устройство для штамповки из жидкого металла хвостового режущего инструмента на машине литья под давлением с горизонтальной камерой прессования

Формула изобретения

1. Устройство для штамповки из жидкого металла хвостового режущего инструмента на машине литья под давлением с горизонтальной камерой прессования, содержащее пресс-форму с подвижной и неподвижной полуформами, камеру прессования со ступенчатой по длине внутренней поверхностью, сменные вкладыши со сквозной внутренней полостью для формообразования хвостовой части инструмента, установленные в камере прессования в ступени большего диаметрального размера, и дополнительный вкладыш, на торцевой части которого выполнена рельефная полость для формообразования режущей части инструмента, а в верхней части его цилиндрической поверхности - вентиляционный канал, сообщенный с рельефной полостью и вертикальным разъемом пресс-формы, отличающееся тем, что дополнительный вкладыш выполнен бесступенчатым, а вентиляционный канал на его цилиндрической поверхности выполнен сквозным и связан с одной стороны с формообразующей рельефной полостью, а с другой стороны - с вентиляционным каналом, сообщенным с вертикальным разъемом пресс-формы, при этом дополнительный вкладыш выполнен с наружным диаметром, равным наружному диаметру сменных вкладышей, установлен вместе с упомянутыми сменными вкладышами с возможностью их запирания подвижной полуформой и быстрой замены в камере прессования очередными вкладышами после выталкивания отливки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный вкладыш выполнен в виде двух цилиндрических дисков, связанных между собой выступами и ответными пазами, расположенными в плоскости вертикального разъема дисков диаметрально по обе стороны каждого из дисков, обеспечивающих совпадение половин формообразующих полостей затылованных зубьев фрезы и фиксирующих их относительно друг друга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для штамповки из жидкого металла хвостового режущего инструмента на машинах литья под давлением с горизонтальной камерой прессования.

Известно устройство для прессования металла на машине литья под давлением с горизонтальной камерой прессования, включающее камеру прессования и пресс-форму, выполненную в виде сменных вкладышей и установленную в стакане камеры прессования, при этом внутренняя поверхность стакана камеры прессования выполнена по длине ступенчатой, причем вкладыши пресс-формы установлены в ступени большего диаметрального размера (авт. св. СССР № 499961, МКИ B22D 17/10, заявл. 12.03.74 г., опубл. 25.01.1976, БИ № 3).

Среди существующих недостатков устройства необходимо отметить ограниченность вариантов выполнения формообразующей полости, поскольку вкладыши имеют продольный разъем вдоль оси камеры прессования. Устройство может быть использовано преимущественно для перовых сверл или хирургических скальпелей.

Известна также камера прессования машин литья под давлением, преимущественно для штамповки из жидкого металла отливок из черных и тугоплавких металлов, имеющая ступенчатую по длине внутреннюю поверхность и заливочное окно в стенке ступени меньшего диаметра, при этом в стенке ступени большего диаметра выполнено дополнительное заливочное окно (см. авт. св. СССР № 605680, МКИ B22D 17/10, заявл. 12.02.1975, опублик. 05.05.1978 г., БИ № 17).

Среди существенных недостатков устройства необходимо отметить невозможность контроля качества отлитого сменного вкладыша пресс-формы, в который затем в одной и той же камере прессования заливают сталь для штамповки из жидкого металла, например фасонного зенкера (авт. св. СССР № 605680, фиг.1 5).

Изготовление пресс-формы совмещено в одной камере прессования с изготовлением отливки из стали. Однако наиболее близким аналогом, принятым авторами в качестве прототипа, является устройство для штамповки из жидкого металла хвостового режущего инструмента на машине литья под давлением с горизонтальной камерой прессования, содержащее пресс-форму в виде подвижной и неподвижной полуформ, камеру прессования со ступенчатой внутренней поверхностью, сменные вкладыши с формообразующей полостью, установленные в камере прессования в ступени большего диаметра, при этом полость в сменных вкладышах выполнена сквозной для формообразования хвостовой части инструмента, а пресс-форма снабжена дополнительным вкладышем, закрепленным в подвижной полуформе и имеющим на торце рельефную полость для формирования режущей части инструмента, причем в верхней части цилиндрической его поверхности выполнен вентиляционный канал, сообщенный с рельефной полостью и плоскостью разъема пресс-формы; кроме того, дополнительный вкладыш выполнен из меди или сплава на ее основе; или сплава на основе железа, или биметаллическим - формообразующая часть вкладыша выполнена из сплава на основе железа, а остальная часть - из меди или сплава на ее основе (Патент РФ № 2075368, МКИ B22D 18/02, заявл. 25.09.1992 г., опубл. 20.03.97 г., БИ № 8).

Среди недостатков прототипа следует отметить невозможность быстрой замены дополнительного вкладыша, что связано с остановкой работы машины для литья под давлением, поскольку дополнительный вкладыш закреплен в подвижной полуформе. Это приводит к простоям машины. Тепло аккумулируется в основном в поверхностном слое формообразующей рельефной полости и не успевает отводиться внутрь, т.к. следует очередное поступление тепла от следующей запрессовки металла. Для латунного литья средняя стойкость стальной пресс-формы колеблется от 3000 до 5000 запрессовок. Для алюминиевого сплава наивысшая стойкость пресс-формы на мировом уровне составляет 100 тыс. запрессовок (J.Valesky Liti kovu pod tlaken. Прага. 1963 г.).

