Способ и формовочная пескострельная машина для изготовления формовочных изделий, таких как литейныестержни, для литейных форм при разливке металлического расплава - RU2277453C2
Код документа: RU2277453C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к способу и формовочной пескострельной машине для изготовления формовочных изделий, таких как литейные стержни, для литейных форм при разливке металлического расплава.
При традиционном изготовлении литейных стержней, предназначенных для разливки легких металлических расплавов, формовочная смесь, как правило, со связующим на искусственной смоле, заполняет полость формы, определяющую окончательную форму изготавливаемого формовочного изделия - стержня. Форма имеет при этом достаточное для равномерного заполнения полости число впускных отверстий, через которые происходит заполнение формовочной смесью. В каждое из этих впускных отверстий вводят для заполнения формы впускное сопло, через которое затем подают формовочную смесь. Впускные сопла установлены, как правило, вместе на регулируемой по высоте "плите впускной головки", которая обеспечивает вдвигание и выдвигание формы.
Питание впускных сопел происходит у известных устройств обычно через так называемую "впускную головку", которая закрывает плиту впускной головки с обращенной от формы стороны и заполнена формовочной смесью. Для подачи формовочного песка содержащуюся во впускной головке формовочную смесь через впускной цилиндр резко и равномерно нагружают газом под давлением, как правило, воздухом, так что песок попадает через впускные сопла в форму.
Для обеспечения требуемой конечной твердости изготавливаемого формовочного изделия имеется, с одной стороны, возможность путем добавления подходящих средств вызвать каталитическую химическую реакцию в формовочной смеси. По этому, так называемому способу "Cold-Box", в результате химической реакции получают отвержденное формовочное изделие. Оно, однако, не может быть больше возвращено в контур для материалов, применяемых для изготовления формовочных изделий.
В качестве альтернативы отверждение при применении подходящих связующих может быть вызвано за счет теплоподвода. Для осуществления этого, так называемого способа "Hot-Box", известные формовочные пескострельные машины для изготовления формовочных стержней оборудованы устройствами для нагрева формы. Отверждение формовочной смеси в этом случае происходит в форме за счет подвода тепла.
Поскольку применение органических связующих может вызвать загрязнение рабочего места и окружающей среды, предприняты попытки заменить формовочные смеси, применяемые для изготовления формовочных стержней и содержащие органические связующие, формовочными смесями, связываемыми посредством неорганических связующих, например, на основе жидкого стекла. Способ, обеспечивающий применение формовочных смесей такого состава для изготовления заготовок стержней известен из ЕР 0917499 В1.
Согласно этому известному способу сначала путем смешивания неорганического огнеупорного формовочного песка с неорганическим связующим на основе жидкого стекла готовят формовочную смесь. Этой формовочной смесью заполняют затем темперированную форму, подверженную во время заполнения разрежению. Температуру/время пребывания формовочной смеси после замыкания формы устанавливают при этом так, что на заготовке стержня образуется устойчивый и обладающий несущей способностью краевой слой. Когда заготовка стержня достигнет такого состояния, форму открывают и заготовку стержня извлекают. Непосредственно вслед за этим заготовку стержня под действием микроволн подвергают полной сушке. Из формовочной смеси, заполняющей форму, таким образом, удаляют физическим путем влагу. В результате этого процесса влагоудаления в форме достигается затвердевание заготовки стержня, которая обеспечивает, по меньшей мере, использование ее на следующих этапах обработки.
На практике при осуществлении известного способа в обычных устройствах, оснащенных устройством для нагрева формы, возникают различные недостатки. Они выражаются, например, в нежелательном преждевременном отверждении формовочных смесей на деталях формовочной пескострельной машины, подвергающихся воздействию отраженного от формы тепла. Эти детали представляют собой, в частности, впускные сопла и впускную головку, нагревающиеся также в положении ожидания до температуры, критической для начала отверждения формовочной смеси из-за дегидратации. Преждевременное отверждение формовочной смеси приводит, например, во впускной головке к образованию корки на поверхности формовочной смеси, так что формовочной смесью невозможно больше заполнить в надлежащем порядке форму. Следствием являются неполное заполнение формы и засорение впускных сопел. Формовочная смесь, отверждающаяся в самих впускных соплах, приводит к их засорению, так что равномерное, в надлежащем порядке заполнение также больше не обеспечивается.
