Результат интеллектуальной деятельности: Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстий вакуумно-пленочной литейной формы при производстве отливок из алюминиевых и других сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейному производству, в частности к изготовлению песчаных форм методом вакуумно-пленочной формовки, к уплотнительным колпачкам для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки.

Известен уплотнительный колпачок, выполненный в виде полого корпуса с плоской торцевой частью и конической боковой частью (см. патент РФ №2453486 С2, В22С 9/03, 20.06.2012).

В процессе изготовления и последующего использования литейных форм по технологии вакуумно-пленочной формовки выполняется технологическая операция разрезания ручным методом с использованием ножа полимерной пленки над местом расположения модели выпора и последующее извлечение выпора. Затем образовавшееся после извлечения из песчаной формы модели выпора место нарушение вакуумной полимерной пленки заклеивается ручным методом с использованием клейкой ленты типа «скотч». Эта технологическая операция обладает высокой трудоемкостью, длительна и недостаточно обеспечивает сохранение заданного уровня вакуумирования песчаной литейной формы перед заливкой жидкого металла и соответственно недостаточно обеспечивает качество отливок из-за разрушения песчаной формы опоки при снятии вакуума.

В основу изобретения положена задача создания уплотнительного колпачка для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки.

Техническим результатом при использовании уплотнительного колпачка для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки является значительное снижение трудоемкости при изготовлении песчаных литейных форм, снижение времени подготовительных операций при изготовлении песчаной литейной формы, а также улучшение качества изготавливаемых отливок.

Технический результат достигается тем, что предложен уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки, характеризующийся тем, что выполнен в виде полого корпуса с плоской торцевой частью и связанной с ней конической боковой частью, максимальный наружный диаметр боковой конической стенки колпачка составляет 48-50 мм и соответствует максимальному диаметру отверстия выпора, наружный диаметр бурта торцевой части составляет 1,40-1,70 максимального наружного диаметра конической боковой стенки, а толщина конической боковой стенки составляет 1,3-1,9 мм, при этом колпачок выполнен из высокоэластичного термоэластопласта, выбранного из группы, включающей полиуретан, полиэтилен высокого давления, полипропилен или композицию на основе полипропилена, содержащую от 5 до 35 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 20-60 мас.% пропилена, при этом высокоэластичный термоэластопласт имеет твердость по Шор А 65-95 единиц, прочность при растяжении не менее 4,5 МПа, относительное удлинение при разрыве - не менее 300%, плотность - 0,90-1,24 г/см³ и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) - 0,5-3,0 г/10 мин. При этом высота уплотнительного колпачка составляет 46-65 мм, а толщина бурта торцевой части составляет 2,5-4,0 мм. При этом конусность боковой стенки уплотнительного колпачка соответствует конусности отверстия выпора и составляет от 1 до 2°. При этом композиция на основе полипропилена может дополнительно содержать оксид цинка в количестве 2,0-2,3 мас.% в качестве активатора вулканизации пероксидной вулканизующей системы, перкадокс 14-40B-GR в количестве 2,2-2,8 мас.% в качестве вулканизующего агента пероксидной вулканизующей системы. При этом в качестве полипропилена высокоэластичный термоэластопласт содержит полипропилен марок 21030, 21060 или 21090.

Среди признаков, характеризующих предложенный уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки, существенными являются:

- выполнение уплотнительного колпачка в виде полого корпуса с плоской торцевой частью и связанной с ней конической боковой частью,

- максимальный наружный диаметр боковой конической стенки колпачка составляет 48-50 мм и соответствует максимальному диаметру отверстия выпора,

- наружный диаметр бурта торцевой части составляет 1,40-1,70 максимального наружного диаметра конической боковой стенки, а толщина конической боковой стенки составляет 1,3-1,9 мм,

- выполнение уплотнительного колпачка из высокоэластичного термоэластопласта, выбранного из группы включающей полиуретана, полиэтилена высокого давления, полипропилен или композиции на основе полипропилена, содержащую от 5 до 35 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 20-60 мас.% пропилена,

- при этом высокоэластичный термоэластопласт имеет твердость по Шор А 65-95 единиц, прочность при растяжении не менее 4,5 МПа, относительное удлинение при разрыве - не менее 300%, плотность - 0,90-1,24 г/см³ и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) - 0,5-3,0 г/10 мин.

- высота уплотнительного колпачка составляет 46-65 мм, а толщина бурта торцевой части составляет 2,5-4,0 мм,

- конусность боковой стенки уплотнительного колпачка соответствует конусности отверстия выпора и составляет от 1 до 2°,

- композиция на основе полипропилена может дополнительно содержать оксид цинка в количестве 2,0-2,3 мас.% в качестве активатора вулканизации пероксидной вулканизующей системы, перкадокс 14-40B-GR в количестве 2,2-2,8 мас.% в качестве вулканизующего агента пероксидной вулканизующей системы,

- в качестве полипропилена высокоэластичный термоэластопласт содержит полипропилен марок 21030, 21060 или 21090.

