Разработка устройств для изготовления пористых отливок вакуумной и свободной пропиткой с использованием плакированных гранул пенополистирола и полых сферических оболочек

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 74. 002. 6:669. 715
А. В. Кукса
РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ОТЛИВОК ВАКУУМНОЙ И СВОБОДНОЙ ПРОПИТКОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАКИРОВАННЫХ ГРАНУЛ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА И ПОЛЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК
Волгоградский государственный технический университет e-mail: mitlp@vstu. ru
Приведены конструктивно-технологические схемы и изготовленные на их основе устройства (ко-кили), обеспечивающие безопасность в работе при получении пористых отливок из алюминия и тяжелых легкоплавких металлов (Zn и Pb) и их сплавов вакуумной и свободной пропиткой с использованием в качестве порообразующего наполнителя гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой и полых сферических оболочек. Образующиеся продукты разложения (термодеструкции) пенополистирола своевременно удаляются из устройств без хлопков и выбросов.
Ключевые слова: конструктивно-технологическая схема, устройство (кокиль), вакуумная пропитка, свободная пропитка, пористая отливка, безопасность в работе, хлопки и выбросы.
Shows structural and technological scheme and based thereon the device (molds) providing safety in operation, while obtaining porous castings from aluminum and heavy fusible metal (Zn and Pb), and alloys thereof and free of vacuum impregnation using a pore-forming filler polystyrene pellets a reinforcement shell and hollow spherical shells. The products of decomposition (thermal degradation) Styrofoam promptly removed from the device without the pops and emissions.
Keywords: design-flow diagram, the device (mold), vacuum impregnation, impregnation free, porous casting, safety at work, pops and emissions.
При получении образцов пористых силу-миновых отливок вакуумной пропиткой с использованием в качестве порообразующего наполнителя засыпки крупных (ё «4 — 6 мм) гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой во время заливки кокиля расплавом происходили прорывы (хлопки) газов, образующихся при термодеструкции пенополи-стирола, в разъем между надставкой и корпусом кокиля [1]. В связи с чем особого внимания требует обеспечение безопасных условий работы, исключающих возможность взрыва и выбросов металла в разъем или через литниковую воронку, при получении по данной технологии образцов пористых отливок (изделий) больших размеров.
Для достижения положительного результата решения этой непростой задачи возможны два подхода: первый (конструктивный) — создание устройства с эффективной системой удаления газообразных продуктов термодеструкции пенополистирола при пропитке, для чего, например, выполнить корпус перфорированным с вставками в перфорациях, установленными со скользящей посадкой, второй (технологический) — получение металлических и керамических полых сферических оболочек
(полых сфер), для чего гранулы пенополисти-рола, плакированные слоем суспензии, содержащей связующее, металлические или керамические порошки, предварительно подвергнуть термической обработке (пиролизу), удалить газообразные продукты термодеструкции и после этого использовать полые оболочки (без III 1С) для изготовления пористых отливок (изделий) пропиткой.
Моделирование (визуализация) изменений, происходящих в плакированных гранулах пенополистирола и полых оболочках от теплового (температурного) воздействия расплава при пропитке показало, что оболочки после термодеструкции пенополистирола становятся пустыми, сохраняют сферическую форму и упрочняются за счет спекания [1].
На рис. 1 представлено устройство (первого варианта) с улучшенной системой газоотвода за счет выполнения корпуса перфорированным с вставками в перфорациях [2].
При скоплении газообразных продуктов разложения пенополистирола и повышении давления при пропитке открываются отверстия 10, при этом вставки 11 в виде стержней с полукруглыми головками выдвигаются (выдавливаются) из отверстий и газы свободно
выходят под вытяжной зонд. До начала разложения пенополистирола в условиях вакуума головки плотно прижаты к наружной поверхности корпуса.
верстием и буртом, что позволяет предварительно снимать корпус с поддона, устанавливать в термическую печь для разложения (пиролиза) пенополистирола, а затем возвращать его обратно на поддон и производить пропитку.
На рис. 3 представлен фотоснимок устройства (кокиля) с поддоном сборно -разборной конструкции [3], изготовленного в соответствии с конструктивно-технологической схемой (рис. 2) для получения пористых отливок вакуумной пропиткой.
