнявайки налягане върху стопилката по цялото сечение на отливката я оформя до пълното й втвърдяване.

Този метод има следните недостатъци. Неточността на дозирането на порцията течен метал се отразява на височината на отливката. Порцията метал се гребва от тигела и впоследствие отливката включва всички загребани от металното огледало неметални окиси и замърсявания. Въпреки всички мерки за скорост и място на изсипване на стопилката в неподвижната полуформа част от метала се превръща в пръски, които се окисляват и се включват в отливката. Пръски се образуват и при бързо проникване на поансона в течния метал. Увеличен е ходът на пресата, за да може да се реализира запълването на неподвижната полуформа с течен метал отгоре. Поради увеличения ход на пресата е удължено времето на запълване на полуформата и за транспорт на поансона, а при неговия контакт с течния метал част от метала вече е втвърдена и на неговата структура не може да се влияе. Този слой от втвърден метал консумира поголямата част от усилието на пресата. По този начин за частта от отливката, която е в процес на втвърдяване, остава недостатъчно усилие. Стига се до случай, в който за последната порция втвърдяващ се метал, там, където се оформя обемният дефицит, не достига налягане. Поради удълженото време между запълване с метал и начало на въздействието на поансона не е възможно получаване на отливки с тънки стени, тъй като малката порция метал, необходима за тях, се втвърдява преди поансонът да я е притиснал. Не е възможно да се използва методът за многогнездово леене.

Известни са и други методи (WO 98/43761, WO 96/22851), при които стопилката се транспортира в предварително затворена форма, състояща се от две полуформи, по пневматичен път, от пещ по вертикална леякова тръба. След запълването на формата със стопилка едната полуформа се привежда в движение от задвижващ елемент - хидравличен цилиндър - притиска стопилката по цялото сечение на отливката и остава в това положение до пълното втвърдяване на отливката.

Основен недостатък на описания метод е притискането на стопилката по цялото й сечение. Това води до изразходване на усилието на леярската машина още в самото начало на кристализационния процес за притискане на най-тънките части на отливката, които се втвърдяват най-бързо и в самото начало. Частите на отливката с по-голямо сечение, които остават по-дълго време в течно състояние, остават непритиснати и структурата на отливката в тях се различава значително от структурата й в първоначално кристализиращите под действие на притискащото усилие на полуформата части.

Друг недостатък на този метод е, че стопилката се транспортира от пещ, запълнена с газ, във форма, която е затворена предварително в атмосферни условия, т.е. във формата се съдържа известно количество атмосферен кислород, водещ до окисляване на стопилката. Това води до повишаване количеството на неметалните включения в отливката в сравнение с тези в изходната стопилка.

Известен е и друг метод и устройство за леене ЕР 0423447А, при който точна порция стопилка се изсипва в долната полуформа по тръба, заложена в горната полуформа, която носи поансони за пресоване. Следва преместване на горната полуформа, проникване на поансоните в долната полуформа и пресоване на стопилката до пълното й втвърдяване.

Недостатъците на този метод и устройство са аналогични с недостатъците на посочения по-горе първи метод.

Техническа същност на изобретението ,

Цел на изобретението е създаване на метод и устройство за леене на детайли с неограничена конфигурация и хомогенна структура независимо от сечението им, при който стопилката не влиза в контакт с атмосферния кислород до пълното втвърдяване на отливката.

Целта на изобретението се постига чрез метод за леене на детайли, при който предварително затворена форма, състояща се от две полуформи, се запълва чрез леякова система по пневматичен път от пещ със стопилка. Съгласно изобретението формата първоначално се запълва с инертен защитен газ. Преди запълването на формата със стопилка в кухината й, а също и в пещта, се поддържа едно минимално надналягане на инертния защитен газ. По време на запълването на формата с инертен защитен газ в нея се позиционират по сигнал от датчици за път щамповащи поансони, оформящи част от геометрията на бъдещата отливка. След запълването на формата със стопилка щамповащите поансони последователно и в зависимост от сеченията си, геометрията и температурата на кристализация на отделните части на бъдещата отливка се преместват с определена сила, с определен ход, в определена последователност, с определена честота и в определена посока, упражнявайки регламентиран натиск в частите на отливката, в които са позиционирани, така че втвърдяването на отливката се разделя във времето на два етапа: първи - първоначална кристализация в условията на газово надналягане на инертния защитен газ във формата и пещта, и втори - последователна окончателна зонова кристализация на отливката в условията на парциален механичен натиск.