Задача изобретения состоит, поэтому в создании способа и устройства, с помощью которых из содержащей неорганическое связующее формовочной смеси надежно и с меньшей подверженностью сбоям можно изготавливать формовочные изделия для литейных форм.
Исходя из приведенного выше уровня техники, эта задача решается посредством способа изготовления формовочных изделий, в частности литейных стержней, для литейных форм при разливке металлического расплава, в котором, согласно изобретению, с помощью заполняющих элементов формовочной пескострельной машины, таких как впускные сопла и впускная головка, заполняют формовочной смесью, содержащей неорганическое связующее, полость формы, определяющую форму изготавливаемого изделия, в течение времени отверждения подводят тепло к формовочной смеси, заполняющей форму, для затвердевания смеси путем удаления влаги, и в течение времени отверждения формовочной смеси, по меньшей мере, заполняющие элементы машины (1), нагретые посредством отданной формой теплоты излучения, содержащие формовочную смесь и находящиеся в положении ожидания, поддерживают на уровне влажности, предотвращающей затвердевание формовочной смеси, причем, по меньшей мере, один из нагретых заполняющих элементов в течение времени отверждения, по меньшей мере, периодически подвергают воздействию влажной атмосферы.
Атмосферу создают посредством влажного воздуха. При этом атмосфера содержит влагу в количестве, достаточном для образования конденсата на заполняющих элементах, нагретых теплом формы. Влажную атмосферу вводят во внутреннее пространство нагретых заполняющих элементов, представляющих собой впускную головку и/или впускной цилиндр. Далее в течение времени отверждения, по меньшей мере, один из нагретых заполняющих элементов, по меньшей мере, периодически охлаждают. Нагретый заполняющий элемент охлаждают до температуры конденсации влаги на нем или в нем. В течение времени отверждения, по меньшей мере, один из нагретых заполняющих элементов, по меньшей мере, периодически приводят в контакт с влагоносителем, в качестве которого используют пропитанный жидкостью, в частности водой, обладающий впитывающей способностью материал. При этом нагретый заполняющий элемент представляет собой, по меньшей мере, одно впускное сопло. Предпочтительно в течение времени отверждения через полость формы, по меньшей мере, периодически пропускать горячий газ, который подводят в сухом, а отводят во влажном состоянии. Газ подводят через, по меньшей мере, одно впускное отверстие формы, имеющееся для ввода, по меньшей мере, одного впускного сопла, а отводят через воздуховыпускные отверстия формы, при этом в качестве газа используют воздух.
Поставленная задача решается также тем, что формовочная пескострельная машина для изготовления формовочных изделий, в частности литейных стержней, для литейных форм при разливке металлического расплава, согласно изобретению, содержит форму, имеющую полость, определяющую форму изготавливаемого формовочного изделия, нагревательное устройство для нагрева формы, заполняющие элементы для подачи формовочной смеси в форму, причем форма выполнена с возможностью перемещения относительно заполняющих элементов и/или заполняющие элементы выполнены с возможностью перемещения относительно формы из положения заполнения, в котором они расположены близко друг к другу, в положение ожидания, в котором они удалены друг от друга, и увлажняющее устройство для поддержания влажными находящиеся в положении ожидания заполняющие элементы, содержащие формовочную смесь и лежащие в зоне излучения отданного формой тепла, при этом увлажняющее устройство соединено с газоснабжающим устройством, подающим влажный газ к увлажняющему устройству. Последнее содержит влагоноситель, который прилегает, по меньшей мере, к одному из находящихся в положении ожидания заполняющих элементов. Влагоноситель представляет собой материал, обладающий впитывающей способностью и пропитанный жидкостью, в частности, водой. Целесообразно, по меньшей мере, один из заполняющих элементов снабдить охлаждающим устройством для охлаждения находящегося в положении ожидания заполняющего элемента. Кроме того, в машине предусмотрено устройство для снабжения сухим газом, связанное с формой и служащее для направления сухого газа через находящуюся в полости формы формовочную смесь при нахождении заполняющих элементов в положении ожидания.
Преимущественно при этом форма дополнительно установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения между позициями заполнения и извлечения.