Рис. 1. Конструктивно-технологиче-ская схема устройства (кокиля) для изготовления отливок вакуумной пропиткой: 1 — перфорированный корпус- 2 — подставка- 3 — съемная крышка- 4 — надставка с литниковой воронкой- 5 — вкладыш-днище- 6 — штуцер, 7 — вставка- 8 — канавка-вента- 9 — засыпка гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой- 10 — отверстие (перфорация) —
11 — вставка-стержень с полукруглой головкой-
12 — шланг для соединения с вакуум-системой
При скоплении газообразных продуктов разложения пенополистирола и повышении давления при пропитке открываются отверстия 10, при этом вставки 11 в виде стержней с полукруглыми головками выдвигаются (выдавливаются) из отверстий и газы свободно выходят под вытяжной зонд. До начала разложения пенополистирола в условиях вакуума головки плотно прижаты к наружной поверхности корпуса.
На рис. 2 представлена конструктивно -технологическая схема устройства (второго варианта) [3] для изготовления пористых отливок вакуумной пропиткой с использованием полых сферических оболочек. Оно по назначению такое же, как и устройство [4], но в отличие от него имеет не цельный (не-разбирающийся) вакуумный поддон, а поддон сборно-разбор-ной конструкции, верхняя часть которого выполнена в виде съемной крышки с отверстием и проточкой в виде фланца, установленную через прокладку, и придавленную грузом с центрирующим от-
Рис. 2. Конструктивно-технологическая схема устройства (кокиля) для изготовления пористых отливок вакуумной пропиткой: 1 — корпус- 2 — уплотнительная прокладка- 3 — съемная крышка с отверстием и фланцем- 4 — вакуумный поддон с штуцером- 5 — прокладка- 6 — груз с центрирующим отверстием и буртом- 7 — надставка с литниковой
воронкой- 8 — вкладыш-днище- 9 — канавки-венты- 10 — засыпка порообразующего наполнителя- 11 — соединительный шланг
Рис. 3. Фотоснимок устройства (кокиля) для изготовления пористых отливок вакуумной пропиткой: а — в разобранном виде, б — в сборе- 1 — корпус, 2 — уплотнительная прокладка, 3 — крышка с отверстием и фланцем, 4 — вакуумный поддон с штуцером, 5 — прокладка, 6 — груз с центрирующим отверстием, 7 — надставка с литниковой воронкой, 8 — вкладыш-днище с канавками-вентами
Устройство (рис. 2 и 3) содержит корпус 1, установленный через уплотнительную прокладку 2 на съемную крышку 3 с отверстием, опирающуюся через прокладку 5 своим фланцем на открытый торец поддона 4. На крышку 3 поддона 4 через прокладку 2 установлен груз 6 с центрирующим отверстием (для центровки корпуса 1). Сверху корпус 1 имеет съемную надставку 7 с литниковой воронкой, а снизу — вкладыш днище
8 с канавками-вентами 9. В полости корпуса 1 размещена засыпка 10 гранул пенополи-стирола с упрочняющей оболочкой. На штуцер вакуумного поддона 4 надет шланг 11 для соединения с вакуум-системой. Отверстие в крышке 3 сопряжено с отверстием в прокладке 2, грузе 6 и с канавками-вентами
9 вкладыша-днища 8.
Перед проведением эксперимента производили сборку. Вначале собирали вакуумный поддон 4, для чего на открытый торец в верхней части поддона накладывали прокладку 5, а затем на прокладку устанавливали крышку 3, которая плотно своим фланцем должна прилегать к прокладке 5. На крышку 3 клали уплотнительную прокладку 2 с отверстием и устанавливали груз 6 с центрирующим отверстием и буртом. Затем через прокладку 2 на крышку 3 поддона 4 ставили корпус 1 с вкладышем-днищем 8 с канавками-вентами 9 и размещали в нем засыпку 10 гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой. Сверху на корпус 1 устанавливали надставку 7 с литниковой воронкой, а на штуцер поддона 4 надевали шланг 11 и соединяли устройство с вакуум-системой. Отверстие в крышке 3 должно сопрягаться с отверстиями в грузе 6 и прокладке 2 и с канавками-вентами 9 вкладыша-днища 8. Собранное устройство готово к работе.
