Способ изготовления изделий с замкнутой полостью

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„12 5 41 (дц 4 В 22 D 13/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 х + <)у

1 +12 с х г а ), "А ч Ъ ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3708051/22-02 (22) 04.01.84 (46) 07.06.86. Бюл. и 21 (71) Камский политехнический институт (72) М.С.Исламов (53) 621.746.046(088.8) (56) Патент CPP кл. В 22 D 13/04, У 64128, заявл. 12.08.74, У 79725, опублик. 03.05.78. (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

С ЗАМКНУТОЙ ПОЛОСТЬЮ путем формирования их из текучей массы во вращающемся контейнере, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью получения рабочей поверхности в виде эллипсоида вращения, контейнер с текучей массой вращают до отверждения вокруг трех взаимно перпендикулярных осей с угловыми скоростями, определяемыми при заданных соотношениях полуосей эллипсоидов по формулам где а — большая полуось эллипсоида, 6 — средняя полуось эллипсоида, с — малая полуось эллипсоида, оси вращения, совпадающие с полуосями ы, 6, с соответственно, о „ -О, ">„>О,, >0 — угловые скорости вращения контейнера вокруг соответствующих осей x y u

123564 1

Изобретение относится к технологии машиностроения и может найти применение в литейном производстве при изготовлении, например, эллипсоидов вращения.

Цель изобретения — получение рабочей поверхности в виде эллипсоида вращения.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг, 2 — эпюра сил, действующих в плоскости полуосей и с эллипсоида, на фиг. 3 — эпюра сил, действующих в плоскости полуосей о и 4 эллипсоида; на фиг. 4 — изделие, полученное согласно предлагаемому способу, продольный разрез.

Способ осуществляется при помощи устройства, состоящего из кснтейнера 1, установленного на валу 2, привода 3, смонтированного на поворотной раме 4, установленной на валу 5, скрепленном посредством пружины 6 с поворотной рамой 7, закрепленной на валу 8, соединенном посредством пружины 9 со станиной 10 и несущим

I рычаг 11, взаимодействующий с приводным профильным кулачком 12. Приводы 3, пружины 6 и дебалансы 13 с зубчатыми передачами выполнены спаренными из соображений уравновешивания вращающихся узлов устройства. В необходимых случаях устройство снабжаетerr электромагнитной установкой 14 для наведения бегущего снизу вверх электромагнитного поля.

Текучую массу (формовочная смесь, жидкий металл, расплавленная стеклян— ная масса и т .и . — в зависимости от назначения изделия) в заданном коли— честве загружают в контейнер 1, кото— рый при помощи привода 3 приводится во вращение с угловой скоростью м- .

При этом дебалансы 13, получая движение от зубчатого колеса 15 и зубчатой передачи 16, также совершают вращательное движение, ра"""âèâàÿ каждый центробежную силу. Поскольку дебалансы на каждой стороне рамы 4 устачовлены попарно и совершают вращение во встречных направлениях в одной фазе, то составляющие центробежных сил дебалансов, направленные вдоль линии, соединяющей их центры вращения, взаимно уравновешиваются, а направленные перпендикулярно ей суммируются в равнодействующую, изменяющуюся по гармоническому закону

Рассмотрим эллипсы, получаемые в продольных сечениях эллипсоида. Математически эллипсы описываются уравне виями

Y ч — 1

Š—: 1 с

5Î где, у,, — координаты точек эллипса, измеренные в направлении координатHbDt осей, 55 г,б, - — полуоси эллипса, (1

Тогда модули производных ,1„ соответственно равные модулю тангенс круговой -частотой, равной угловой скорости соответственного вращения контейнера (при передаточном числе от зубчатого колеса 15 к валу дебаланса, равном единице). Требуемый сдвиг фазы этой равнодействующей реализуется первоначальной установкой дебалансов в нужном положении. Равно— действующие центробежных сил обеих

10 пар дебалансов относительно оси вала 5 создают момент, изменяющийся по тому же гармоническому закону. В силу этого поворотная рама 4 с упругими связями в виде пружины 6 совершает вынужденные вращательные колебания с той же круговой частотой и сдвигом фазы, Одновременно приводится в движение профильный кулачок 12, взаимодействуя с которым, рыч г 11

20 с возвратной пружиной 9 приводит в движение вал 8 с поворотной рамой 7.

Яа частицы текучей массы, вращающейся вместе с контейнером, действуют центробежные силы, пропорциональ25 ные квадрату угловой скорости вращательного движения вокруг оси и расстоянию, на которое в данный момент частица отстоит от оси вращения (радиус вращения). Эпюры центробежных у сил, действующих на частицы текучей массы, показаны на фиг. 2 и 3. При устранении (или компенсации) влияния на частицы сил тяжести под воздействием сил, распределение которых показано на эпюрах (фиг. 2 и 3), свободная поверхность жидкости (текучей массы) являстся поверхностью эллип- соида. Этот вывод вытекает из установленного факта совпадения направления о результирующей силы, действующей на частицу, и направления касательной к поверхности эллипсоида (фиг. 2 и 3).