Способ и формовочная пескострельная машина, согласно изобретению, особенно пригодны для изготовления литейных стержней при разливке легких металлических расплавов, которые на практике представляют собой большую часть отливок, изготавливаемых в устройствах описанного рода.
Согласно изобретению, во время отверждения заполняющей нагретую форму формовочной смеси целенаправленно поддерживают влажными детали, нагреваемые излучаемым от формы теплом до температуры, при которой могло бы наступить нежелательное преждевременное и мешающее вследствие этого отверждение формовочной смеси. Таким образом, возникает противодействие влагоудалению из формовочной смеси, происходящему в противном случае в или на этих деталях вследствие нагрева, и предотвращается затвердевание формовочной смеси в критических деталях замыкающей машины. Особенно подверженные нагреву детали представляют собой при этом обычно впускные сопла или необходимую для питания впускных сопел впускную головку с присоединенной к ней впускной плитой или другие направляющие формовочную смесь питающие каналы.
За счет целенаправленного увлажнения этих деталей в течение времени пребывания, необходимого для отверждения формовочного изделия в форме, предотвращается, например, как образование корки во впускной головке, так и засорение впускных сопел затвердевающей формовочной смесью. Таким образом, формовочные смеси, содержащие неорганические связующие на водной основе, также можно надежно использовать для изготовления формовочных изделий в литейном производстве. Полученные формовочные изделия отличаются высокой прочностью и после их использования снова могут быть возвращены в контур материалов, применяемых для изготовления формовочных изделий.
Увлажнение деталей, нагретых отданным формой теплом и подвергнутых опасности вследствие этого в отношении затвердевания формовочной смеси, может происходить, согласно первому варианту изобретения, за счет того, что, по меньшей мере, один из заполняющих элементов в течение времени отверждения, по меньшей мере, периодически подвергают воздействию влажной атмосферы. Это выполнение способа пригодно, в частности, для предотвращения отверждения формовочной смеси во впускной головке, когда в ней целенаправленно поддерживают влажную атмосферу. Влажность атмосферы, образованной преимущественно воздухом в качестве газа-носителя, можно при этом без проблем приспособить к данным условиям. Так, например, можно установить влажность атмосферы, окружающей находящиеся в положении ожидания впускные сопла, так, что на впускных соплах образуется конденсат и вследствие этого надежно предотвращается затвердевание содержащейся во впускных соплах или приставшей к ним формовочной смеси.
В качестве альтернативы или дополнительно к увлажнению за счет поддержания атмосферы с определенной влажностью может быть предпочтительным, по меньшей мере, периодически охлаждать, по меньшей мере, один из нагретых заполняющих элементов в течение времени отверждения. Также за счет такого целенаправленного охлаждения можно вызвать образование конденсата. Поэтому такое выполнение особенно пригодно для защиты впускных сопел от засорения затвердевшей формовочной смесью.
Дополнительно или в качестве альтернативы можно увлажнять сам подаваемый воздух с тем, чтобы предотвратить с самого начала высыхание или отверждение формовочной смеси.
Другое, особенно легко реализуемое и, тем не менее, эффективное выполнение изобретения сводится к тому, что, по меньшей мере, один из нагретых заполняющих элементов в течение времени отверждения, по меньшей мере, периодически приводят в контакт с влагоносителем. Этот влагоноситель может представлять собой пропитанный жидкостью, в частности водой, обладающий впитывающей способностью материал, такой как губка или тряпка. Практические испытания показали, что, когда такой влагоноситель прижимают к находящимся в положении ожидания впускным соплам, можно надежно избежать затвердевания содержащейся в соплах формовочной смеси.
За счет того, что полость формы в течение времени отверждения, по меньшей мере, периодически обтекается горячим газом, преимущественно нагретым воздухом, который подводят в сухом, а отводят во влажном состоянии, можно целенаправленно улучшить процесс отверждения содержащейся в форме формовочной смеси. После заполнения формы формовочной смесью в этом случае в течение необходимого для отверждения формовочного изделия времени дополнительно к теплу, введенному через саму форму, через нее пропускают поток горячего сухого газа. Таким образом, с одной стороны, из формы отводятся возникающие в процессе отверждения газы. С другой стороны, в формовочное изделие вводится дополнительное тепло. При этом тепло проникает через пограничный слой формовочного изделия внутрь него не медленно, а активно переносится газовым потоком в сердцевину формовочного изделия.
