устройство для литья металла под действием перепада давления и способ литья металла под действием перепада давления

Формула изобретения

1. Устройство для литья металла под действием перепада давления, содержащее форму, имеющую полость для приема расплавленного металла, впускной канал формы с нижним открытым концом, соединяющим полость формы с расположенной внизу ванной с расплавом, клапан, установленный во впускном канале и имеющий запорный орган для перемещения между открытым и закрытым положением и седло с расположенным над ним упором, ограничивающим движение запорного органа вверх в открытое положение, отличающееся тем, что оно снабжено магнитным средством управления запорным органом клапана для перемещения его в закрытое положение под действием магнитной силы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что запорный орган клапана выполнен из магниточувствительного материала.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что запорный орган клапана выполнен из материала на основе железа с защитным керамическим покрытием.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что запорный орган клапана выполнен в виде стального шарового элемента с покрытием из двуокиси циркония.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что запорный орган клапана выполнен в виде стального шарового элемента с изолирующим пористым керамическим покрытием.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что седло клапана расположено во впускном канале для герметичного соединения с запорным органом в закрытом положении.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упор расположен во впускном канале.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь контакта между упором и запорным органом выбрана минимально возможной для исключения вероятности удерживания запорного органа в верхнем положении затвердевающим металлом.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство управления запорным органом клапана расположено вокруг впускного канала.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что средство управления расположено под клапаном.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средство управления расположено снаружи формы.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что средство управления расположено вокруг заполнительной трубки, свешивающейся с формы.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено изолирующим средством, расположенным между средством управления и ванной с расплавом.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено изолирующим средством, расположенным между впускным каналом и средством управления.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство управления содержит постоянные магниты.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство управления содержит электромагнит.

17. Способ литья металла под действием перепада давления, включающий относительное перемещение формы и ванны с металлом для погружения нижнего открытого конца формы в ванну, приложение перепада давления между полостью формы и ванной для заполнения полости жидким металлом, открытие клапана во впускном канале под действием движущегося вверх жидкого металла, закрытие клапана после заполнения полости формы для предотвращения вытекания жидкого металла и извлечение нижнего открытого конца формы из ванны, отличающийся тем, что закрытие клапана осуществляют под действием магнитной силы, приложенной к нему.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что открытие клапана осуществляют под действием жидкого металла, преодолевающего магнитную силу, прилагаемую к клапану в процессе заполнения полости формы металлом.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что магнитную силу создают магнитным полем постоянных магнитов.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что магнитную силу создают магнитным полем электромагнита.

21. Способ по п.17, отличающийся тем, что клапан удерживают в закрытом положении под действием магнитной силы в момент извлечения нижнего открытого конца формы из ванны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литью под перепадом давления с использованием клапанного средства в форме.

Известен способ литья под действием перепада давления, в котором газопроницаемая форма, содержащая гофрированную трубку для заполнения металла, уплотненно соединенную с нижним концом литникового канала, погружается в расположенную внизу ванну расплава для заполнения множества полостей формы во время литья. Когда полости формы заполняются жидким металлом из расположенной внизу ванны расплава, трубка для заполнения металла закрывается в гофрированном положении во время ее погружения в ванну расплава для исключения утечки жидкого металла при последующем удалении ее из ванны расплава. Жидкий металл остается и отверждается в заполнительной трубке над ее гофрированной частью, а также в полостях формы, в промежуточном литниковом канале и питает каждую полость формы [1].

Во время литья металлов с высокой точкой плавления применение гофрированной трубки для заполнения формы металлом обеспечивает неудовлетворительную степень надежности, поскольку горячий металл может случайно расплавить заполнительную трубку, даже когда она покрыта тонким слоем керамики.

Таким образом применение трубки для заполнения формы металл металлом ограничивает тип металла, который можно отливать методом противодавления, теми типами, которые не будут расплавлять заполнительную трубку, когда металл остается жидким в ней. Кроме того трубку нельзя использовать повторно.

Наиболее близким к изобретению является устройство для литья под перепадом давления, содержащее форму с полостью для приема жидкого металла, впускной канал с металлопроводом, клапан, расположенный во впускном канале, и ванну с расплавом. Клапан содержит седло с упором и запорный орган [2].

