способ изготовления полых монолитных деталей

Формула изобретения

Способ изготовления монолитных полых деталей методом литья, включающий загрузку материала детали в форму, выполненную в виде двух полусфер с внутренней поверхностью, соответствующей контуру наружной поверхности изготавливаемой детали, и сообщение форме сложных вращательных движений в различных плоскостях для равномерного распределения расплавленного материала по всей внутренней поверхности формы и охлаждения с образованием монолитной оболочки, отличающийся тем, что форму выполняют с ячеистыми впадинами на внутренней поверхности или размещают внутри полости формы сетчатый каркас, материал детали загружают в форму в твердом состоянии и разогревают форму до температуры плавления материала детали, при этом материал формы и сетчатого каркаса имеет температуру плавления выше температуры разогрева, полученную заготовку подвергают механической обработке для снятия припусков и/или удаления сетчатого каркаса с ее поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к методам изготовления деталей и заготовок и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ изготовления полых шариков из стакана со сферическим дном, обжима его цилиндрической части до получения полусферы и заварки отверстия в обжатом конце (см. авторское свидетельство 328976, МПК В 24 В 11/02 [1]).

Известен также способ изготовления полых шариков из двух полусфер с кромками и кольцевыми выточками для соединения полусфер с натягом и последующей пайкой при высокой температуре в вакууме (см. патент 3536368 США, МКИ F 16 C 33/00 [2]).

Недостаток известных устройств заключается в том, что отверстие шарика и место соединения полусфер являются концентраторами напряжений в процессе работы шариков.

Известен способ изготовления полых комбинированных шариков, состоящих из керамической сердцевины и полученной вокруг нее оболочки (см. патент 2067-978 Франция, МКИ F 16 C 33/00; патент 3751123 США, МКИ F 16 C 33/32 [3]).

Недостатком данного способа является различие в характеристиках материала сердцевины и оболочки, что влияет на прочность, ударную вязкость и отрицательно сказывается на эксплуатационных показателях работы шарика (долговечности и надежности), а также повышенный вес.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому является способ отливки полых металлических шаров методом центробежного литья, при котором ось вращения шара непрерывно меняется во время затвердевания жидкой стали (US 3746073, B 22 D 13/06, 17.07.1973).

Недостатками данного способа являются получение полых деталей только в форме шара и сложность практической реализации предлагаемой теоретической схемы:

- Процесс кристаллизации при охлаждении материала детали будет протекать не только вдоль внутренней поверхности формы, но и в других направлениях, что приведет к формированию отливки, отличной от полого шара, либо полого металлического шара с большой разноразмерностью толщин стенок в различных сечениях.

- Во время реализации процесса центры кристаллизации (твердая фаза материала детали) при постоянном изменении ориентации оси вращения шара под действием центробежных сил будут стремиться "оторваться" от внутренней поверхности формы, что также затрудняет получение полой отливки.

- Добиться получения заданных параметров изготавливаемых деталей на основе управления процессом (контроль за ориентацией оси вращения и изменением частоты вращения) тоже практически невозможно, так как необходимо контролировать и регулировать процесс зарождения центров кристаллизации.

- Практически данный способ, возможно, позволяет получать только полые шары, в которых объем полости значительно меньше объема шара, заполненного металлом.

Задачей изобретения является снижение веса деталей и улучшение их эксплуатационных характеристик на основе создания способа изготовления полых монолитных деталей, обеспечивающего расширение возможностей метода как по геометрическим формам изготавливаемых деталей, так и по конструкторским требованиям к их размерным характеристикам (разноразмерность толщин стенок и др.), и облегчающего его практическую реализацию.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления деталей, включающем загрузку материала детали в форму, выполненную в виде двух полусфер с внутренней поверхностью, соответствующей контуру наружной поверхности изготавливаемой детали, и сообщение форме сложного вращательного движения в различных плоскостях для равномерного распределения расплавленного материала по всей внутренней поверхности формы и охлаждения с образованием монолитной оболочки, форму выполняют с ячеистыми впадинами на внутренней поверхности или размещают внутри полости формы сетчатый каркас, материал детали загружают в форму в твердом состоянии и разогревают форму до температуры плавления материала детали, при этом материал формы и сетчатого каркаса имеет температуру плавления выше температуры разогрева, полученную заготовку подвергают механической обработке для снятия припусков и/или удаления сетчатого каркаса с ее поверхности.

Предложенный способ иллюстрируется чертежом, на котором в качестве примера реализации представлена оснастка для изготовления пустотелых шаров, где:

1 - полусферы литьевой формы;

2 - сетчатый каркас;

3, 4 - крепежные элементы соединения литейных полусфер.

Изготовление шаров выполнялось в следующих условиях:

Материал для изготовления шаров - свинец.

Материал оснастки и сетчатого каркаса - Ст. 45.

Диаметр внутренней шаровой полости оснастки - 55 мм.

Вес материала для изготовления шара, закладываемого в оснастку - 0,500 кг.

Температура нагрева формы в собранном состоянии с материалом детали 400^oС.

Движение литьевой формы в период охлаждения осуществлялось посредством качения наружной шаровой поверхности формы в барабане с внутренней цилиндрической полостью диаметром 400 мм, которому сообщалось вращение с частотой 45 об/мин.

Разъемная литьевая форма выполнена с внутренней полостью, конструктивно соответствующей поверхности изготавливаемой детали (размерные характеристики полости определяются с учетом припусков под дальнейшую механическую обработку). Поверхность внутренней полости литьевой формы имеет ячеистые впадины либо внутри полости размещают сетчатый каркас, полностью копирующий форму полости.

В литьевую форму закладывают необходимое количество материала для изготовления детали, форма собирается и разогревается до температуры, необходимой для перевода материала детали в жидкое состояние. Литьевая форма и сетчатый каркас выполняют из материалов с более высокой температурой плавления, чем температура, до которой идет разогрев.

Последующее охлаждение формы с материалом детали протекает одновременно со сложным вращательным движением литьевой формы в различных плоскостях или других видах движения литьевой формы (различные сочетания поступательного, вращательного и колебательного видов движения), обеспечивающих перемещение расплавленного материала по всей поверхности внутренней полости формы. В процессе охлаждения литьевой формы происходит равномерное по всей внутренней поверхности формы в ячеистых впадинах или в полостях, образованных поверхностью формы и сетчатым каркасом, зарождение кристаллов и дальнейший процесс кристаллизации происходит вокруг них. Таким образом, формируется монолитная оболочка, полностью соответствующая внутренней полости литьевой формы.

Дальнейшая механическая обработка известными методами полученной заготовки, включающая удаление припуска и/или сетчатого каркаса, обеспечивает получение полой монолитной детали.

Способ обеспечивает:

- снижение веса и улучшение эксплуатационных характеристик работы деталей;

- изготовление деталей в широком диапазоне конструктивных характеристик как по форме, размерам, так и по толщине стенок, обеспеченное возможностью управления процессом за счет регулирования скорости охлаждения, видом и режимами движения литьевой формы в процессе кристаллизации материала детали.