Ливарна одноразова модель

Реферат: Ливарна одноразова модель, яка підлягає деструкції в піщаній формі, зібрана з елементів, що повторюються, причому ці елементи зібрані в стільникові структури у вигляді просторових ґрат з відкритими крізними порами або порожнинами, які мають можливість заповнення сухим піском або сухим піском разом з металевими пористими трубопроводами. UA 70286 U (54) ЛИВАРНА ОДНОРАЗОВА МОДЕЛЬ UA 70286 U UA 70286 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до ливарного виробництва, зокрема до одноразових моделей з матеріалу, що видаляється. Відоме застосування в ливарному виробництві сталевих просторових ґрат, наприклад як внутрішніх холодильників з дроту для сталевих виливків (Юрин Ю.М. О внутреннем холодильнике для стальных отливок. Литейное производство. - 2006 - №12. - С. 14-16). Проте ці грати не виробляються як монолітний матеріал, наприклад суцільнолитий, оскільки ливарне виробництво не має таких технологій. Для отримання механічно міцної конструкції у вузлах ґрат необхідно виконати кріплення прутів, наприклад, зваркою, проте, це вельми трудомістка операція, особливо для ґрат, у яких в осередках використовуються багатокутники різного розміру і з різними кількостями кутів, а перемички є криволінійними. Механічно зібрані конструкції дуже важко скріпляти у вузлах ґрат, якщо їх осередки наближаються по розмірах до литої піни з порами порядку 3-5 мм. Просторові грати без скріплених перемичок в монолітну конструкцію малоефективні як несучий матеріал чи матеріал для армування. Відоме виготовлення сталевої піни з відкритими порами литтям по газифікованих моделях (X. Моуала и др. Стальная пена с открытыми порами - изготовление и свойства. Металлургия машиностроения. - 2006. - №6 - С. 29-33). І ця сталева піна як литий матеріал, моделі для неї є найбільш близькими по геометричній конфігурації до стільникового матеріалу, разова модель якого описана нижче згідно корисної моделі. Комірчасті матеріали розширюють існуючий спектр властивостей, оскільки вони на ~50-90 % легші за компактні матеріали, а сталева піна має мінімальну пористість 80 %, проте використання пінополіуретанової піни як моделі з розміром пор не більше 2,5 мм сильно обмежує розміри і якість отримуваної металевої піни. Процес отримання останньої тривалий, має багато стадій подібно до лиття по моделях, що виплавляються, тонкі перемички важко пролити, висока вірогідність отримання в окремих неконтрольованих місцях закритої пористості або спікання металу з формувальним матеріалом, який містить зв'язуюче, що частково порушить однорідність структури металевої піни. Пінополіуретанові піни заданих стабільних параметрів дорогі і їх отримати не просто, розміри їх комірок важко контролювати, другий параметр комірчастої структури - товщина перегородок між комірками - теж контролюється вельми ненадійно. Пінополіуретанова конструкція погано тримає форму (деформується при зміні температури, при зберіганні на складі) на відміну від пінополістиролової, тому пінополіуретан практично не застосовують для виготовлення ливарних моделей. Найбільш близькою по технічній суті і ефекту, що досягається, є газифікована модель, яка виготовляється з елементів, що повторюються (нормалізованих), при вирізуванні їх з блоків (Литье по газифицируемым моделям. Монография под ред. Ю.А. Степанова. М., Машиностроение. - 1976. - С. 43). Проте, такий спосіб не отримав розвитку для отримання комірчастого чи стільникового металевого матеріалу. По описаних конструкціях моделей передбачено отримання однорідних по складу монолітних виливків, конструкції моделей яких не можна перенести на технологію отримання стільникових структур у вигляді просторових ґрат, оскільки пористі комірчасті моделі мають свої відмітні властивості, без забезпечення яких не можна отримати якісні вироби. Литий пористий матеріал для отримання по збірних моделях також не розроблений з описом варіантів просторових конструкцій і врахуванням технологічності лиття, різноманіття розмірів і форм. Задача корисної моделі - створення нових конструкцій моделей для виробництва литого пористого матеріалу, зокрема, у вигляді просторових ґрат, спрощення технології лиття при підвищенні якості та службових властивостей отримуваних виробів. Поставлена задача вирішується тим, що в ливарній одноразовій моделі, яка підлягає деструкції в піщаній формі, зібрана з елементів, що повторюються, згідно з корисною моделлю, ці елементи зібрані в стільникові структури у вигляді просторових ґрат з відкритими