Известен также способ литья металлов под перепадом давления, осуществляемый на данном устройстве, при котором литейную форму погружают нижним открытым концом металлопровода в ванну с расплавом, создают перепад давления между полостью формы и ванной для заполнения полости металлом. Движущийся по металлопроводу вверх металл открывает клапан во впускном канале формы и заполняет полости формы, затем закрывают клапан для предотвращения утечки металла из полости формы и извлекают открытый конец металлопровода из ванны [2]. В данном способе открытие и закрытие клапана осуществляется только под действием движущегося металла, что является недостаточно надежным.

Целью изобретения является создание улучшенного и экономичного устройства и способа для литья под перепадом давления с применением магнитно-управляемого клапана, соединенного с формой, для исключения утечки жидкого металла из формы, когда ее удаляют из расположенной внизу ванны жидкого металла после заполнения формы жидким металлом.

Целью изобретения является создание способа и устройства с использованием такого магнитно-управляемого клапанного средства, которое позволит отливать металлы с высокой точкой плавления, упростит удаление материала модели, например, воска из формы для литья и заполнения формы жидким металлом во время литья.

На фиг.1 изображена схема устройства для литья методом противодавления в условиях перепада давления, вертикальный разрез; на фиг.2 - магнитно-управляемый клапан, разрез; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - то же, вариант.

Устройство для литья содержит камеру 1, состоящую из двух частей, установленную на вертикально подвижном опорном рычаге 2. Камера 1 имеет верхнюю стенку 3 с каналом 4, сообщающимся с устройством 5 для создания перепада давления, например, вакуумным насосом, и нижнюю стенку 6 для опоры пористой газопроницаемой формы 7, которая представляет собой керамическую оболочковую форму для литья по выплавляемым моделям. Газопроницаемая форма 7 содержит продольный вертикальный литниковый канал 8, сообщающийся с множеством полостей 9 формы через поперечные литниковые каналы 10. Полости 9 формы выполнены по форме отливаемых изделий.

Газопроницаемая форма 7 имеет круглое керамическое кольцо 11, принимаемое открытым нижним концом формы. Керамическое кольцо 11 формы проходит под днищем формы в направлении центрального отверстия 12 в нижней опорной стенке 6 формы литьевой камеры 1. Кольцо 11 имеет центральный канал 13 (фиг.2) с разнесенными по окружности щелями или каналами 14 для входа жидкого металла, сообщающимися с вертикальным литниковым каналом 8 и литниковыми каналами 10 для подачи жидкого металла в полости 9 формы. Входные щели или каналы 14 разделены разнесенными по окружности ребрами 15 кольца. Кольцо 11 может быть выполнено как часть самой формы 7.

Форма 7 также имеет продолговатую керамическую трубку 16 для заполнения формы, которая образует продольный канал 17 для ввода жидкого металла, имеющий нижний открытый конец 18. Трубка 16 для заполнения формы имеет расходящийся верхний конец 19 в форме усеченного конуса, уплотнительно прикрепленный к кольцу 11 формы посредством соответствующего уплотнения 20, например уплотнения из клея для соединения стержней (смесь смолы и керамического порошка), расположенного между сопрягаемыми усеченными поверхностями кольца и заполнительной трубкой. Продолговатая керамическая заполнительная трубка 16 свешивается с кольца 11 формы в направлении к ванне 21 с жидким металлом 22 (фиг.1).

Магнитно-управляемый клапан 23 расположен в кольце 11 формы для перемещения между открытым положением (обозначено сплошными линиями на фиг.1) и закрытым. Шаровой клапан содержит шарик из мягкой стали с высоко изолирующим пористым керамическим покрытием (например, ZrO₂), образованным посредством реакции кислотной керамической суспензии с поверхностью стального шарика. Открытое положение шарового клапана 23 ограничено выступами 24 на ребрах 15 кольца 11 формы. Площади контакта между выступами 24 и клапаном 23 уменьшены для исключения удержания клапана в верхнем (открытом) положении затвердеваемым металлом. Закрытое положение шарового клапана 23 определяется кольцевым седлом 25 клапана, образованным во входном канале 17 заполнительной трубки 16.