Целта на изобретението се постига и чрез устройство, което съдържа газоплътна пещ с тигел, в който прониква уплътнена към пещта леякова тръба. Пещта стъпва върху релсов път, по който може да бъде изведена в положение извън устройството за приемане на течен метал или за смяна на лея ковата тръба. Пещта е окачена на подемно устройство. В горно положение пещта се притиска от подемното устройство към плоча, върху която е монтирана неподвижна полуформа, в която е оформена кухината на формата за отливката и част от леяковата система, която е продължение на леяковата тръба и част от захранващия леяк. На задвижващ цилиндър е окачена втора плоча, към която е монтирана системата на подвижната полуформа, състояща се от гамата полуформа, водещи колони, избутващи пружини и упор за нея. Втората плоча е водена по колони, свързани чрез носеща конструкция. В леяковата система е поставен и филтър за течен метал. Съгласно изобретението филтърът е монтиран на делителната равнина между подвижната и неподвижна полуформа. В делителната равнина между подвижната и неподвижна полуформа в страничната повърхнина на филтъра за течен метал е предвиден и щуцер, към който чрез тръбопровод, вентил и обратен клапан е свързан съд за инертен защитен газ. Плочите са свързани помежду си чрез датчик за път - инкрементална линия. Към споменатата втора плоча е монтиран друг цилиндър, към чийто бутален прът е монтирана трета плоча, към която от своя страна са свързани прътовете, носещи поансони за първо пресоване, проникващи през подвижната полуформа до кухината на формата и оформящи част от геометрията на бъдещата отливка. Втората и третата плоча са свързани с още един датчик за път - инкрементална линия. Към втората плоча е монтирана помощна плоча със закрепени към нея прътове, които през резбови връзки носят поансони за второ пресоване. В поансоните за първо и второ пресоване са предвидени датчици за температура.

В друг вариант на изобретението прътовете, носещи поансоните за първо и второ пресоване, могат да бъдат изпълнени като отделни задвижващи елементи, например хидравлични цилиндри със собствени датчици за път, а поансоните за първо и второ пресоване могат да проникват и през неподвижната полуформа до кухината на формата и да оформят и там част от геометрията на бъдещата отливка.

Във вариант на многогнездово леене във формата са изпълнени множество гнезда, всяко едно от които със собствена система от щамповащи поансони.

Предимствата на изобретението са следните. Прецизно се дозира с чист метал при запълване с управляема скорост, без пръски, на предварително затворена до определено положение форма в атмосфера без кислород, която напуска кухината на формата бързо и безпрепятствено през хлабините между поансоните и полуформите. Захранването на отливката е отдолу, като леяковата система е отстрани и е оформена в неподвижната и подвижната полуформа и при отворена форма е възможно залагането на нов филтър за течен метал преди всяко леене. Отливката се оформя в неподвижната и подвижната полуформа и от щамповащи поансони, които са заложени в една от двете или и в двете полуформи, като при относителното им движение в процеса на запълване и оформяне на отливката щамповащите поансони остават в полуформите. Въздействието върху втвърдяващия се метал е разделено например на три управляеми периода. Първият период започва след запълването на формата и се упражнява от газовото налягане в пещта. Чрез втория, след прекъсване на леяка от някой от поансоните, поансоните за първо пресоване, премествани от отделен цилиндър, извършват пресоването на частите на отливката с по-голяма относителна площ и с по-малко сечение, където отливката най-напред се втвърдява. През третия период се извършва окончателното пресоване, като поансоните за второ пресоване се преместват от главния цилиндър на машината до пълното втвърдяване на отливката. Възможен е и цикъл, при който второто пресоване започва през втория период, едновременно с първото пресоване, и продължава до края на третия период. В този случай усилието за първото пресоване през втория период се променя циклично, с управляема честота и брой на циклите от 0 до максимална стойност. През този период усилието за второ пресоване върху по-бавно втвърдяващите се части на отливката се променя циклично със същата честота и брой на циклите от минимум до максимум. При наличието на няколко поансона за първо или второ пресоване, задвижвани от един цилиндър, е възможно управляване то на упражняваното налягане върху отливката не само чрез площта на поансоните, но и чрез управляването на усилието върху поансоните чрез геометрията и/или материала на пръта, който премества съответния поансон. При наличието на няколко поансона за първо или второ пресоване, задвижвани от собствени цилиндри, е възможно управляването на упражняваното налягане върху отливката в абсолютно свободен цикъл, което води до универсализиране на устройството и облекчаване на работата по оптимизация технологията на леене след изменение на геометрията на отливката или корекция или изменение на леярската сплав.