крізними порами або порожнинами, які мають можливість заповнення сухим піском, або сухим піском разом з металевими пористими трубопроводами. Крім того, модель може бути зібрана з елементів однієї конструкції, що повторюються, причому елементи моделі або стики елементів моделі можуть бути виконані з ливарними радіусами. Також просторові грати моделі можуть бути геометрично подібні, збільшені пропорційно в масштабі і по будові однакові з кристалічними решітками, які застосовують для наочного представлення внутрішньої структури кристала як способу його зображення за допомогою просторової сітки, вузли якої співпадають з центрами частинок в кристалі, при цьому ділянки між вузлами ґрат моделі виконані у вигляді перемичок, які з'єднуються в цих вузлах. Крім того, просторові грати можуть бути геометрично подібні до чотирнадцяти типів кристалічних решіток Браве. Також одна або декілька перемичок моделі або їх рядів можуть бути виконані у вигляді моделей стояків з можливістю сполучення їх з воронкою, а також/або у вигляді моделей випорів, і/або моделей шлаковловлювачів. Крім того, 1 UA 70286 U 5 10 15 20 25 30 перемички можуть бути виконаю циліндричними, а частина стільникової структури моделі може бути загорнута в плівку без можливості проникнення крізь плівку сухого піску. На Фіг.1 показаний приклад моделі у вигляді просторових ґрат, в яких є однакові елементарні три деталі - перемички 1, 2 і 3, що позначаються: а, в, с. Вони складають елементарну комірку, як тривимірне утворення, кути між ними позначають , , . Згідно ливарної технології вздовж одного з рядів перемичок може бути встановлений випор 4, на відстані від перемичок при подальшій засипці піску може бути встановлений пористий трубопровід 5, ряд потовщених перемичок може служити шлаковловлювачем 6 при замкнутій ливниковій системі, а інший ряд потовщених перемичок - стояком 7 (місце установки ливарної лійки показано пунктиром). У варіантах цього винаходу використовуються просторові грати, які геометрично подібні, збільшені пропорційно в масштабі і по будові однакові з кристалічними решітками, якими описують внутрішню структуру кристала, історично починаючи із зображень Браве 1848-го року, у вигляді просторової сітки, вузли якої співпадають з центрами частинок у кристалі. При цьому ділянки між вузлами ґрат ливарної моделі слід заповнювати перемичками, а самі вузли є з'єднаннями або перехрещеннями перемичок. Відрізняє ці грати тривимірна періодичність, визначивши структуру одної елементарної комірки, можна побудувати всі ґрати, використовуючи просту геометричну операцію паралельного перенесення. Наслідком такої періодичної будови є те, що ґратам властива симетричність, тобто існують операції просторового відображення об'єкта, при яких геометричний образ співпадає з результатним. Сукупність всіх операцій симетрії складає групу симетрії даного об'єкта. Описані і зображені будови елементарної комірки великої кількості кристалів, які рекомендуються для вибору як прототип при литті ґратчастого матеріалу залежно від необхідних властивостей. На Фіг.2 показані 14 ґрат Браве, які відрізняються один від одного набором елементів симетрії або сингонією і типом центрування, в табл. вказані параметри, які в сукупності з елементами симетрії, визначають елементарну комірку для кожної кристалографічної системи. Ці 14 типів структур є основними, але не вичерпують всього різноманіття просторових ґрат, які можуть зустрічатися в кристалах. У примітивних кубічних ґратах атоми займають позиції по вершинах куба. Елементарна комірка кубічної сингонії описується параметром а (а=в=с, всі кути між перемичками рівні 90º). Таблиця Параметри тривимірних ґрат Браве Система ґрат кубічна тетрагональна ромбічна гексагональна тригональна моноклинна триклинна 35 40 45 Параметри елементарної комірки а=в=с, ===90º а=в≠с, ===90º а≠в≠с, ===90º а=в≠с, ==90º, =120° 1) а=в≠с, ==90º, =120º 2) а=в=с, ==+90º а≠в≠с, ==90º, ≠90º а≠в≠с, α≠≠≠90º На Фіг.3 показаний елемент однієї конструкції, що повторюється, який зручно виконати в прес-формі з горизонтальним роз'ємом, перемички 4 мають гачки для зачеплення за перемички типу 3 інших ґрат подібної конструкції. Здійснюють заявлене технічне рішення таким чином. При виготовленні моделі ґрат, показаних на Фіг.1, або з більшою кількістю комірок, елементи, що повторюються, наприклад, показані на Фіг.3, збирають методом склеювання, паяння або іншим методом. Конструкцію ґрат зручно вибрати з ґрат Браве. Виконання ливарних радіусів при виборі їх по довідниках, зазвичай 1…5 мм, сприятиме плавному без розбризкування заповненню розплавом форми та збільшить жорсткість конструкції. Кращого заповнювання розплавом досягають при циліндричних перемичках, оскільки в цьому випадку циліндр має найменшу площу тепловіддачі, і форма менше охолоджує потік металу. Поміщення пористих труб 5, що непроникні для піску, і підключення їх до вакуумного насоса також поліпшить заповнювання, створивши ефект вакуумного всмоктування розплаву, що зменшить вірогідність недоливів форми. 