Экспериментальные исследования предложенного уплотнительного колпачка для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки показали его высокую эффективность. Было установлено, что использование предложенного уплотнительного колпачка для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки обеспечило значительное снижение (на 28-42%) трудоемкости при изготовлении песчаных литейных форм, обеспечило снижение времени подготовительных операций (на 24-36%) при изготовлении песчаной литейной формы, а также обеспечило повышение качества изготавливаемых отливок.

Сущность предложенного уплотнительного колпачка для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид колпачка.

Предложенный уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки выполнен в виде полого корпуса с плоской торцевой частью 1 и связанной с ней конической частью 2, являющейся боковой стенкой. Наружный максимальный диаметр боковой стенки 2 колпачка составляет 48-50 мм и соответствует максимальному диаметру отверстия выпора или прибылей верхней полуформы герметизируемой вакуумно-пленочной литейной формы. Наружный диаметр бурта торцевой части 1 колпачка составляет 1,40-1,70 наружного максимального диаметра конической боковой стенки 2 и равен 67-85 мм. Толщина конической боковой стенки 2 составляет 1,3-1,9 мм. Высота колпачка Н составляет 46-65 мм и толщина бурта торцевой части составляет 2,5-4,0 мм. При этом конусность боковой конической стенки 2 колпачка соответствует конусности отверстия выпора или прибылей и составляет от 1 до 2°.

Уплотнительный колпачок выполнен из высокоэластичного термоэластопласта, выбранного из группы полиуретана, полиэтилена высокого давления, полипропилена или композиции на основе полипропилена, содержащей от 5 до 35 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 20-60 мас.% пропилена. При этом в качестве полипропилена высокоэластичного термоэластопласта используют полипропилен марок 21030, 21060 или 21090 по ТУ 2211-016-05796653-95. Высоко эластичный термоэластопласт уплотнительного колпачка характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 65-95 единиц, прочность при растяжении не менее 4,5 МПа, относительное удлинение при разрыве не менее 300%, плотность 1,20-1,24 г/см³ и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) составляет 0,5-3,0 г/10 мин.

Высокоэластичный термоэластопласт может дополнительно содержать оксид цинка в количестве 2,0-2,3 мас.% в качестве активатора вулканизации пероксидной вулканизующей системы, а также перкадокс 14-40B-gr в количестве 2,2-2,8 мас.% в качестве вулканизующего агента пероксидной вулканизующей системы.

Технология изготовления предложенного уплотнительного колпачка для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки является традиционной и не требует применения специфического технологического оборудования.

Используют предложенный уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки следующим образом.

В процессе изготовления литейных форм для последующего использования по технологии вакуумно-пленочной формовки выполняют технологическую операцию разрезания ручным методом с использованием ножа полимерной пленки над местом расположения модели выпора. Затем в образовавшееся после извлечения из песчаной формы модели выпора отверстие (место нарушение вакуумной полимерной пленки) вставляют предложенный уплотнительный колпачок и забивают его киянкой до упора, прижимая полимерную пленку к поверхности литейной формы. Подготовленная литейная форма подается под заливку металлом.

Реализация предложенного уплотнительного колпачка для герметизации стыков отверстий вакуумно-пленочной литейной формы при производстве отливок из алюминиевых и других сплавов поясняется следующими примерами. При этом плотность всех изготовленных в примерах уплотнительных колпачков составляла 0,90-1,24 г/см³.

Пример 1. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки выполнен из полиуретана в виде полого корпуса с плоской торцевой частью 1 и связанной с ней конической частью 2, являющейся боковой стенкой. Наружный максимальный диаметр боковой стенки 2 колпачка составляет 48 мм и соответствует максимальному диаметру отверстия выпора или прибылей верхней полуформы герметизируемой вакуумно-пленочной литейной формы. Наружный диаметр бурта торцевой части 1 колпачка 67 мм, что составляет 1,40 наружного максимального диаметра конической боковой стенки 2. Толщина конической боковой стенки 2 составляет 1,3 мм. Высота колпачка Н составляет 46 мм и толщина бурта торцевой части составляет 2,5 мм. При этом конусность боковой конической стенки 2 колпачка соответствует конусности отверстия выпора или прибылей и составляет от 1°.

Материал колпачка характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 65 единиц, прочность при растяжении 4,7 МПа, относительное удлинение при разрыве 320% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 0,8 г/10 мин.

Пример 2. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки выполнен из полиэтилена высокого давления в виде полого корпуса с плоской торцевой частью 1 и связанной с ней конической частью 2, являющейся боковой стенкой. Наружный максимальный диаметр боковой стенки 2 колпачка составляет 49 мм и соответствует максимальному диаметру отверстия выпора или прибылей верхней полуформы герметизируемой вакуумно-пленочной литейной формы. Наружный диаметр бурта торцевой части 1 колпачка 76 мм, что составляет 1,55 наружного максимального диаметра конической боковой стенки 2. Толщина конической боковой стенки 2 составляет 1,6 мм. Высота колпачка Н составляет 55 мм и толщина бурта торцевой части составляет 3,3 мм. При этом конусность боковой конической стенки 2 колпачка соответствует конусности отверстия выпора или прибылей и составляет от 2°.