В результате достигается быстрое и равномерное отверждение сердцевины. Также минимизируется влияние сильно колеблющейся толщины сердцевины. Формовочные изделия, полученные при соблюдении этого варианта способа, согласно изобретению, обладают, поэтому уже при извлечении из формы особенно высокой, однородно распределенной прочностью. В то же время, таким образом, например при изготовлении литейных стержней, достигается продолжительность цикла, которая не больше продолжительности, необходимой для изготовления соответствующих литейных стержней из формовочных смесей, содержащих органические связующие, в частности, искусственные смолы.
Другие предпочтительные варианты выполнения изобретения приведены в зависимых пунктах и более подробно поясняются описанным ниже с учетом чертежа примером выполнения. Графически схематично с частичным разрезом представлены:
на фиг.1 - формовочная пескострельная машина для изготовления литейных стержней в первом рабочем положении;
на фиг.2 - формовочная пескострельная машина по фиг.1 во втором рабочем положении.
Формовочная пескострельная машина 1 для изготовления литейных стержней К способом "Hot-Box" содержит смеситель 3. В смесителе 3 из неорганического огнеупорного формовочного песка и связующего на основе жидкого стекла готовят формовочную смесь F.
Эту формовочную смесь F загружают в расположенную под смесителем 3 заполняющую воронку 4, из которой ее направляют в расположенный под указанной воронкой 4 впускной цилиндр 5. Впускной цилиндр 5 подает формовочную смесь F в присоединенную к нему, расширяющуюся от него в ширину и глубину вниз впускную головку 6, которая со своей нижней стороны закрыта плитой 7 впускной головки. В плите 7 впускной головки выполнены гнезда (не показаны), в каждом из которых установлено впускное сопло 8.
Проходящие в направлении верхней полуформы 9 формы 10 впускные сопла 8 расположены в соответствии с выполненными в верхней полуформе 9 впускными отверстиями 11. Впускные отверстия 11 заканчиваются в полости 12, образованной соответствующими выемками, выполненными в верхней 9 и нижней 13 полуформах формы 10. Составной частью машины 1 могут быть другие, не показанные здесь элементы.
Полость 12 определяет форму изготавливаемого литейного стержня К. В нижней полуформе 13 выполнены воздуховыпускные отверстия 14, через которые при заполнении полости 12 выходит вытесненный заполняемой формовочной массой F воздух. При необходимости в верхней полуформе могут быть выполнены соответствующие воздуховыпускные отверстия (не показаны). Посредством нагревательного устройства 15 можно контролируемо нагревать верхнюю 9 и нижнюю 13 полуформы формы 10.
Предусмотрены исполнительные устройства (не показаны) для перемещения формы 10 с впускными отверстиями 11 к впускным соплам 8 в положение загрузки, в котором они сидят во впускных отверстиях 11 формы 10. С впускными соплами 8 сводятся при этом прочно соединенная с ними плита 7 впускной головки, впускная головка 6, впускной цилиндр 5 и воронка 4 (фиг.1).
После заполнения формовочной смесью F формы 10 машину 1 перемещают в положение ожидания, в котором мундштуки впускных сопел 8 расположены над формой 10 на расстоянии от нее (фиг.2). Впускные сопла 8 остаются в этом положении ожидания до тех пор, пока содержащаяся в полости 12 формы 10 формовочная смесь F путем увлажнения, обеспеченного за счет нагрева формовочной смеси F в форме 10, не отвердится в литейный стержень К. Если через форму 10 за счет повышенного или пониженного давления для улучшения процесса отверждения не пропускают воздушный поток L, то образующиеся в ходе отверждения газы самопроизвольно выходят из формы 10 через впускные отверстия 11 и воздуховыпускные отверстия 14.
К впускной головке 6 присоединено увлажняющее устройство 16, через которое во внутреннее пространство впускной головки 6 может быть введен влажный воздух. Кроме того, на плите 18 закреплена губка 17, которая при находящихся в положении ожидания впускных соплах 8 может быть перемещена по ним и приподнята так, что губка 17 прижимается к впускным соплам 8 и полностью охватывает, по меньшей мере, их нижний, имеющий сопловое отверстие отрезок. Дополнительно каждому впускному соплу 8 соответствует сопло 19, через которое при находящихся в положении ожидания впускных соплах 8 выходящий из увлажняющего устройства влажный воздух вдувают на них.
