Устройство для импульсной обработки материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 22 С 15/22

ГО СУДА Р СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ V

,0 0 Ж

0 .Ь

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4754044/02 (22) 30,10.89 (46) 07.10 92, Бюл, ¹ 37 (71) Харьковский авиационный институт им. Н, Е, Жуковского (72) В, Т, Вовк, С. Н. Бакаев, В. К. Борисевич, А. П. Слободюк (SU) и Амбос Эберхард (ОЩ (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1397152, кл, В 22 С 15/22, 1986, Изобретение относится к импульсной обработке материалов, в частности к устройствам для уплотнения формовочных смесей, выбивки и стержней, очистки отливок с использованием энергии сжатых газов, и может быть использовано как в литейном производстве. так и вдругих областях машиностроения в качестве быстродействующего элемента клапанных систем, Известно устройство (Европейский патент ¹ 0062331 В 22 С 15/00), в котором камера высокого давления, стыкуемая.с технологическим блоком (наполнительная фамка, опока, модельная плита наполнены формовочной смесью), герметизируется тарельчатым клапаном, соединенным с приводом, Недостатком устройства является низкая скорость срабатывания.

Известен ряд устройств (Европейский патент № 0128336,В 22 С 15/00, 15/22; патент Чехословакии ¹ 251149,В 22 С 15/22;

15/22, 15/26), в которых в качестве герметизирующих клапанов применяются два перфорированных плоских элемента. В состоянии "Закрыто" отверстия перфорацией не совпадают, а в состоянии "Открыто"

„„ Ы „„176б594 А 1 (54) УСТРОЙСТВО 4ЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ (57) Использование; уплотнение формовочных и стержневых смесей. Сущность изобретения: устройство содержит камеру высокого давления, клапан с приводом, упорырно снабжено ограничителем перемещения клапана, закрепленным на камере, Клапан выполнен в виде гибкого упругого куполообразного элемента, а поверхность

1 седла клапана выполнена наклонной. 6 ил. плоские элементы смещаются приводом один относительно другого до совпадения отверстий, Недостаток укаэанных устройств-сложные и недостаточно надежные уплотнения.

Наиболее простое и эффективное устройство для импульсного уплотнения описано в журнале "Giesserei" ¹ 18, 75 (1988) с.

43, Соосно с камерой высокого давления установлена полость, которая герметизируется тарелкой клапана. одновременно этой же тарелкой герметизируется и камера высокого давления, В надклапанную полость подается сжатый воздух с давлением выше. чем в камере высокого давления, этим обеспечивается хорошая герметизация.

При резком сбрасывании давления из надклапанной полости тарелка подбрасывается сжатым воздухом, находящимся в камере. происходит разгерметизация последней и . воздух из камеры устремляется в направлении технологического блока. Устройство выбрано за прототип.

Недостатком указанного решения является то, что скорость открытия клапана зависит от времени сброса давления из

1766594 надклапанной полости и прежде всего от массы самого клапана, С ростом размеров опок растут рвз: еры камеры и клапана, а следовательно, и его масса, поэтому увеличивается время срабатывания устройства, снижается эффективность воздействия и качество формы, К недостаткам устройства можно отнести также то, что по мере повышения давления в камере снижается усилие прижима клапана к седлу и уменьшается герметич нбСть .

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение качества, Для этого герметизирующий клапан выполнен в виде гибкого упругого куполообразного элемента. Под действием осевой нагрузки привода или внутреннего давления в камере гибкий упругий элемент начинает деформироваться как в осевом, так и в радиальном направлениях, высота упола постепенно уменьшается, но растет его диаметр, Наступает момент, когда высота становится равной нулю. Это состояние предельного равновесия. В таком положении клапаном накоплена максимальная энергия упругого деформирования. Она выразится для сферы формулой