Описание на приложените фигури

На фигура 1 е показан разрез на устройството.

На фигура 2 е показан отливаният детайл.

На фигура 3 е показан разрез на устройството след напълване с течен метал.

На фигура 4 е показан разрез на устройството след окончателното пресоване на детайла.

Примерно изпълнение на изобретението

Устройството съдържа газоплътна пещ 1 с тигел 2, в който прониква уплътнена към пещта леякова тръба 3. Пещта 1 стъпва върху релсов път 5, по който може да бъде изведена в положение извън устройството за приемане на течен метал или смяна на леяковата тръба 3. Пещта 1 е окачена на подемно устройство 4. В горно положение пещта 1 се притиска от подемното устройство 4 към плоча 6, върху която е монтирана неподвижна полуформа 7, в която е оформена кухината на формата за отливката 8 и част от леяковата система 9, която е продължение на леяковата тръба 3 и част от захранващия леяк 10. На задвижващ цилиндър 14 е окачена втора плоча 12, към която е монтирана системата на подвижната полуформа 20, състояща се от самата полуформа 20, водещи колони 21, избутващи пружини 22 и упор 23. Втората плоча 12 е водена по колони 13, свързани чрез носеща конструкция 28. В леяковата система 9 е поставен и филтър за течен метал 11. Фил4 тьрът lie монтиран на делителната равнина между подвижната 20 и неподвижна полуформа 7. В делителната равнина между подвижната 20 и неподвижна полуформа 7 в страничната повърхнина на филтъра за течен метал 11 е предвиден и щуцер 29, към който чрез тръбопровод 30, вентил 31 и обратен клапан 34 е свързан със съд за инертен защитен газ 32. Плочите би 12 са свързани помежду си чрез датчик за път - инкрементална линия 15. Към втората плоча 12 е монтиран друг цилиндър 16, към чийто бутален прът е монтирана трета плоча 17, към която от своя страна са свързани прътовете 26.2, носещи поансони за първо пресоване 18, проникващи през подвижната полуформа 20 до кухината на формата и оформящи част от геометрията на бъдещата отливка 8. Втората 12 и третата 17 плоча са свързани с още един датчик за път - инкрементална линия 15.1. Към втората плоча 12 е монтирана помощна плоча 24 със закрепени към нея прътове 26.1, които носят поансони за второ пресоване 25. В поансоните за първо 18 и второ 25 пресоване са предвидени датчици за температура 33. В друг вариант на изобретението прътовете 26.1 и 26.2, носещи поансоните 18 и 25 за първо и второ пресоване могат да бъдат изпълнени като отделни задвижващи елементи, например хидравлични цилиндри със собствени датчици за път, а поансоните 18 и 25 за първо и второ пресоване могат да проникват и през неподвижната полуформа 7 до кухината на формата и да оформят и там част от геометрията на бъдещата отливка 8.

Устройството работи по следния начин.