Материал колпачка характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 95 единиц, прочность при растяжении 4,8 МПа, относительное удлинение при разрыве 315% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 3,0 г/10 мин.

Пример 3. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки выполнен из полипропилена 21030 в виде полого корпуса с плоской торцевой частью 1 и связанной с ней конической частью 2, являющейся боковой стенкой. Наружный максимальный диаметр боковой стенки 2 колпачка составляет 50 мм и соответствует максимальному диаметру отверстия выпора или прибылей верхней полуформы герметизируемой вакуумно-пленочной литейной формы. Наружный диаметр бурта торцевой части 1 колпачка 85 мм, что составляет 1,70 наружного максимального диаметра конической боковой стенки 2. Толщина конической боковой стенки 2 составляет 1,9 мм. Высота колпачка Н составляет 65 мм и толщина бурта торцевой части составляет 4,0 мм. При этом конусность боковой конической стенки 2 колпачка соответствует конусности отверстия выпора или прибылей и составляет от 1,5°.

Материал колпачка характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 95 единиц, прочность при растяжении 4,6 МПа, относительное удлинение при разрыве 320% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 0,5 г/10 мин.

Пример 4. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 1 выполнен из полипропилена 21060 и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 80 единиц, прочность при растяжении 4,68 МПа, относительное удлинение при разрыве 326% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 1,8 г/10 мин.

Пример 5. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 2 выполнен из полипропилена 21090 и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 75 единиц, прочность при растяжении 4,72 МПа, относительное удлинение при разрыве 318% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 2,2 г/10 мин.

Пример 6. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 3 выполнен из полипропилена 21060, содержащего 5 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 20 мас.% пропилена и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 78 единиц, прочность при растяжении 4,65 МПа, относительное удлинение при разрыве 304% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 2,4 г/10 мин.

Пример 7. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 1 выполнен из полипропилена 21030, содержащего 5 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 40 мас.% пропилена и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 85 единиц, прочность при растяжении 4,72 МПа, относительное удлинение при разрыве 318% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 2,0 г/10 мин.

Пример 8. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 2 выполнен из полипропилена 21030, содержащего 5 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 60 мас.% пропилена и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 86 единиц, прочность при растяжении 4,68 МПа, относительное удлинение при разрыве 313% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 1,6 г/10 мин.

Пример 9. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 3 выполнен из полипропилена 21060, содержащего 20 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 20 мас.% пропилена, а также 2,0 мас.% оксида цинка в качестве активатора вулканизации пероксидной вулканизующей системы и 2,8 мас.% перкадокса 14-40B-gr в качестве вулканизующего агента пероксидной вулканизующей системы и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 87 единиц, прочность при растяжении 4,59 МПа, относительное удлинение при разрыве 318% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 1,8 г/10 мин.

Пример 10. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 2 выполнен из полипропилена 21090, содержащего 20 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 40 мас.% пропилена, а также 2,3 мас.% оксида цинка в качестве активатора вулканизации пероксидной вулканизующей системы и 2,2 мас.% перкадокса 14-40B-gr в качестве вулканизующего агента пероксидной вулканизующей системы и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 82 единицы, прочность при растяжении 4,68 МПа, относительное удлинение при разрыве 335% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 1,6 г/10 мин.

Пример 11. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 1 выполнен из полипропилена 21030, содержащего 20 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 60 мас.% пропилена, а также 2,15 мас.% оксида цинка в качестве активатора вулканизации пероксидной вулканизующей системы и 2,5 мас.% перкадокса 14-40B-gr в качестве вулканизующего агента пероксидной вулканизующей системы и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 85 единиц, прочность при растяжении 4,73 МПа, относительное удлинение при разрыве 330% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 1,2 г/10 мин.

Пример 12. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 1 выполнен из полипропилена 21030, содержащего 35 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 20 мас.% пропилена и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 87 единиц, прочность при растяжении 4,66 МПа, относительное удлинение при разрыве 319% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 1,2 г/10 мин.

Пример 13. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 2 выполнен из полипропилена 21060, содержащего 35 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 40 мас.% пропилена и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 82 единицы, прочность при растяжении 4,74 МПа, относительное удлинение при разрыве 324% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 1,7 г/10 мин.

Пример 14. Уплотнительный колпачок для герметизации стыков отверстия выпора литейной формы вакуумно-пленочной формовки с геометрическими размерами по примеру 3 выполнен из полипропилена 21090, содержащего 35 мас.% этиленпропиленового каучука с содержанием 60 мас.% пропилена и характеризуется высокой термоокислительной стойкостью, высоким удельным электрическим сопротивлением и имеет твердость по Шор А 95 единицы, прочность при растяжении 4,72 МПа, относительное удлинение при разрыве 324% и показатель текучести расплава (190°С/2.16 кг) 1,1 г/10 мин.