)1+m 2д г

1+m 3 2 где В и m — коэффициенты, характеризующие материал, f — прогиб;

r — радиус сферы в плане; д — толщина материала (Кн, Пихтовников Р, B., Хохлов Б, А,Безбассейновая листовая штамповка взрывом. X., Прапор, 197г2 г,)

При прохождении упругим элементом точки предельного равновесия происходит

"опрокидывание" купола. Если в этот момент остановиться движение центральной точки, то начинают двигаться края, Потенциальная энергия деформации переходит в кинетическую энергию движе г ния (-, где m — масса элемента, V — его скорость). Если проанализировать формулы для кинетической и потенциальной энергии, то видно, что чем больше последняя, тем больше скорость опрокидывания купола (при m = = const), Потенциальная энергия зависит прежде всего от свойств материала, прогиба (высоты купола), толщины, Поэтому скорость открытия можно регулировать прежде всего этими параметрами, компенсируя отрицательное влияние массы. Поскольку в данном конкретном случае видно, что максимальное значение имеет скорость движения краев купола, то, смещая центр масс к оси гибкого элемента (у краев мате5 риал тоньше, к оси толще), можно еще увеличить скорость открытия клапана. Поэтому в предлагаемом техническом решении время открытия выпускного отверстия камеры не зависит ни от давления в камере, ни от

10 скорости перемещения привода, только от геометрии упругого элемента (прогиба и толщины) и свойств материала, из которого он сделан.

Габариты купольного элемента практи15 чески не влияют на угловую скорость "опрокидывания" купола, Но линейная скорость движения его торцового обреза с ростом диаметра растет V = а г,где в — угловая скорость, r — расстояние от центра враще20 ния, в данном случае радиус сферы в плане), т,е, растет скорость открытия проходного сечения выпускного отверстия камеры. В прототипе с ростом диаметра клапана увеличивается его масса и падает скорость, По25 этому предельный габарит формуемых опок

1500х1500, Предлагаемое устройство таких ограничений не имеет, В результате можно сделать вывод, что совокупность признаков, указанных выше, позволяет достичь цель—

30 расширение технологических возможностей, Следует отметить, что куполообразный элемент можно установить в камере по разному (фиг, 1 и 2), Во-первых, в состоянии

35 "Закрыто" купол выпуклостью направлен внутрь камеры, во-вторых, наружу, В этом случае в состоянии "Открыто" воздушный йоток в первом случае направлен к центру технологического блока, во втором — к краям

40 (фиг. 3 и 4). Перестановкой клапана можно концентрировать воздействие воздушного потока в нужных местах, что также расширяет технологические возможности устройства.

45 Такой показатель нагрузки, как градиент давления, является важным при импульсных способах формовки. С ростом скорости истечения газа, во-первых, возрастает удельный импульс потока, во-вторых, 50 в верхних слоях происходит интенсивная турбулизация газа, снижается газопроницаемость формовочной смеси, что способствует интенсивной передаче импульса частицам смеси (Г, М. Орлов. Автоматизация

55 и механизация процесса изготовления литейных форм, М., "Машиностроение, 1988 г). В результате повышается плотность и качество форм, т.е. скорость открытия клапана существенно влияет на качество формовки. Поэтому совокупность перечис1766594 ленных ранее признаков будет способствовать и достижению цели — повышению качества обработки.

Новым признаком заявляемого технического решения является то, что клапан 5 выполнен в виде гибкого упругого куполообразного элемента, имеющего два положения устойчивого равновесия. Сходного признака в аналогичных устройствах и прототипе не обнаружено. Помимо этого ука- 10 занный признак позволяет достичь поставленную цель, т.е, получить положительный эффект, Поэтому он отвечает не только критерию "новизна", но и "существенные отличия", 15