Влажность воздуха, вводимого при положении ожидания во впускную головку 6 и вдуваемого на впускные сопла 8, рассчитана так, что дегидратации формовочной смеси F не происходит. Таким образом, надежно предотвращено затвердевание еще содержащейся во впускной головке 6 и впускных соплах 8 формовочной смеси F из-за нагрева и удаления воды, которому соответствующие детали подвержены из-за отдаваемой горячей формой 10 теплоты W излучения как в процессе заполнения (фиг.1), так и в занимающем больше времени положении ожидания (фиг.2).
Прижатая в положении ожидания к впускным соплам 8 губка 17 при этом дополнительно целенаправленно гарантирует, что не произойдет засорения отверстий впускных сопел 8 вследствие склеивания формовочной смеси F. Дополнительно образованию конденсата в зоне впускных сопел 8 может способствовать то, что впускные сопла 8 охлаждают в положении ожидания с помощью охлаждающего устройства (не показано). Это охлаждение к тому же эффективно препятствует возрастанию температуры во внутреннем пространстве впускных сопел 8 до критического для затвердевания формовочной смеси F уровня. За счет увлажнения наружной стороны впускных сопел 8 обеспечивается то, что не происходит спекания затвердевшей формовочной смеси F на впускных соплах 8.
Для достижения улучшенного процесса отверждения литейного стержня К в форме 10 предусмотрено устройство 20, содержащее воздухоподводящий 21 и отсасывающий 22 патрубки. В течение необходимого для отверждения литейного стержня К времени при находящихся в положении ожидания впускных соплах 8 воздухоподводящий патрубок 21 устройства 20 связан с впускными отверстиями 11, а отсасывающий патрубок 22 устройства 20 - с воздуховыпускными отверстиями 14 формы 10 (фиг.2). Через воздухоподводящий патрубок 21 при этом в форму 10 непрерывно направляют поток L горячего сухого воздуха. Этот воздушный поток L протекает через находящийся в форме 10 в процессе отверждения литейный стержень К и удаляется через воздуховыпускные отверстия 14 формы 10. Таким образом, равномерно нагревается также внутренняя часть стержня, так что содержащаяся в литейном стержне К влага улетучивается, в целом, быстрее.
В то же время отсасываемый через отсасывающий патрубок 22 воздушный поток L целенаправленно и быстро удаляет из формы 10 образующиеся в ходе нагрева литейного стержня К газы. Достигаемое благодаря воздушному потоку L более однородное распределение тепла в литейном стержне К вызывает, таким образом, сокращение времени отверждения при одновременном повышении прочности полученного литейного стержня К.
Перечень ссылочных позиций
1 - формовочная пескострельная машина для изготовления литейных стержней
3 - смеситель
4 - заполняющая воронка
5 - впускной цилиндр
6 - впускная головка
7 - впускная головная плита
8 - впускное сопло
9 - верхняя полуформа
10 - форма
11 - впускные отверстия
12 - полость
13 - нижняя полуформа
14 - воздуховыпускные отверстия
15 - нагревательное устройство
16 - увлажняющее устройство
17 - губка
18 - плита
19 - сопло
20 - устройство для создания и отсоса воздушного потока L
21 - воздухоподводящий патрубок
22 - отсасывающий патрубок
D - толщина литейного стержня К
F - формовочная смесь
К - литейный стержень
L - поток сухого воздуха
W - теплота излучения
Реферат
Изобретение относится к литейному производству. Формовочной смесью, содержащей неорганическое связующее, заполняют полость формы пескострельной машины через впускные сопла и впускную головку. К формовочной смеси в течение времени отверждения подводят тепло. Затвердевание формовочной смеси происходит за счет удаления влаги. В течение времени отверждения смеси заполняющие элементы формовочной пескострельной машины находятся в положении ожидания. Формовочную смесь в заполняющих элементах поддерживают на уровне влажности, предотвращающем ее затвердевание. Нагретые теплом излучения заполняющие элементы в течение времени отверждения периодически подвергают воздействию влажной среды. Повышается надежность процесса изготовления формовочных изделий. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.