Верхний конец 19 в форме усеченного конуса керамической заполнительной трубки прижимается к нижней стенке 6 камеры 1 через уплотнительный кольцевой вкладыш 26 уплотнения из немагнитной нержавеющей стали. Между верхним концом 19 и вкладышем 26 обычно расположена уплотнительная прокладка (не показана) из волокнистого огнеупорного материала.

Трубку 16 для заполнения формы под седлом 25 клапана и шаровым клапаном 23 окружает узел 27 магнитов, состоящий из кольцевого корпуса 28, выполненного из немагнитной нержавеющей стали, и нескольких постоянных магнитов 29 из редкоземельного металла, расположенных в корпусе 28. Магниты 29 в корпусе расположены по окружности вокруг заполнительной трубки 25 таким образом, чтобы создавать магнитную силу, действующую вниз на шаровой клапан 23 в направлении седла 25 клапана.

Корпус 28 поддерживается опорной рукояткой 30, которая съемно прикреплена к нижней стенке 6 литьевой камеры. Таким образом узел 27 магнитов перемещается одновременно с литьевой камерой 1 во время движения в сторону ванны 21 для погружения нижнего открытого конца 18 заполнительной трубки 16 в ванну. Узел магнитов защищен от действия тепла из ванны 21 круглым экраном 31 из керамической волокнистой изоляции, расположенным между узлом 27 магнитов и ванной 21. Обычно экран 31 прикреплен и удерживается днищем корпуса 28 узла 27 магнитов.

Литьевую камеру 1 с формой 7 опускают на опорный рычаг 2 в направлении ванны 21 жидкого металла 22 для погружения нижнего открытого конца 18 керамической заполнительной трубки 16 в жидкий металл 22 (фиг.1). Опорный рычаг опускается соответствующим исполнительным механизмом 23, например, гидравлическим, пневматическим, электрическим или другим исполнительным механизмом. После погружения заполнительной трубки в жидкий металл в литьевой камере 1 создается вакуум посредством устройства 5 создания перепада давления (вакуумный насос) через трубопровод 4. Камеру 1 можно вакуумировать до погружения заполнительной трубки 16 в ванну 21, если это требуется, а также и после. Созданием вакуума в литьевой камере 1 вакуумируются полости 9 формы через пористую газопроницаемую форму 7, при этом между формой 7 и ванной 21 жидкого металла образуется перепад давления, заставляющий жидкий металл 22 течь вверх через заполнительную трубку 16, литниковый канал 8 и боковые литниковые каналы 10 для заполнения полостей 9 формы жидким металлом.

Во время заполнения полостей 9 формы жидкий металл, втягиваемый вверх в заполнительную трубку 17, толкает шаровой клапан 23 вверх до упора в выступы 24 кольца 11, перемещая шаровой клапан в противодействии с магнитной силой, прилагаемой к шаровому клапану 23 магнитами 29. Как только поток жидкого металла вверх прекратится после заполнения полостей 9 формы, магнитная сила, создаваемая магнитами 29, заставляет магниточувствительный шаровой клапан 23 перемещаться вниз в нижнее закрытое положение, уплотненное против седла клапана. В этом закрытом положении шаровой клапан препятствует жидкому металлу выходить из литникового канала 8, полостей 9 формы и боковых каналов 10, когда нижний открытый конец 18 заполнительной трубки 16 затем удаляют из ванны 21. Магнитную силу, создаваемую магнитами 29 на шаровой клапан, выбирают, чтобы обеспечить посадку на седле 25 клапана с целью уплотнения жидкого металла во время такого удаления нижнего открытого конца 18 из ванны. Например, применяют магнитную силу величиной 300 г для посадки шарового клапана 23 из мягкой стали, покрытого двуокисью циркония, весом 254 г на седле клапана 25 после заливки жидкой стали в форму 7. Когда шаровой клапан перемещается в закрытом положении, вакуум в камере 1 можно снять, и в камере 1 может создаться давление окружающей среды. После этого опорный рычаг 2 поднимается исполнительным механизмом 32 для подъема литьевого камеры и заполненной жидким металлом формы 7, удерживаемым на ней, на достаточное расстояние от ванны 21 жидкого металла для удаления открытого нижнего конца 18 заполнительной трубки из жидкого металла. После удаления заполнительной трубки 16 из ванны 21 жидкого металла шаровой клапан 23, установленный на седло 25 магнитами 29, препятствует обратному потоку или выходу жидкого металла, расположенному над ним, в форму 7, когда жидкий металл в заполнительной трубке 16 стекает назад в ванну 21.