Проведены специальные исследования различных материалов для определения возможности применения их при изготовлении форм для литья под давлением латуни. Исследования показали, что керамика слишком подвержена разрушению от теплового и механического удара. Материалы на основе графита обладают недостаточной сопротивляемостью коррозионному воздействию жидкой латуни. Сплавы на основе тантала и ниобия имеют низкую теплопроводность и к тому же слишком дороги.

Форма из материала GE22 (металлический порошок из чистого молибдена, который затем спекается и прессуется) выдержала 36 тыс. заливок, при этом качество поверхности ухудшилось незначительно, однако было отмечено выкрашивание кромок.

Согласно приведенному графику зависимости шероховатости отливок из медных сплавов от количества заливок, шероховатость поверхности отливок сохраняется стабильно на уровне 2,5 мкм (25,4·10^-6) до 26000 заливок (cM.Machonis Al-vinA.Precis. Metal, 1968, 26, № 7, с.54-56; ТОЛП ЭИ № 41, 1968, с.22-23).

Сравнительная стойкость вкладышей пресс-формы при литье латуни в Ц.Т. (циклов теплосмен) сталь Н13 (4Х5 МФС) 6000.

Металлокерамический сплав:

вольфрама 20000;

молибдена 28000.

И.И.Горюнов. Пресс-формы для литья под давлением. Справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1973 г., стр.135.

Решаемая задача - повышение производительности машин литья под давлением за счет сокращения простоев, связанных с заменой дополнительных формообразующих вкладышей с рельефной внутренней полостью, и снижение объема работ по обработке резанием изготавливаемого режущего инструмента.

Достигается это тем, что устройство для штамповки из жидкого металла хвостового режущего инструмента на машине литья под давлением с горизонтальной камерой прессования содержит пресс-форму в виде подвижной и неподвижной полуформ, камеру прессования со ступенчатой внутренней поверхностью, сменные вкладыши со сквозной внутренней полостью для формирования хвостовой части инструмента, установленные в камере прессования в ступени большего диаметрального размера, дополнительный вкладыш, имеющий на торце рельефную полость для формообразования режущей части инструмента, а в верхней части цилиндрической его поверхности глухой вентиляционный канал, сообщенный с рельефной его полостью и вертикальной плоскостью разъема пресс-формы, при этом отличие состоит в том, что дополнительный вкладыш выполнен быстросменным, бесступенчатым со сквозным вентиляционным каналом на цилиндрической его поверхности, связанным с одной стороны с формообразующей рельефной полостью, а с другой стороны с вентиляционным каналом в разъеме пресс-формы, причем дополнительный вкладыш выполнен с наружным диаметром, равным наружному диаметру сменных вкладышей, установлен вместе с упомянутыми сменными вкладышами с возможностью их запирания и быстрой замены в камере прессования очередными вкладышами после выталкивания отливки и возвращения прессующего плунжера в исходное положение, или дополнительный вкладыш выполнен в виде двух цилиндрических дисков, связанных между собой выступами и ответными пазами, расположенными в плоскости вертикального разъема дисков диаметрально по обе стороны каждого из дисков, обеспечивающих совпадение половин формообразующих полостей затылованных зубьев фрезы и фиксирующих их относительно друг друга.

Среди известных технических решений не обнаружены объекты аналогичного назначения, содержащие отличительные от прототипа признаки, в связи с чем заявляемое техническое решение обладает новизной. Существенность отличий состоит в том, что отделение отливки от вкладышей производится вне машины литья под давлением, а очередной комплект вкладышей подают в камеру прессования после выталкивания отливки вместе с вкладышами и возврата прессующего плунжера в исходное положение. Такое решение позволяет проводить тщательный контроль формообразующих вкладышей и своевременно осуществлять их замену до очередной запрессовки жидкого металла, не допуская снижения качества отливок (шероховатости и точности изготовления инструмента). Соблюдая определенную очередность установки комплектов в камеру прессования, создаются благоприятные условия для работы пресс-формы.

Если между двумя заливками возможен интервал, необходимый для уменьшения термических напряжений, то трещины разгара в пресс-форме можно полностью устранить (см. В.М.Пляцкий. Штамповка из жидкого металла. Изд. Машиностроение. М.Л., 1964 г., стр.255).

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - устройство для штамповки из жидкого металла хвостового режущего инструмента на машине литья под давлением с горизонтальной камерой прессования;

на фиг.2 - то же, для фрез с затылованными режущими зубьями;

на фиг.3 - то же; дополнительный вкладыш для фрез с затылованными режущими зубьями (фиг.2, поз.21);

на фиг.4 - то же; дополнительный вкладыш для фрез с затыловаными режущими зубьями (фиг.2, поз.22).