В изходно състояние буталото на цилиндър 16 е хидравлично фиксирано на определено от инкременталната линия 15.1 разстояние от горното положение и определя взаимното положение на поансоните за първо и второ пресоване в началото на цикъла. Буталото на цилиндър 14 е в такова положение, управлявано от инкременталната линия 15, че разстоянието между неподвижната полуформа 7 и подвижната полуформа 20 позволява отнемането на отливката. Цикълът на леене започва, като цилиндър 14 премества плоча 12 до предварително зададено положение, управлявано от инкрементална та линия 15, при което подвижната полуформа 20 е притисната към неподвижната полуформа 7 и поансоните 18 за първо пресоване и поансоните 25 за второ пресоване осигуряват открит захранващия леяк 10. Чрез отваряне на вентил 31 се подава инертен газ в кухината на формата, който изтласква и заменя кислородсъдържащата атмосфера от нея. Вентил 31 се притваря до определено положение и чрез отваряне на вентил 35 се създава газово налягане в пещ 1 по определен закон, осигуряващ плавно запълване на формата със стопилка (фиг. 3). Затваря се вентил 31. След определено време t₍ s, при което тънкостенната част на отливката е в кашовидно състояние, цилиндър 14 премества плочата 12 надолу, при което изстисканият полутечен метал се връща през захранващия леяк 10, натрошавайки образувалите се дендрити и осигурявайки ситнозърнеста структура на отливката. След запушването на захранващия леяк 10 от поансона 25 започва пресоването на отливката едновременно от поансоните 18 за първо пресоване и поансоните 25 за второ пресоване. След време t₂ s започва периодичното изменение на налягането от двете страни на буталото на цилиндър 16 с управляема честота. По този начин налягането в поансоните 18 за първо пресоване се променя от максимум до минимум, а в поансоните 25 за второ пресоване - от минимум до максимум. След време t₃ s се изпуска налягането в пещта 1 до стойност, например 0,0015 МРа, при което се изпразва течната фаза от леяковата система и се поддържа инертна атмосфера в пещта. След време t₄, започващо с края на t₂ или след достигане на поансоните 18 за първо пресоване до определено положение, или след като се констатира отсъствие на относително преместване на поансони 18 за първо пресоване спрямо отливката от показанията на двете инкрементални линии 15 и 15.1, т.е. когато отливката в зоната на поансоните за първо пресоване 18 е окончателно втвърдена, се снема налягането и от двете страни на буталото на цилиндър 16 и той остава в състояние на двете области, свързани на слив. След време t_s s, или след констатираното окончателно втвърдяване на цялата отливка (фиг. 4), регистрирано от инкрементална линия 15 или от датчиците за температура 33, цилиндър 14 вдига плоча 12 до зададеното изходно положение, отваряйки достатъчно разстояние между двете полуформи за отнемане на отливката. Цилиндърът 16 се задейства надолу и поансоните 18 за първо пресоване и избивачите 19 събуват съответно отливката и втвърдения остатък от леяковата система. Връща се буталото на цилиндър 16 в изходно положение. В другото примерно изпълнение на изобретението, когато прътовете 26.1 и 26.2, носещи поансоните 18 и 25 за първо и второ пресоване, са изпълнени като отделни задвижващи елементи, например хидравлични цилиндри със собствени датчици за път, а поансоните 18 и 25 за първо и второ пресоване проникват и през неподвижната полуформа 7 до кухината на формата, щамповането на отливката се извършва чрез последователно и в зависимост от сеченията им, геометрията и температурата на кристализация на отделните части на бъдещата отливка преместване с определена сила, с определен ход, в определена последователност, с определена честота и в определена посока, упражнявайки регламентиран натиск в частите на отливката, в които са позиционирани.