2 UA 70286 U 5 10 15 20 25 Якщо модель виконують з пінополістиролу, то виготовлення її елементів полягає в засипанні гранул цього матеріалу і їх спікання в прес-формі, або вирізуванні елементів з блока. Якщо модель виконують з льоду, то заморожують водну композицію в прес-формі. Виконання моделі по вказаному методу гарантує отримання крізних пор або порожнин, які заповнюються сухим піском. Розміри пор і товщина перемичок можуть бути від частки міліметра до десятків і сотень міліметрів (розміри кристалічних ґрат становлять від десятих нанометра). Для отримання в заданому місці пористої моделі монолітної ділянки або стінки цю ділянку чи кілька перемичок, обмотують синтетичною плівкою, запобігаючи доступу в пори моделі піску. Кожна з пор литого матеріалу, отриманого по описаних варіантах моделі має задані розміри, форму, просторову орієнтацію в матеріалі, періодичність повторення і товщини стінок і/або перемичок, які їх обмежують, оскільки ці властивості зумовлені заданою конструкцією моделі, що отримана за конкретним кресленнями, наприклад, на пластавтоматах. Це дозволяє розширити службові властивості матеріалу, наприклад, введенням в його пори стержнів з іншого матеріалу тощо. Щоб уникнути утворення тріщин від напружень, викликаних усадкою металу, частину або всі перемички моделі виконують криволінійними, а стінки неплоскими. Це покращує службові властивості матеріалів, які важливо виконати з великою питомою площею поверхні, вони застосовуються для електродів, теплообмінників, каталізаторів тощо. Якщо литі конструкції треба зібрати з декількох складових, то перемички з вільними кінцями можна зварювати або зачіпляти гачками, виконаними на перемичках 4 (Фіг.3), або монтувати з іншою конструкцією, наприклад, колоною з прокату. Моделі просторових литих ґрат, зокрема аналоги яких узяті з кристалографії, із збірних модельних елементів, що нескладно виготовити на пластавтоматах, спростять конструювання і дозволять налагодити випуск пористих металевих матеріалів, які все частіше називають "матеріали майбутнього". А виконання умов корисної моделі, які відрізняють її від аналогів, гарантує отримання крізних відкритих пор заданої форми і розміру, що дає підвищення якості отримуваних виробів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 50 1. Ливарна одноразова модель, що підлягає деструкції в піщаній формі, зібрана з елементів, що повторюються, яка відрізняється тим, що ці елементи зібрані в стільникові структури у вигляді просторових ґрат з відкритими крізними порами або порожнинами, які мають можливість заповнення сухим піском або сухим піском разом з металевими пористими трубопроводами. 2. Модель за п. 1, яка відрізняється тим, що зібрана з елементів однієї конструкції, що повторюються, причому елементи моделі або стики елементів моделі виконані з ливарними радіусами. 3. Модель за п. 1, яка відрізняється тим, що просторові грати геометрично подібні, збільшені пропорційно в масштабі і по будові однакові з кристалічними решітками, які застосовують для наочного представлення внутрішньої структури кристала як способу його зображення за допомогою просторової сітки, вузли якої співпадають з центрами частинок в кристалі, при цьому ділянки між вузлами ґрат моделі виконані у вигляді перемичок, які з'єднуються в цих вузлах. 4. Модель за п. 3, яка відрізняється тим, що просторові грати геометрично подібні до чотирнадцяти типів кристалічних решіток Браве. 5. Модель за п. 3, яка відрізняється тим, що одна або декілька перемичок або їх рядів виконані у вигляді моделей стояків з можливістю сполучення їх з воронкою, а також/або у вигляді моделей випорів, і/або моделей шлакоуловлювачів. 6. Модель за п. 3, яка відрізняється тим, що перемички виконані циліндричними. 7. Модель за п. 3, яка відрізняється тим, що частина стільникової структури моделі загорнута в плівку без можливості проникнення крізь плівку сухого піску. 3 UA 70286 U 4 UA 70286 U Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5