Устройство для штамповки из жидкого металла на машине литья под давлением с горизонтальной камерой прессования включает камеру 1 прессования со ступенчатой по длине внутренней поверхностью, пресс-форму в виде сменных вкладышей 2 и 3, установленных в ступени 4 большего диаметрального размера стакана камеры 1 прессования. В сменных вкладышах 2 и 3 выполнено сквозное отверстие 5, расположенное в разъеме вкладышей и оформляющее хвостовую часть 6 режущего инструмента 7. Формообразующая рельефная полость 8 режущей части инструмента 7 выполнена в торцовой части дополнительного вкладыша 9, запираемого подвижной полуформой 10. В верхней части цилиндрической поверхности дополнительного вкладыша 9 выполнен вентиляционный канал 11, сообщенный с вертикальным разъемом пресс-формы. На фиг.1 показаны: неподвижная плита 12 машины для литья под давлением, формодержатель 13, на котором закреплена подвижная полуформа 10, неподвижная плита 14 пресс-формы, заливочное окно 15, прессующий плунжер 16, дозированная порция залитого металла 17. Стрелкой 18 обозначена коническая поверхность сменных вкладышей 2 и 3, служащая для обеспечения отделения вкладышей от отливки, и вентиляционный канал 19.

На фиг.2 показана отливка режущего инструмента 7 с пресс-остатком 20.

На фиг.2 4 показано устройство с дополнительным вкладышем в виде двух дисков 21 и 22, связанных между собой выступами 23 и 24 и ответными пазами 25 и 26, расположенными в плоскости разъема дисков диаметрально по обе стороны каждого из дисков для обеспечения совпадения половин формообразующих полостей затылованных зубьев 27 и 28 фрезы. Вентиляция полости пресс-формы обеспечивается вентиляционными каналами 29, 30 и 31.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

После установки сменных вкладышей 2 и 3 в ступень 4 большего диаметрального размера стакана камеры 1 прессования, закрепленного при помощи неподвижной плиты 14 на неподвижной плите 12 машины для литья под давлением, производится установка дополнительного вкладыша 9 и закрытие формы, при этом дополнительный вкладыш 9 и сменные вкладыши 2 и 3 запираются подвижной полуформой 10, закрепленной на формодержателе 13. Через заливочное отверстие 15 производится подача в стакан дозированной порции расплавленного металла 17. Прессующий плунжер 16, перемещаясь влево, производит запрессовку расплавленного металла 17 через отверстие 5, в формообразующую рельефную полость 8, из которой воздух и газы удаляются через вентиляционные каналы 11 и 19 в разъеме пресс-формы. После выдержки на затвердевание отливки подвижная полуформа 10 отводится в крайнее левое положение, при этом прессующий плунжер 16, продолжая движение влево, выталкивает отливку с хвостовой частью 6 и пресс-остатком 20 (фиг.2) из камеры 1 прессования. После отделения отливки от формообразующих вкладышей 2, 3 и 9, чему в немалой степени способствует наличие конической поверхности 18, и возвращения прессующего плунжера 16 в крайнее правое положение очередные сменные вкладыши 2, 3 и дополнительный вкладыш 9 устанавливаются в стакан камеры 1 прессования, и цикл операций повторяется.

Аналогично изготавливается фреза с затылованными зубьями, которые формируются в формообразующих полостях зубьев 27-28 в дополнительном вкладыше в виде двух дисков 21 и 22, фиксируемых относительно друг друга выступами 23-24 и ответными пазами 25-26, при этом выступ 24 диска 22 входит в ответный паз 25 диска 21, а выступ 23 входит в ответный паз 26 диска 22. После установки сменных вкладышей 2-3 в камеру 1 прессования (фиг.1) подают дополнительный вкладыш в сборе в виде двух дисков 21-22 и подвижной полуформой 10 запирают камеру 1 прессования, а цикл операций осуществляется так же, как при дополнительном вкладыше 9.

Отвод воздуха и газов из рабочей полости пресс-формы производится через вентиляционные каналы 29-30-31. После отрезки пресс-остатка 20 и отделения отливки от вкладышей к полученному режущему инструменту (если требуется) приваривается хвостовик (например, из стали 45), из которого выполняется механической обработкой конус Морзе или протачивается цилиндрический хвостовик из литой заготовки.

Таким образом, предложенное устройство не только решает поставленную задачу - повышение производительности машин литья под давлением и снижение объема работ по обработке резанием изготавливаемого режущего инструмента, но и расширяет номенклатуру изготавливаемого режущего инструмента - фрез с затылованными зубьями, связанными с большими потерями в стружку дорогостоящей инструментальной стали, потерями электроэнергии, потерями, связанными с износом инструмента для обработки инструмента, предназначенного для обработки пазов фасонного или скругленного по радиусу поперечного сечения профиля детали (см. В.А.Королев, П.М. Зотов, Л.С.Марголин. Справочник инструментальщика. Изд. «Беларусь». Минск. 1976 г., с.269, табл.136). Литейная корочка каждого зуба фрезы обладает повышенной износостойкостью, несмотря на заточку, по передней грани зубьев режущего инструмента.

Хвостовой режущий инструмент позволяет в качестве привода использовать электродрель.