После снятия вакуума в литьевой камере 1 и удаления заполнительной трубки 16 из ванны 21 форму 7, заполненную металлом, и заполнительную трубку 16 можно удалить из литьевой камеры, таким образом литьевую камеру можно использовать для заливки следующей формы 7. Заполненную металлом форму 7 и заполнительную трубку 16 извлекают из литьевой камеры 1 посредством съема верхней части 33 камеры из уплотнительного зацепления с нижней частью 34 на фланце 35 и затем подъема формы 7, заполненной металлом, и заполнительной трубки 16 из нижней части 34. Заполненную металлом форму 7 можно поместить на постель или на другую опору, чтобы позволить жидкому металлу отверждаться в ней под давлением окружающей среды. Затем узел 27 магнитов можно удалить из нижней стенки 6 литьевой камеры 1 для охлаждения постоянных магнитов 24 с тем, чтобы они сохраняли напряженность магнитного поля.

Конструкция, показанная на фиг.4, отличается от конструкции на фиг.1-3 тем, что имеет узел 36 электромагнитов вместо узла 27 постоянных магнитов на фиг. 1-3. Узел 36 электромагнитов включает в себя магнитно-проницаемый стальной корпус 37 или круглую проволочную катушку 38 (например, катушка со 100 витками), расположенную в корпусе 37. Катушка 38 имеет электрические силовые провода 39 для соединения с соответствующим источником электрического тока (не показан) для возбуждения катушки 38. Катушка защищена от действия тепла жидкого металла в заполнительной трубке 16 керамической волокнистой изоляцией 40 и стальной перегородкой 41 в корпусе 37. К нижней стенке корпуса 37 прикреплен экран 42 излучения или керамическая волокнистая изоляция для защиты его от тепла, расположенной внизу.

В конструкции, показанной на фиг.4, катушка 38 не возбуждается во время заполнения формы 7 жидким металлом 22 против действия силы тяжести, когда заполнительную трубку 16 погружают в ванну 21, а камеру 12 вакуумируют. Когда жидкий металл поднимается в заполнительной трубке 16, шаровой клапан 23 толкается в открытое положение, показанное тонкими линиями на фиг.4. Однако когда полости (не показаны) формы заполняются жидким металлом, катушка 38 возбуждается, подвергая магнитно-реагирующий шаровой клапан 23 достаточной магнитной силе для перемещения шарового клапана в закрытое положение, показанное сплошными линиями на фиг.4, возможно зацепление с седлом 25 клапана. Степень действия силы, направленной вниз на шаровой клапан 23, можно изменять посредством изменения величины электрического тока, прилагаемого к катушке 38 узла 30 электромагнитов.

В конструкциях, показанных на фиг.1-4, площадь сечения потока в щелях (каналах 14) в кольце 11 и канале 17 заполнительной трубки 16 можно выбрать такую, чтобы обеспечить быстрое заполнение полостей 9 формы жидким металлом и также упростить удаление материала модели, например воска, из формы до заливки в нее жидкого металла.

Применение керамической заполнительной трубки 16 и покрытого керамикой шарового клапана 23 позволяет отливать металлы с более высокой точкой плавления, чем это возможно с гофрированной металлической заполнительной трубкой.

Также применение магнитно-реагирующего клапана 23 в сочетании с узлами 27, 36 магнитов обеспечивает более простой в работе способ исключения выхода жидкого металла из формы, чем это возможно с гофрированной металлической заполнительной трубкой.

Хотя изобретение было показано для применения с оболочковой формой 7 для литья по выплавляемым моделям, его можно использовать с другими типами форм для литья методом противодавления, например, связанными и несвязанными песчаными формами и другими для исключения выхода жидкого металла, когда канал для ввода жидкого металла в форму удаляют из расположенной внизу ванны расплава после заполнения полостей формы жидким металлом. Канал 17 для ввода жидкого металла может быть образован и заполнительной трубкой (фиг. 1-4) или внутри и за одно целое с самой формой так, чтобы полость формы сообщалась с нижней стенкой формы, которая предназначена для погружения в ванну расплава.