Claims

Патентни претенции

I. Метод за леене на детайли, при който леярска форма се запълва чрез леякова система по пневматичен път от пещ със стопилка, характеризиращ се с това, че формата първоначално се запълва с инертен защитен газ, при което преди запълването на формата със стопилка в кухината й, а също и в пещта, се поддържа минимално надналягане на инертния защитен газ и по време на запълването на формата с инертен защитен газ в нея се позиционират по сигнал от датчици за път щамповащи поансони, оформящи част от геометрията на бъдещата отливка, като след запълването на формата със стопилка поансоните последователно и в зависимост от сеченията си, геометрията и температурата на кристализация на отделните части на бъдещата отливка се преместват с предварително определени сила, ход, последователност, честота и посока, като упражняват регламентиран натиск в частите на отливката, в които са позиционирани, така че втвър дяването на отливката се разделя във времето на два етапа: първи - първоначална кристализация в условията на газово надналягане на инертния защитен газ, и втори - последователна окончателна зонова кристализация на отливката в условията на парциален механичен натиск.
2. Метод за леене на детайли съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че вторият етап на кристализацията на отливката може да бъде разделен на подетапи в зависимост от последователността на въвеждането на щамповащите поансони, времетраенето на въздействието им върху отливката и продължителността на периодите между въвеждането им.
3. Метод за леене на детайли съгласно претенциите 1 и 2, характеризиращ се с това, че за обратна връзка за последователното въвеждане на поансоните се измерват както преместването на самите поансони, така и температурата в отделните части на отливката, като поансоните се въвеждат в съответствие с изменението и на двата параметъра в отделните части на отливката.
4. Метод съгласно претенциите от 1 до 3, характеризиращ се с това, че управляването на упражняваното налягане върху отливката се осъществява както чрез площта на поансоните (18 и 25), така и чрез управляването на усилието върху поансоните (18 и 25) чрез геометрията и/или материала на пръта (26.1, 26.2), който премества съответния поансон.
5. Устройство за леене на детайли по метода съгласно претенциите от 1 до 4, съдържащо плоча (6), носеща конструкция (28), колони (13), втора плоча (12), премествана от задвижващ цилиндър (14), при което леярската форма се състои от долна и горна платформа, характеризиращо се с това, че в една от двете или и в двете полуформи (7 и 20) допълнително са разположени щамповащи поансони (18 и 25), оформящи част от геометрията на бъдещата отливка (8), като поансоните (18 и 25) са свързани заедно или поотделно със задвижващи средства (16, 17, 26.1, 26.2), като сеченията на поансоните (18 и 25) се определят в зависимост от необходимия натиск, който се изисква за уплътняване на зоната на отливката, в която действа всеки един поансон.
6. Устройство съгласно претенция 5, характеризиращо се с това, че в подвижната (20) и неподвижната полуформа (7) е оформена леякова система (9), разположена странично на кухината на формата за отливката (8) и свързана с нея чрез захранващ леяк (10).
7. Устройство съгласно претенциите 5 и 6, характеризиращо се с това, че филтриращ елемент (11) е поставен в леяковата система (9) на делителната равнина между подвижната (20) и неподвижната (7) полуформа.
8. Устройство съгласно претенциите от 5 до 7, характеризиращо се с това, че в двете полуформи (7, 20) и в отделните поансони (18 и 25) са предвидени датчици за температура (33).
9. Устройство съгласно претенциите от 5 до 8, характеризиращо се с това, че поансоните (25) за второ пресоване се преместват директно от задвижващия цилиндър (14), а подвижната полуформа (20) се премества от цилиндъра (16) чрез пружини (22).
10. Устройство съгласно претенциите 25 от 5 до 9, характеризиращо се с това, че поансоните за първо пресоване (18) и избивани (19) на остатъка от леяковата система са премествани от цилиндъра (16).
11. Устройство съгласно претенциите 30 от 5 до 10, характеризиращо се с това, че поансоните за първо (18) и второ (25) пресоване са поместени както в подвижната полуформа (20), така и в неподвижната полуформа (7) и са относително движещи се спря5 мо тях, като остават в тях.
12. Устройство съгласно претенциите от 5 до 11, характеризиращо се с това, че прътовете (26.1 и 26.2), носещи поансоните за първо и второ пресоване (18 и 25), са

10 изпълнени като отделни задвижващи средства, например със собствени датчици за преместване.
13. Устройство съгласно претенциите от 5 до 12, характеризиращо се с това, че в
15 страничната повърхнина на филтъра (11) е предвиден щуцер (29), към който чрез тръбопровод (30), вентил (31) и обратен клапан (34) е свързан съд (32) за инертен защитен газ.
20 14. Многогнездово леене, осъществено чрез устройство съгласно претенциите от 5 до 13, характеризиращо се с това, че всяко от множеството гнезда, изпълнени във формата, е снабдено със собствена система от щамповащи поансони.