К новым можно отнести и следующие признаки: камера снабжена ограничителем перемещения клапана, а поверхность седла клапана выполнена наклонной. И хотя эти признаки не дают положительного 20 эффекта, они обеспечивают работоспособность устройства, Первый является стопорным элементом для обратного "опрокидывания" купола, приведения клапана в рабочее положение, второй препятствует 25 разгерметизации клапана до момента наступления состояния предельного равновесия упругого купольного элемента, Если седло клапана выполнять не наклонным (фиг. 5 и 6, пунктир), то при про- 30 хождении т. О через положение предельного равновесия купол начинает касаться седла в т, N и происходит преждевременная разгерметизация, Чтобы этого не было, седло выполнено наклонным к оси симметрии 35 и т. M не теряет соприкосновения с гермокантом седла вплоть до начала "опрокидывания" клапана, Помимо этого время прихода клапана в состояние предельного равновесия сокращается, если обрез купола 40 движется по наклонной поверхности, а не по плоской, Так, время выхода точки О в предельное равновесие при плоском седле определяют по формуле

Сп =—

V где f высота купола;

V — скорость привода, 50

Если седло выполнено наклонным, то точка обреза купола скользит не по горизонтали, а по наклонной поверхности навстречу точке О, Если — величина горизонтальной деформации, то перемеще- 55 ние обреза купола вверх равно h = Ictg а(а— угол наклона образующей к оси клапана).

Поэтому время прихода гибкого элемента в состояние предельного равновесия t2 в этом случае меньше, чем t1, и составляет

Iz—

f — Ictg а

То есть признак — "седло клапана выполнено наклонным к оси симметрии" — обеспечивает не только работоспособность устройства, но и позволяет достичь дополнительный положительный эффект, не указанный в цели изобретения — снижение цикла работы устройства.

На основании приведенных выше доводов можно сделать вывод, что устройство отвечает требованию "техническое решение" и критериям "новизна" и "существенные отличия".

На фиг. 1 и 2 изображен общий вид объекта. Устройство включает камеру 1 высокого давления, технологический блок 2, гибкий упругий куполообразный элемент 3, привод 4, регулируемый ограничитель хода

5, ограничитель 6 перемещения клапана и седло 7г клапана, Устройство работает следующим образом.

Приводом 4 перемещается клапан до упора в седло 7, после этого в камеру 1 пбдается сжатый газ до заданного давления, затем приводом 4 на клапан создается усилие в направлении стрелки а, деформирующее последней. В результате упругих деформаций торец клапана перемещается по наклонной поверхности седла 7 в радиальном направленйй, а точка 0 движется вдоль оси клапана, покуда последний не достигает состояния предельного равновесия (фиг. 6). Дальнейшее перемещение т. 0 в т, I

О вызовет потери устойчивости, края клапана 4 начнут двигаться по стрелке б, произойдет "опрокидывание" купола. В тот момент, когда вершина клапана достигнет

1 т. О, движение штока 4 прекращается ограничителем перемещения 5. В образовавшийся зазор h (фиг. 3 и 4) происходит истечение газа в направлении технологического блока 2, Для приведения клапана в исходное рабочее положение привод 4 перемещается в обратном направлении, купольный элемент упирается в ограничитель вертикального перемещения 6, "опрокидывание" происходит по описанной схеме. Устройство готово для повторения цикла.

Перемещая ограничитель хода 5 по стрелке в (фиг. 3 и 4), можно менять положение т. О и зазор h, управляя временем и скоростью истечения газа из камеры 1, Следует также отметить, что устройство можно применять для выбивки формы и очистки опок и отливок от формовочной смеси энергией сжатых газов.

1766594

Формула изобретения

Устройство для импульсной обработки материалов, содержащее камеру высокого давления, клапан, жестко связанный с при" водом его перемещения посредством штока, упоры, закрепленные на штоке, седло клапана, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения качества обработки, оно снабжено ограничителем перемещения клапана, закрепленным на

5 камере, при этом клапан выполнен в виде гибкого упругого куполообразного элемента, а поверхность седла клапана выполнена наклонной.

1766594!

Тигg

Ф

Составитель В.Вовк

Техред М,Моргентал Корректор A Koçoðèý

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул,Гагарина, 101

Заказ 3504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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