1235641 са угла г и угла Т наклона каса1 г тельной к поверхности эллипса к данной точке, равны х Ь

У и х с — — (г1

2 7 аг

Центробежные силы, действующие на частицу текучей массы в рассматриваемой точке, равны

Приравнивая выражения (2) и (4), 30 имеем г х Ь х х а

- 2 32к32та2 х z.

Q„ i iU к

35 откуда

Ь M„+

ыг а х

2 1 2, 2

1 2 1 х Y

Этот результат позволяет утверждать, что для получения эллипсоида должно отсутствовать влияние сил тяжести на текучую массу, а также отношение суммы квадратов угловых ско- 45 ростей вращения контейнера вокруг полуосей поперечного сечения эллипсоида к сумме квадратов угловых скоростей вращения вокруг продольной и одной из поперечных полуосей должно 50 равняться отношению квадрата второй из поперечных полуосей к квадрату продольной полуоси эллипсоида.

Эллипсоид вращения получается толь-55 ко при равенстве угловых скоростей вращения вокруг поперечных полуосей (c Ь них „).

1О к = " х (-А -, 1 О „= - У (->к +, ) 1

G,, =-г(1 1 ) (3) где G„, С„и (;, — центробежные силы, действующие вдоль координатных

oceAN, у иг. 15 ма с с а час тицы, 1к „,, — угловые скорости вращения контейнера вокруг осей х

У и

На основании выражений (3) при от- 20 сутствии сил тяжести тангенсы yrqos g и ф наклона касательной on1 2 . ределяются выражениями г х +„+M ,д . ) к

С, Х -1, .-), г с г „>2. 1 () к у

Выбор конкретной скорости вращения, температуры, массы и других показателей технологического режима зависит от физико-химических свойств применяемых материалов (черные и цветные металлы, стекло, формовочные массы и т.п.). Например, при литье из металлических сплавов можно принять для большей скорости вращения контейнера известные рекомендации и определить скорость вращения по формуле:

5520/jp у, (7) где 5520 — постоянный для всех сплавов коэффициент, P — плотность жидкого металла, внутренний радиус отливки.

Пример 1. Требуется изготовить из чугуна изделие с эллиптической полостью с полуосями а = 10 см, Ь = 8 см, с = Ь (эллипсоид вращения).

Заданное количество жидкого чугуна помещают в контейнер соответствующей формы. В условиях невесомости сообщают контейнеру вращение вокруг полуоси а со скоростью 654 об/мин, а вокруг полуосей Ь и с — со скоростью 450 об/мин. Скорости вычислены по формулам (7) и (6) .

После отвердевания изделия вращение вокруг всех трех полуосей прекращают и полученное изделие извлекают из контейнера.

Пример 2. При тех же условиях требуется изготовить эллипсоид с полуосями а = 10 см, Ь = 8 см, 7 см. В этом случае скорости вращения вокруг полуосей соответственно равны 654 об/мин, 493 об/мин, 294 об/мин. Если заданы а и Ь, то значение с нельзя брать произвольным, наименьшее значение с определяется из выражения

1 2

При с =с„„„скорость вращения контейнера вокруг наименьшей полуоси равна нулю

0 (9)

Для электропроводных материалов влияние сил тяжести на текучую массу можно компенсировать воздействием бегущего вверх электромагнитного поля .

Именно для этих случаев предусмотрена электромагнитная установка 16 (фиг. 1) .

Однако наиболее качественные результаты дает осуществление способа

1? 35б41 77 %т

Ц7и?. Г

Составитель В.Вербицкий

Техред О.Гортвай Корр ек тор М. Демчик

Редактор О.Бугир

Заказ 3043/10

Тираж 757 Г!одпнсное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðîä, ул,Проектная, 4 в условиях невесомости на космических кораблях и орбитальных станциях, что может найти широкое применение при изготовлении эллипсоидов вращения для оптических устройств.

Вращение контейнера с текучей массой продолжают до полного отверждения ее. В полученном эллипсоиде соотношение полуосей соответствует соотношению угловых скоростей, с которыми совершалось вращение контейнера вокруг жестко связанных с ним взаимно перпендикулярных осей О Ч 2

Полученное изделие (фиг. 4) после разъединения на части может быть использовано как самостоятельное изделие (например, в качестве световых отражателей) либо служить формой для изготовления контрдетгли.

Внедрение изобретения расширит

10 возможности изготовления изделий с замкнутой полостью, например позволит получать эллипсоиды вращения и трехосные эллипсоиды, находящие применение в оптической технике.