Принципиального различия в процессах вакуумной пропитки при изготовлении пористых отливок в устройстве с вакуумным поддоном сборно-разборной конструкции [3] и в устройстве с вакуумным поддоном неразби-рающейся конструкции [4] нет. Оно также позволяет снимать с поддона корпус 1 с засыпкой гранул пенополистирола и ставить его в термическую печь с вытяжной вентиляцией для выжигания (пиролиза) пенополи-стирола, а затем ставить обратно в центрирующее отверстие груза на крышку поддона, включить вакуумную систему и производить пропитку расплавом, при этом хлопков и выбросов металла не происходит.
На рис. 4 представлены фотоснимки пористых силуминовых отливок, изготовленных в данном устройстве (кокиле, рис. 3).
Устройство с вакуумным поддоном сборно-разборной конструкции более технологично и безопасно, будет продолжительнее находиться в эксплуатации, даст большее число заливок, чем устройство с вакуумным поддоном неразбирающейся конструкции, так как в случае ухода расплава в поддон первое устройство после очистки поддона от скрапины будет продолжать работать, а во втором устройстве заваренный поддон необходимо заменить на новый, чтобы оно продолжало работать.
Рис. 4. Фотоснимки пористых силуминовых отливок, полученных в кокиле с вакуумным поддоном сборно-разборной конструкции
На рис. 5 представлена конструктивно-технологическая схема (рис. 5, а) и изготовленное на ее основе устройство (кокиль, рис. 5, б) для получения пористых полых цилиндрических отливок с размерами: Н = 50 мм, = 70 мм, ёвн = 20 мм свободной пропиткой (под действием силы тяжести). В отличие от схемы устройства [5] в данном устройстве в нижней части кокиля в распор между металлической сетчатой заслонкой и вкладышем соосно установлен стержень.
Перед пропиткой производили сборку кокиля, для чего в нижнюю часть 1 устанавливали вкладыш 4, затем на него соосно (по центру) ставили стержень 5, размещали засыпку 6 порообразующего наполнителя (из гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой или полых сферических оболочек) и устанавливали металлическую заслонку 3. На нижнюю часть 1 устанавливали верхнюю часть 2 в виде надставки-тигля 7, в полость которой на металлическую сетчатую заслонку
3 загружали порцию шихты и накрывали крышкой 10 с газоотводным отверстием.
На рис. 5, б представлен кокиль в стадии сборки, из которого хорошо видны нижняя часть 1, металлическая сетчатая заслонка 3, стержень 5, порообразующий наполнитель 6 через ячейки сетчатой заслонки и верхняя часть — надставка-тигель 7, а на рис. 6 -полученные при его использовании пористые полые цилиндрические отливки из сплава ЦАМ 4−1и сплава на основе свинца свободной пропиткой засыпки гранул пенополисти-рола с упрочняющей оболочкой или полых сферических оболочек.
Подробно технологический процесс свободной пропитки при изготовлении пористых отливок из тяжелых легкоплавких металлов (Zn и Pb) без всплытия порообразую-щего наполнителя рассмотрен в работе [7].
Рис. 6. Фотоснимки пористых полых цилиндрических отливок: а — из цинкового сплава ЦАМ 4−1 и б — из сплава на основе свинца
По аналогии со схемой устройства [5] разработана многоместная (четырехместная) литейная форма [6], конструктивно -технологическая схема которой показана на рис. 7, позволяющая одновременно (сразу) изготавливать несколько пористых отливок свободной пропиткой расплавом заданного тяжелого легкоплавкого металла (Zn или Pb или др.) или сплава без всплытия вышеприведенных порообразующих наполнителей. Литейная форма может быть выполнена из самотвердеющей песчано-глинистой смеси (рис. 7, а), в виде стержня из стержневой самотвердеющей смеси (рис. 7, б) или в виде металлического кокиля из чугуна или стали (рис. 7, в), а засыпка порообразующего наполнителя — из гранул пенополистирола с упрочняющей оболочкой, металлических или керамических полых сферических оболочек или из гранул растворимых солей. Применение формы в массовом производстве позволит обеспечить более высокую производительность, пониженный расход используемых материалов.
Рис. 5. Устройство (кокиль) для изготовления пористых
полых цилиндрических отливок: а — конструктивно-технологическая схема, б — кокиль в стадии сборки- 1 -нижняя часть кокиля- 2 — верхняя часть кокиля- 3 — металлическая сетчатая заслонка- 4 — вкладыш- 5 — стержень- 6 — засыпка порообразующего наполнителя- 7 — надставка-тигель- 8 — шихта- 9 — съемная крышка- 10 — газоотводное отверстие
б е
Рис. 7. Конструктивно-технологическая схема многоместной литейной формы для изготовления пористых отливок в разрезе: а — из песчано-глинистой смеси, б — в виде песчаного стержня, в — в виде кокиля- 1, 2 — опоки (полуформы), 3 — сетчатый фильтр, 4 — форма, 5 — порообразующий наполнитель, 6 — открытая прибыль, 7 — шихта, 8 — съемная крышка, 9 — газоотводной канал, 10 — формовочная смесь, 11 — стержневая смесь, 12 — металл (чугун)
На рис. 8 представлен фотоснимок экспериментально опробованных фрагментов
литейной формы, на котором номера конструктивных элементов приняты такими, как на рис. 7, а.
Рис. 8. Фотоснимок фрагментов песчано-глинистой литейной формы: 1, 2 — опоки (полу формы), 3 — сетчатый фильтр, 4 — поро-образующий наполнитель (№ 01), 5 — съемная крышка
Устройства (кокили) с вакуумным поддоном сборно-разборной конструкции для вакуумной пропитки, с металлической сетчатой заслонкой и соосным стержнем и литейная форма для свободной пропитки при изготовлении пористых полых цилиндрических отливок подтвердили свою работоспособность, технологичность и безопасность в работе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кукса, А. В. Устройство для изготовления пористых отливок вакуумной пропиткой и экспериментальная оценка его работоспособности / А. В. Кукса, Н. А. Кидалов, П. В. Рожков // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 15 (118) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2013. — (Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении» — вып. 8). — С. 126−128.
2. Пат. на полезную модель № 135 554 РФ, В22Б 25/00. Устройство для изготовления пористых отливок вакуумной пропиткой / Кукса А. В., Кидалов Н. А.- заявитель и патентообладатель «Волгоградский государственный технический университет» (ВолгГТУ) — № 2 013 130 836/02 — заявл. 04. 07. 2013 — опубл. 20. 12. 2013, Бюл. № 35.
3. Заявка на полезную модель № 2 014 116 177/02 Устройство для изготовления пористых отливок вакуумной пропиткой / Кукса А. В., Кидалов Н. А.- приоритет от 22. 04. 2014, решение о выдаче патента от24. 06. 2014.
4. Пат. на полезную модель № 136 375 РФ, В22Б 25/00. Устройство для изготовления пористых отливок вакуумной пропиткой / Кукса А. В., Кидалов Н. А.- заявитель и патентообладатель «Волгоградский государственный технический университет» (ВолгГТУ). — № 2 013 131 794 — заявл. 03. 07. 2013 — опубл. 10. 01. 2014, Бюл. № 1.
5. Пат. на полезную модель № 139 477 РФ, В22Б 25/00. Устройство для изготовления пористых отливок пропиткой / Кукса А. В., Кидалов Н. А.- заявитель и патентообладатель «Волгоградский государственный технический университет» (ВолгГТУ). — № 2 013 152 126/02 — заявл. 22. 11. 2013 — опубл. 20. 04. 2014, Бюл. № 11.
6. Пат. на полезную модель № 141 534 РФ, В22Б 25/00. Литейная форма для изготовления пористых отливок пропиткой / Кукса А. В., Кидалов Н. А.- заявитель и патентообладатель «Волгоградский государственный технический университет» (ВолгГТУ). — № 2 014 100 417/02 — заявл. 09. 01. 2014 — опубл. 10. 06. 2014, Бюл. № 16.
7. Кукса, А. В. Об изготовлении пористых отливок из тяжелых металлов свободной пропиткой засыпки порообразую-щего наполнителя / А. В. Кукса // Литейное производство. -2014. — № 7. — С. 22 — 26.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой