Металлическая опорная часть композиционной керамической формы, композиционная керамическая форма (варианты), способ изготовления композиционной керамической формы (варианты) и устройство для его осуществления (варианты)

Изобретение относится к литью в керамические формы по постоянным моделям. Композиционная керамическая форма содержит металлическую опорную часть с облицовочным слоем керамики. В опорной части и в слое керамики выполняют ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий и грузокрепежных отверстий. Диаметр технологического отверстия больше диаметра грузокрепежного отверстия. При закреплении грузозахватных элементов предотвращается повреждение облицовочных слоев керамики, граничащих с технологическими отверстиями. При нанесении облицовочного слоя в технологические отверстия устанавливают вставки для предотвращения проникновения жидкоподвижной керамической суспензии между ними. После нанесения слоя керамики вставки извлекают. Обеспечивается манипулирование оснасткой в процессе технологического цикла без повреждения облицовочного слоя керамики. 8 н. и 2 з.п. ф-лы, 20 ил.

 

Изобретения относятся к высокоточному литью в композиционные керамические формы по постоянным моделям.

В мировой технике изготовления высокоточного литья в керамические формы по постоянным моделям широко используются:

- композиционные керамические формы, содержащие опорные части с облицовочным слоем керамики на облицуемых поверхностях;

- способы изготовления композиционных керамических форм, включающие нанесение на облицуемые поверхности опорных частей облицовочного слоя керамики, удаление летучих веществ и прокалку керамики совместно с опорными частями;

- устройства для изготовления композиционных керамических форм, содержащие опорную часть с облицуемыми поверхностями и постоянную модель с формообразующими поверхностями, установленную относительно облицуемых поверхностей опорной части с зазорами, равными толщине облицовочных слоев керамики и сообщенными с заливочным отверстием и выпорами, см., например, следующие источники информации:

Авт. свид. СССР 59254, Каркас, 15.02.78, Бюл.6 [1];

Авт. свид. СССР 846057, Постоянная модель, 15.07.81, Бюл. 26 [2];

Небогатов Ю.Е. и др. Специальные виды литья, М., Машиностроение, 1975, с.159-162, рис.104 [3]; Иванов В.Н. и др. Литье в керамические формы по постоянным моделям, М., Машиностроение, 1975, с.5-7, рис.2, [4];

Стрюченко А.А. и др. Керамические формы в точном литье по постоянным моделям, М., Машиностроение, 1988, с.86-97 [5];

Косняну К. и др. Литье в керамические формы, М., Машиностроение, 1980, с.7-14, рис.14 [6];

Борисик А.Я. и др. Металлокерамические оболочковые формы для стальных отливок. Литейное производство.1986, 12, с.24-25 [7];

Галдин Н.М. и др. Цветное литье, справочник, М., Машиностроение, 1989, с.389-393 [8];

Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству, 1990, с: 116, 126, 148, 149 [9];

Ефимов В.А. и др. Специальные способы литья, справочник, 1991, с.132-140 [10];

Авт. свид. СССР №1369871, Способ извлечения постоянной модели из керамической формы и устройство для его осуществления, опублик. 30.01.88, Бюл. №4 [11].

Недостатком таких известных решений является то, что они неудобны для манипулирования при выполнении всевозможных технологических операций в силу неприспособленности их к использованию простейших, надежных крепежно-манипуляторных, крепежно-грузозахватных приспособлений типа рым-болтов и грузоподъемных средств, имеющихся практически в каждом производстве (в цехах заводов), что для обеспечения манипулирования необходимо создание дополнительных, довольно сложных вспомогательных средств оснащения, которые влекут за собой удорожание (и так дорогостоящего) литья, особенно в мелкосерийном производстве, где очень остро (из-за дороговизны) стоит вопрос целесообразности применения весьма прогрессивного высокоточного литья в керамические формы по постоянным моделям.

Наиболее близкими к описываемым изобретениям по совокупности существенных признаков являются технические решения по патенту Российской Федерации №2024343, опубликовано 15.12.94, Бюл. №23 (прототип), а именно:

- металлическая опорная часть композиционной керамической формы, содержащая стенки, имеющие внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливочное отверстие и выпоры;

- композиционная керамическая форма, содержащая металлическую опорную часть с облицовочными слоями керамики на формообразующих облицуемых поверхностях металлической опорной части;

- способ изготовления композиционной керамической формы, включающей нанесение на формообразующие облицуемые поверхности металлической опорной части облицовочных слоев керамики, удаление летучих веществ и прокалку керамики совместно с металлической опорной частью;

- устройство для изготовления композиционной керамической формы, содержащее металлическую опорную часть со стенками, имеющими внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливочное отверстие, и выпоры, и постоянную модель с формообразующими поверхностями, установленную относительно формообразующих облицуемых поверхностей стенок металлической опорной части с технологическими зазорами для формирования облицовочных слоев керамики, сообщенными с заливочным отверстием и выпорами.

Существенным недостатком известных решений является тот факт, что они неудобны для манипулирования при осуществлении всевозможных технологических операций по причине неприспособленности их к использованию простейших, надежных крепежно-манипуляторных, крепежно-грузозахватных приспособлений типа рым-болтов и грузоподъемных средств, которые имеются практически в каждом производстве (в любом литейном цехе, участке), что для обеспечения манипулирования при выполнении полного цикла сложнейших технологических операций (при очистке металлических опорных частей от остатков облицовочных слоев керамики; при сборочно-разборочных работах в процессе нанесения облицовочных слоев керамики на облицуемые поверхности металлической опорной части; при удалении летучих веществ и прокалке облицовочных слоев керамики совместно с металлическими опорными частями; при транспортировке металлических опорных частей без наличия и с наличием облицовочных слоев керамики; при сборке литейной формы перед заливкой металла; при выбивке отливок и при ремонте поврежденных металлических опорных частей необходимо создание дополнительных, довольно сложных вспомогательных средств оснащения, которые влекут за собой значительное удорожание (и так дорогостоящего) литья, особенно в мелкосерийном производстве, что является сдерживающим фактором крупномасштабного использования исключительно прогрессивного высококачественного литья в керамические формы по постоянным моделям.

При этом необходимо отметить, что этот недостаток известных решений сильно прогрессирует с возрастанием массы композиционных керамических форм и начинает отрицательно сказываться уже при массе более 20 кг в связи с тем, что в этих случаях процесс манипулирования усложняется, когда необходимо обеспечивать неповреждение облицовочных слоев керамики в интенсивных условиях выполнения технологических операций и одновременно гарантировать производственную безопасность обслуживающего персонала.

Необходимо также указать на то, что не всегда возможно создать вспомогательные средства манипулирования в силу того, что композиционные керамические формы бывают со всех сторон (или почти полностью) покрыты облицовочными слоями керамики и по этой причине невозможно изыскать надежных мест закрепления, чтобы не повредить керамику, а это значит, что в таких случаях приходится отказываться от этой технологии или надеяться исключительно только на мастерство и изобретательность рабочих, которые должны быть еще и силачами, причем без гарантии стабильного качества.

Описываемые изобретения лишены вышеуказанных недостатков, свойственных известным аналогичным техническим решениям, благодаря тому, что они приспособлены к использованию существующих простейших, надежных крепежно-манипуляторных, крепежно-грузозахватных приспособлений типа рым-болтов и грузоподъемных средств, имеющихся практически в любом литейном производстве (цехе, участке), которые позволяют эффективно осуществлять манипулирование без повреждения облицовочных слоев керамики при выполнении всевозможных технологических операций по полном циклу литейного процесса; причем без создания дополнительных дорогостоящих сложнейших средств оснащения, а путем простейшего конструктивно-технологического усовершенствования известных аналогичных технических решений; при этом они применимы для изготовления неограниченной (как по сложности, так и по размерам и массе) номенклатуры композиционных керамических форм.

Достигается столь значительный технический результат благодаря новой совокупности существенных признаков описываемых изобретений, а именно благодаря тому, что:

- в металлической опорной части композиционной керамической формы, содержащей стенки, имеющие внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливочное отверстие и выпоры (дополнительно в отличие от прототипа), в стенках выполнены коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок, при этом диаметры технологических отверстий больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий;

- в композиционной керамической форме, содержащей металлическую опорную часть с облицовочными слоями керамики на формообразующих облицуемых поверхностях металлической опорной части (дополнительно в отличие от прототипа), в облицовочных слоях керамики и в стенках металлической опорной части выполнены коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными облицовочными слоями керамики и смежными облицуемыми поверхностями металлической опорной части, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок металлической опорной части, причем диаметры сквозных отверстий в облицовочных слоях керамики равны или больше диаметров смежных технологических отверстий в металлической опорной части, диаметры технологических отверстий в металлической опорной части больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, при этом сквозные технологические отверстия в облицовочных слоях керамики и в металлической опорной части сообща заделаны керамикой заподлицо со смежными облицовочными слоями керамики или когда (в другом варианте) между дном технологических отверстий в металлической опорной части и смежными облицовочными слоями керамики в технологических отверстиях установлены прокладки;

- в способе изготовления композиционной керамической формы, включающем нанесение на формообразующие облицуемые поверхности металлической опорной части облицовочных слоев керамики, удаление летучих веществ и прокалку керамики совместно с металлической опорной частью (дополнительно в отличие от прототипа), в облицовочных слоях керамики и в стенках металлической опорной части выполняют коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями стенок металлической опорной части, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок металлической опорной части так, что диаметры технологических отверстий в облицовочных слоях керамики равны или больше диаметров технологических отверстий в стенках металлической опорной части, диаметры технологических отверстий в стенках металлической опорной части больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, а после установки композиционной керамической формы в литейную форму производят заделку указанных технологических отверстий керамикой таким образом, чтобы формообразующие поверхности заделанных частей керамики были заподлицо с формообразующими поверхностями смежных облицовочных слоев керамики, и технологическую доводку заделанных мест керамики путем прокалки нагревательными средствами, например газовыми горелками; или (в другом варианте способа) после установки композиционной керамической формы в литейную форму производят установку прокладок на дно технологических отверстий в металлической опорной части, перекрытие технологических отверстий со стороны облицовочных слоев керамики путем наложения на смежные формообразующие поверхности облицовочных слоев керамики пластин с заливочными отверстиями, заливку жидкоподвижной керамической суспензии через упомянутые заливочные отверстия до заполнения полостей технологических отверстий, ограниченных указанными прокладками и пластинами, отверждение жидкоподвижной керамической суспензии, удаление пластин, доводку образованных в технологических отверстиях участков керамики таким образом, чтобы их формообразующие поверхности были заподлицо со смежными формообразующими поверхностями облицовочных слоев керамики и прокалку заделанных мест керамики нагревательными средствами, например газовыми горелками;

- в первом варианте устройства для изготовления композиционной керамической формы, содержащего металлическую опорную часть со стенками, имеющими внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливочное отверстие, и выпоры, и постоянную модель с формообразующими поверхностями, установленную относительно формообразующих облицуемых поверхностей стенок металлической опорной части с технологическими зазорами для формирования облицовочных слоев керамики, сообщенными с заливочным отверстием и

выпорами (дополнительно в отличие от прототипа), в стенках металлической опорной части выполнены коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок, при этом диаметры технологических отверстий больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, а в технологических отверстиях установлены вставки, выступающие над смежными облицуемыми поверхностями на величину смежных технологических зазоров для формирования облицовочных слоев керамики;

- во втором варианте устройства для изготовления композиционной керамической формы, содержащего металлическую опорную часть со стенками, имеющими внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливочное отверстие, и выпоры, и постоянную модель с формообразующими поверхностями, установленную относительно формообразующих облицуемых поверхностей стенок металлической опорной части с технологическими зазорами для формирования облицовочных слоев керамики, сообщенными с заливочным отверстием и выпорами (дополнительно в отличие от прототипа), в стенках металлической опорной части выполнены коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок, при этом диаметры технологических отверстий больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, а в технологических отверстиях установлены упругие элементы в виде, например, кружков из листовой пористой резины или пружин и вставки, причем упругие элементы расположены между дном технологических отверстий и торцами вставок так, что величина выступов вставок над смежными облицуемыми поверхностями больше величины смежных технологических зазоров для формирования облицовочных слоев керамики.

- в третьем варианте устройства для изготовления композиционной керамической формы, содержащего металлическую опорную часть со стенками, имеющими внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливное отверстие, и выпоры, и постоянную модель с формообразующими поверхностями, установленную относительно формообразующих облицуемых поверхностей стенок металлической опорной части с технологическими зазорами для формирования облицовочных слоев керамики, сообщенными с заливочным отверстием и выпорами (дополнительно в отличие от прототипа), в стенках металлической опорной части выполнены коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок, при этом диаметры технологических отверстий больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, а в постоянной модели со стороны формообразующих поверхностей, смежных с упомянутыми технологическими отверстиями, выполнены сквозные ступенчатые отверстия, в которые установлены с возможностью регулируемых осевых перемещений подпружиненные вставки со штоками, хвостовики которых имеют регулируемые ограничители хода, причем величина выступов вставок над смежными формообразующими поверхностями в исходном положении больше величины смежных технологических зазоров для формирования облицовочных слоев керамики на величину установленных ходов, диаметры вставок больше диаметров технологических отверстий, а сквозные ступенчатые отверстия в постоянной модели и технологические отверстия в металлической опорной части расположены коаксиально.

Более подробно сущность изобретений раскрывается из дальнейшего описания с использованием чертежей, на которых изображено следующее:

на фиг.1 - диаметральный вертикально-осевой разрез исходной (прототипной) металлической опорной части;

на фиг.2 - диаметральный вертикально-осевой разрез металлической опорной части с выполненными технологическим и резьбовым грузокрепежным отверстиями;

на фиг.3 - диаметральный вертикально-осевой разрез металлической опорной части с закрепленным в резьбовом грузокрепежном отверстии рым-болтом, установленной в знаковую часть постоянной модели;

на фиг.4 - диаметральный вертикально-осевой разрез металлической опорной части с установленной в технологическое отверстие вставкой;

на фиг.5 - -диаметральный вертикально-осевой разрез устройства для изготовления композиционной керамической формы в сборе (до заливки жидкоподвижной керамической суспензии) на базе металлической опорной части на фиг.4;

на фиг.6 - диаметральный вертикально-осевой разрез устройства для изготовления композиционной керамической формы в сборе (до заливки жидкоподвижной керамической суспензии), где установленная в технологическое отверстие вставка подпружинена;

на фиг.7 - диаметральный вертикально-осевой разрез устройства для изготовления композиционной керамической формы в сборе (до заливки жидкоподвижной керамической суспензии), где технологическое и грузокрепежное отверстия выполнены в металлической опорной части, а подпружиненная вставка со штоком - в постоянной модели);

на фиг.8 - устройство на фиг.7 на финишной стадии заливки жидкоподвижной керамической суспензии;

на фиг.9 - устройство на фиг.5 на финишной стадии заливки жидкоподвижной керамической суспензии;

на фиг.10 - устройство на фиг.6 на финишной стадии заливки жидкоподвижной керамической суспензии;

на фиг.11 - устройство на фиг.5, 9 на стадии отверждения облицовочных слоев керамики;

на фиг.12 - устройство на фиг.11 после снятия корпуса постоянной модели и удаления вставки из технологического отверстия;

на фиг.13 - устройство на фиг.12 с закрепленным в резьбовом грузокрепежном отверстии рым-болтом;

на фиг.14 - установленная на специальную подставку (плиту) композиционная керамическая форма с рым-болтом, изготовленная с использованием устройства на фиг.5, 9, 11-13;

на фиг.15 - установленная в нижнюю песчаную полуформу композиционная керамическая форма с рым-болтом, изготовленная с использованием устройства на фиг.5, 9, 11 -14;

на фиг.16 - то же, что на фиг.15, но после удаления рым-болта из резьбового грузокрепежного отверстия и заделки технологического отверстия керамическим стержнем;

на фиг.17 - то же, что на фиг.15, но после удаления рым-болта из резьбового грузокрепежного отверстия, на стадии заделки технологического отверстия жидкоподвижной керамической суспензией;

на фиг.18 - то же, что на фиг.17, но после отверждения жидкоподвижной керамической суспензии и окончательной доводки заделанного керамикой места;

на фиг.19 - диаметральный вертикально-осевой разрез литейной формы с залитым металлом (композиционная керамическая форма в комбинации с песчаной формой);

на фиг.20 - то же, что на фиг.19, после затвердевания металла.

Пояснения:

1. С целью упрощения чертежей и облегчения понимания сущности описываемых изобретений все конструкционные элементы на фиг.1-20 имеют форму тел вращения, при этом их количество ограничено минимально необходимым.

2. Под термином “композиционная керамическая форма” подразумевается любая комбинация “системы металлическая опорная часть с облицовочными слоями керамики на облицуемых поверхностях”, а именно как в виде отдельной, самостоятельной литейной формы-емкости, в которую можно заливать металл, так и в виде стержней, которые могут использоваться в любых литейных формах, например в кокилях, в песчаных формах.

Для реализации описываемых изобретений производят изготовление всех необходимых конструкционных элементов [металлической опорной части, постоянной модели и т.д.], технологическую подготовку компонентов керамики и осуществляют полный цикл технологических операций.

В исходной (прототипной) металлической опорной части 1 с формообразующими облицуемыми поверхностями 2, заливочным отверстием 3 и выпором 4 (фиг.1) дополнительно выполняют в стенках коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия 5, состоящие из технологических отверстий 6, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями 2, и резьбовых грузокрепежных отверстий 7, граничащих с внутренними слоями стенок металлической опорной части (на фиг.2 представлен вариант конструктивного исполнения с одним сквозным ступенчатым отверстием 5 в центре верхней горизонтальной стенки металлической опорной части).

Диаметры d₂ технологических отверстий 6 должны быть больше диаметров d₁ резьбовых грузокрепежных отверстий 7, так как при этом условии обеспечивается удобство закрепления крепежно-манипуляторных, крепежно-грузозахватных приспособлений типа рым-болтов в грузокрепежных отверстиях 7 и предотвращаются повреждения облицовочных слоев керамики, граничащих с технологическими отверстиями, благодаря тому, что между крепежно-манипуляторными, крепежно-грузозахватными приспособлениями типа рым-болтов и смежными облицовочными слоями керамики образуются необходимые технолого-эксплуатационные зазоры, исключающие возможность контакта между ними в процессе выполнения всевозможных технологических операций.

Грузокрепежные отверстия 7 в металлических опорных частях 1 могут иметь различные конструкционные исполнения, но наиболее предпочтительным является вариант резьбовых грузокрепежных отверстий в силу того, что резьбовые соединения являются самыми распространенными, самыми простыми, самыми надежными, самыми доступными средствами быстроразъемных соединений и по этой причине в описываемых изобретениях грузокрепежные отверстия 7 выполнены резьбовыми, а в качестве крепежно-манипуляторных, крепежно-грузозахватных приспособлений использованы рым-болты 8 (на фиг.2-20 в грузокрепежных отверстиях 7 выполнена резьба, а на фиг.3, 13-15 показано использование рым-болтов 8).

Для обеспечения благоприятных условий манипулирования при осуществлении всевозможных технологических операций по полному циклу изготовления композиционной керамической формы, в частности при выполнении сборочно-разборочных работ по получению облицовочных слоев керамики, при сборке литейной формы, включающих такие сложные и ответственные кантовательные операции, как наклоны и повороты устройств в пределах 180° и более, рым-болты 8 должны быть приспособлены должным образом не только для грузоподъемных средств, но и для рук, например, рым-болты должны иметь удлиненные нерезьбовые части стержней и соответствующие размеры колец для удобства захвата руками.

Для осуществления способа изготовления композиционной керамической формы производят сборку предназначенного для этого устройства, для чего закрепляют рым-болт 8 в грузокрепежном отверстии 7, устанавливают с помощью грузоподъемного средства (или вручную – при небольшой массе) металлическую опорную часть 1 в знаковую часть 9 постоянной модели (фиг.3), удаляют рым-болт 8, устанавливают в технологическое отверстие 6 вставку 10 (фиг.4) и закрепляют корпус постоянной модели 11 (фиг.5), в результате чего между формообразующими облицуемыми поверхностями 2 металлической опорной части 1 и формообразующими поверхностями 12 корпуса постоянной модели 11 образуются технологические зазоры 13 величиной S₁ для формирования облицовочных слоев керамики.

Вставки 10 должны быть такими, чтобы величина h их выступов над смежными облицуемыми поверхностями 2 была равна величине S₁ смежных технологических зазоров 13 для формирования смежных облицовочных слоев керамики, так как при этом условии обеспечивается надежное прилегание друг к другу торцовых поверхностей выступов вставок 10 и смежных формообразующих поверхностей 12 корпуса постоянной модели 11 (фиг.4, 5), благодаря чему предотвращается возможность проникновения жидкоподвижной керамической суспензии между ними и этим самым обеспечивается, гарантируется получение высококачественных сквозных технологических отверстий в облицовочных слоях керамики.

Для удобства работы (при установках в технологические отверстия и извлечениях из них) вставки 10 целесообразно выполнять с резьбовыми отверстиями 14, фиг.6.

Следует иметь в виду, что необходимость обеспечения надежного прилегания друг к другу торцовых поверхностей выступающих частей вставок 10 и упомянутых смежных формообразующих поверхностей 12 в производственных условиях сопряжена со значительными трудностями и повышенными затратами в связи с требованием высокоточного изготовления всех составляющих деталей устройства для изготовления композиционных керамических форм, а именно металлических опорных частей 1, знаковых частей 9 и корпусов постоянных моделей 11, вставок 10.

Поэтому вставки 10 целесообразно выполнять подпружиненными, например, путем установки на дно технологических отверстий 6 кружков мягкой пористой резины, эластичного пенопласта типа поролона или проволочных пружин (в описываемом на фиг.6 варианте вставка 10 подпружинена кружком мягкой пористой резины 15, установленным на дно технологического отверстия 6), благодаря чему гарантируется надежное прилегание (прижатие) торцовых поверхностей вставок 10 к смежным формообразующим поверхностям 12 постоянных моделей 11 только за счет подпружиненных вставок 10 в силу того, что при этом величину h выступов вставок 10 (фиг.4) является возможным заранее устанавливать несколько больше (например, на 0,5-3 мм) величины S₁ указанных зазоров 13, так как в процессе сборки под воздействием постоянных моделей 11 вставки 10 утопают и величина h выступов автоматически устанавливается равной величине S₁ зазоров 13, то есть здесь отпадает необходимость высокоточного изготовления посадочных размеров остальных деталей (металлических опорных частей 1, знаковых частей 9 и корпусов постоянных моделей 11).

На фиг.7 представлен вариант устройства для изготовления композиционной керамической формы, где в стенке постоянной модели 11, со стороны формообразующей поверхности 12, смежной с технологическим отверстием 6 в металлической опорной части 1, выполнено сквозное одноступенчатое цилиндрическое отверстие 16, в которое установлена с возможностью регулируемого осевого перемещения вставка 17 со штоком 18, причем вставка 17 подпружинена со стороны внутренней полости отверстия 16 эластично упругим элементом типа проволочной пружины 19, а хвостовик штока 18 снабжен регулируемым ограничителем 20 (например, гайкой) перемещения вставки 17 на заранее заданную, установленную величину S₂ хода, отверстия 6 и 16 расположены коаксиально, диаметр d₃ вставки 17 больше диаметра d₂ отверстия 6, а величина выступающей части вставки 17 в исходном положении (до сборки и после разборки) больше зазора S₁ на величину S₂ установленного хода вставки 17.

Благодаря тому что отверстия 6 и 16 расположены коаксиально, что диаметр d₃ вставки 17 больше диаметра d₂ отверстия 6, что величина выступающей части вставки 17 в исходном положении (до сборки и после разборки) больше зазора S₁ на величину S₂ установленного хода вставки 17, обеспечивается перекрытие отверстия 6 вставкой 17 и надежное прижатие вставки 17 к смежной к отверстию 6 облицуемой поверхности 2 металлической опорной части 1, предотвращается возможность проникновения в полость технологического отверстия 6 жидкоподвижной керамической суспензии в процессе изготовления композиционной керамической формы.

Преимуществом устройства на фиг.7 (в сравнении с устройствами на фиг.5, 6) является то, что вставка 17 закреплена в постоянной модели 11 и по этой причине отпадает необходимость устанавливать их каждый раз в процессе сборки в технологические отверстия 6 и извлекать их при разборке устройства.

Вставки 10, 17 со стороны поверхностей, контактирующих с облицовочными слоями керамики, могут иметь технологические формовочные уклоны, обеспечивающие легкость извлечения их из технологических отверстий после нанесения облицовочных слоев керамики на облицуемые поверхности металлических опорных частей.

Заливку жидкоподвижной керамической суспензии 21 в устройство для изготовления композиционной керамической формы осуществляют через заливочное отверстие 3, при этом происходит заполнение технологических зазоров 13 для формирования облицовочных слоев керамики, выпоров 4, причем в момент вытекания избытка 22 суспензии 21 из выпоров 4 заливку прекращают, фиг.8, 9, 10.

Перед сборкой устройства для изготовления композиционной керамической формы формообразующие поверхности 12 постоянной модели 11 и поверхности вставок 10, 17, контактирующие с керамической суспензией 21 (с керамикой), покрывают тонким слоем разделительных смазок, благодаря чему предотвращается сцепление керамики с этими поверхностями оснастки, повышается качество облицовочных слоев керамики, улучшаются условия эксплуатации оснастки, причем в качестве разделительных смазок необходимо применять наиболее эффективные, например, растворы воска в скипидаре, стеарина в керосине.

В целях сокращения объема материалов заявки дальнейшее описание сущности изобретений будет базироваться только на основании варианта, представленного на фиг.4, 5, 9.

В результате отверждения жидкоподвижной керамической суспензии 21 в технологических зазорах 13 (фиг.9) на облицуемых поверхностях 2 металлической опорной части 1 (фиг.4, 5, 11) образуются облицовочные слои керамики 23.

В течение времени, когда керамика 23 находится в эластичном (гелеобразном) состоянии, производят разборку устройства путем удаления постоянной модели 11 и вставки 10, при этом на месте удаленной вставки 10 в облицовочном слое керамики 23 образуется сквозное технологическое отверстие 24 диаметром d₄, примерно равным диаметру вставки 10, фиг.12.

Поскольку диаметр вставки 10 примерно равен диаметру d₂ технологического отверстия 6 в металлической опорной части 1 и поскольку диаметр d₂ больше диаметра d₁ резьбового грузокрепежного отверстия 7, то диаметр d₄ сквозного технологического отверстия 24 в облицовочном слое керамики 23 также больше диаметра d₁, благодаря чему предотвращается возможность механических повреждений облицовочных слоев керамики 23, смежных с технологическим отверстием 24 крепежно-манипуляторными рым-болтами 8, фиг.12, 13.

Затем в грузокрепежном отверстии 7 закрепляют крепежно-манипуляторный рым-болт 8, извлекают из знаковой части 9 композиционную керамическую форму 25, устанавливают на подставку 26 (или специальную плиту) для осуществления дальнейших технологических операций, например выжигания горючих компонентов керамики 23, прокалки композиционной керамической формы 25, фиг.12-14.

Композиционная керамическая форма 25 может быть использована в комбинации с другими формами, например с песчаными формами для изготовления литейных металлических форм (кокилей), при этом облицовочные слои керамики формируют поверхности ответственного назначения, а песчаные формы - поверхности отливок общего назначения.

Для использования композиционной керамической формы 25 в комбинации с песчаными формами в изготовленную нижнюю песчаную полуформу 27 устанавливают композиционную керамическую форму 25 (фиг.15), удаляют рым-болт 8 и заделывают технологическое отверстие керамикой путем установки, например, заранее изготовленного керамического стержня 28, при этом важно, чтобы формообразующая поверхность 29 керамического стержня 28 была заделана заподлицо со смежными поверхностями 30 облицовочного слоя керамики 23, так как формообразующая поверхность 29 керамического стержня 28 и смежные поверхности 30 облицовочного слоя керамики 23 образуют единую формообразующую поверхность композиционной керамической формы 25, фиг.16.

Заделка технологического отверстия может быть осуществлена другим методом, например, путем установки на дно технологического отверстия прокладки 31, перекрытия отверстия 24 наложением на смежные поверхности 30 облицовочного слоя керамики 23 пластины 32 с заливочным отверстием 33, через которое производят заливку жидкоподвижной керамической суспензии 21 до заполнения полости, ограниченной прокладкой 31 и пластиной 32, фиг.17, 12.

После отверждения жидкоподвижной керамической суспензии 21 пластину 32 удаляют, производят доводку образовавшегося участка 34 облицовочного слоя керамики так, чтобы его формообразующая поверхность 35 была заподлицо со смежными поверхностями 30 облицовочного слоя керамики 23 (фиг.17, 18), а затем прокаливают небольшой участок 34 облицовочного слоя керамики каким-нибудь нагревателем, например газовой горелкой, ламповым нагревателем-рефлектором, электронагревателем, при этом процесс прокалки является быстротечным (кратковременным), поскольку участок 34 является микровеличиной (десятые-сотые доли процента) в сравнении со всей формообразующей поверхностью облицовочного слоя керамики 23 композиционной керамической формы 25.

Заделку технологических отверстий можно производить также керамической пастой.

Для изготовления отливок, например кокилей с литой рабочей поверхностью без применения механической обработки резанием, закрепляют в нижней полуформе 27 верхнюю песчаную полуформу 36 и производят заливку расплавленного металла 37, при этом формообразующие поверхности облицовочных слоев керамики 23 и керамического стрежня 28 композиционной керамической формы 25 формируют рабочие поверхности ответственного назначения, а песчаные поверхности полуформы 36 - остальные поверхности отливки 38 обыкновенного назначения, фиг.19, 20.

Для последующего (повторного) изготовления композиционной керамической формы производят выбивку литейной формы и очистку опорной части 1 от остатков керамики на облицуемых поверхностях 2, в выпорах 4, в заливочном 3 и технологическом 6 отверстиях с тем, чтобы металлическая опорная часть 1 имела первоначальный вид, показанный на фиг.2.

В целях уменьшения объема материалов заявки сущность и процесс осуществления изобретений (в описании и на чертежах) продемонстрированы с использованием только одного сквозного ступенчатого отверстия 5, состоящего из технологического 6 и резьбового грузокрепежного 7 отверстий, и одного рым-болта 8, однако необходимо иметь в виду, что количество последних устанавливается на практике в зависимости от конкретных условий, с учетом, например, конструкционно-технологических особенностей, размеров и массы металлических опорных частей и композиционных керамических форм, так что их количество может быть и 2, и 3, и более.

Необходимо также иметь в виду, что рым-болты 8 можно закреплять в сквозных резьбовых грузокрепежных отверстиях 7 не только со стороны облицовочных слоев керамики 23, но и с прямо противоположной стороны (а именно со стороны внутренних слоев стенок металлической опорной части 1), причем рым-болты 8 с удлиненными нерезьбовыми частями стержней являются еще и своеобразными рычагами, с помощью которых не только выполняются такие сложные и ответственные манипуляторные операции, как наклоны и повороты на 180° и более, когда устройства находятся в подвешенном состоянии, например, на цапфах, но и этим самым для этих целей исключается необходимость силового взаимодействия с формообразующими поверхностями облицовочных слоев керамики 23 руками (в рабочих перчатках, рукавицах) или специальными приспособлениями (на чертежах закрепление устройств на цапфах не показано, однако представлено выполнение ряда технологических операций, осуществляемых с поворотом на 180°, фиг.3-15).

Таким образом, описываемые изобретения дают возможность изготовлять в высшей степени высококачественные композиционные керамические формы без каких-либо повреждений облицовочных слоев керамики не только в местах, смежных с технологическими отверстиями 24, но и во всех без исключения остальных местах.

Следует обратить внимание на тот факт, что неординарность описываемых изобретений состоит в том, что выполнение сквозных ступенчатых отверстий в стенках композиционных керамических форм производится в, казалось бы, невозможных, недопустимых местах, а именно в местах самого ответственного назначения, то есть в формообразующих слоях керамики, где даже малейшее нарушение, повреждение естественно-технологической целостности формообразующих поверхностей керамики влечет за собой неизбежное ухудшение качества литых деталей, приводит к возникновению дефектов, брака отливок.

Описываемые изобретения являются новейшим высокоэффективным разветвлением, направлением развития, совершенствования весьма прогрессивного самого высокоточного литья в композиционные керамические формы по постоянным моделям и, безусловно, будут способствовать расширению арсенала средств и масштабов его промышленного использования.

При осуществлении всевозможных технологических операций в процессе изготовления и эксплуатации композиционных керамических форм описываемые изобретения позволяют использовать для манипулирования такие простые, надежные и доступные грузокрепежные, грузозахватные и грузоподъемные приспособления и средства, как: рым-болты, тельферы, тали с ручным, электрическим и пневматическим приводом; кран-балки, мостовые краны; канаты, цепи с крюками, скобами, кольцами на концах, которые имеются во всех литейных цехах, участках на заводах, благодаря чему исключается необходимость проектирования и изготовления специальных довольно сложных грузокрепежных, грузозахватных манипуляторных приспособлений с различными механическими или электромагнитными захватами-зажимами, к тому же не гарантирующих неповреждение облицовочных слоев керамики.

Описываемые изобретения дают возможность в десятки раз сократить производственные затраты на создание средств манипулирования для осуществления всевозможных технологических операций в процессе изготовления и эксплуатации композиционных керамических форм.

Проведена экспериментальная проверка эффективности описываемых изобретений на оснастке по изготовлению чугунных кокилей для колес шахтных вагонеток, при этом в состав оснастки входили следующие детали-элементы:

- постоянные модели для корпуса и крышки кокиля из эпоксидной пластмассы, армированной стеклотканью;

- опорные части из серого чугуна для корпуса и крышки кокиля массой 54 и 34 кг соответственно;

- вставки 10, 17 из стали, поверхности отполированы, диаметром 23,9 мм.

диаметры технологических отверстий 24 мм, диаметры грузокрепежных отверстий 16 мм, резьба M 16×1,5;

- в качестве упругих элементов использованы кружки из пористой резины толщиной 5 мм;

- величина зазоров S₁ для облицовочных слоев керамики 6-8 мм;

- рым-болты М 16×1,5 с кольцевыми наконечниками для захвата крюками, петлями каната, руками;

- керамические стержни 28 диаметром 23,9 мм.

В качестве грузоподъемного средства использовалась кран-балка с электротельфером.

Для образования облицовочных слоев керамики 23 использовался следующий состав жидкоподвижной керамической суспензии 21:

1. Гидролизованный раствор этилсиликата(ГРЭ) 1 л;

2. Огнеупорный наполнитель (песок 30% + молотый кварц 70%) 2,5-3 кг;

3. Гелеобразователь (10%-ный водный раствор аммиака) 30-40 мл на 1 л ГРЭ.

После прокалки композиционные керамические формы устанавливались в нижние полуформы на плацу, заделывались керамикой (путем установки керамических стержней диаметром 23,9 мм в технологические отверстия 6), устанавливались верхние песчаные полуформы и производилась заливка чугуном.

Процесс манипулирования при осуществлении всевозможных технологических операций по полному циклу изготовления (и использования) композиционных керамических форм осуществлялся с помощью кран-балки с электротельфером путем захватов петлями канатов, крюками за кольцевые наконечники рым-болтов, закрепляемых в грузокрепежных отверстиях, то есть путем использования имеющихся в литейном цехе грузоподъемных средств (а именно, кран-балки) и простейших и надежных резьбовых грузокрепежных, грузозахватных рым-болтов, изготовленных из стального прутка диаметром 16 мм, при этом процесс манипулирования проводился четко, надежно без повреждения облицовочных слоев керамики; изготовляемые комплекты кокилей (корпуса и крышки массой 120 кг и 90 кг соответственно) получаются высочайшего качества (по чистоте формообразующих поверхностей и точности размеров превосходят требования стандартов), после очистки являются годными к использованию, то есть отпадает необходимость применения какой-либо дальнейшей обработки на металлорежущих станках.

Таким образом, для реализации описываемых изобретений требуются незначительные дополнительные производственные затраты на изготовление ступенчатых отверстий (грузокрепежных и технологических), вставок, рым-болтов, нарезание резьбы в грузокрепежных отверстиях, взамен проектирования и изготовления специальных довольно сложных приспособлений с механическими или электромагнитными захватами-зажимами, которые традиционно используются для этих целей, причем без гарантии неповреждения облицовочных слоев керамики, иными словами, без гарантии высококачественного изготовления композиционных керамических форм.

1. Металлическая опорная часть композиционной керамической формы, содержащая стенки, имеющие внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливочное отверстие и выпоры, отличающаяся тем, что в стенках выполнены коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок, при этом диаметры технологических отверстий больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий.

2. Композиционная керамическая форма, содержащая металлическую опорную часть с облицовочными слоями керамики на формообразующих облицуемых поверхностях металлической опорной части, отличающаяся тем, что в облицовочных слоях керамики выполнены сквозные отверстия, расположенные коаксиально смежным технологическим отверстиям в металлической опорной части, причем диаметры сквозных отверстий в облицовочных слоях керамики равны или больше диаметров смежных технологических отверстий в металлической опорной части, при этом сквозные отверстия в облицовочных слоях керамики и смежные технологические отверстия в металлической опорной части сообща заделаны керамикой заподлицо со смежными облицовочными слоями керамики.

3. Композиционная керамическая форма, содержащая металлическую опорную часть с облицовочными слоями керамики на формообразующих облицуемых поверхностях металлической опорной части, отличающаяся тем, что в облицовочных слоях керамики выполнены сквозные отверстия, расположенные коаксиально смежным технологическим отверстиям в металлической опорной части, причем диаметры сквозных отверстий в облицовочных слоях керамики равны или больше диаметров смежных технологических отверстий в металлической опорной части, при этом сквозные отверстия в облицовочных слоях керамики и смежные технологические отверстия в металлической опорной части сообща заделаны керамикой заподлицо со смежными облицовочными слоями керамики, а между дном технологических отверстий в металлической опорной части и смежными облицовочными слоями керамики в технологических отверстиях установлены прокладки.

4. Способ изготовления композиционной керамической формы, включающий нанесение на формообразующие облицуемые поверхности металлической опорной части облицовочных слоев керамики, удаление летучих веществ и прокалку керамики совместно с металлической опорной частью, отличающийся тем, что в облицовочных слоях керамики и в стенках металлической опорной части выполняют коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями стенок металлической опорной части, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок металлической опорной части так, что диаметры технологических отверстий в облицовочных слоях керамики равны или больше диаметров технологических отверстий в стенках металлической опорной части, диаметры технологических отверстий в стенках металлической опорной части больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, а после установки композиционной керамической формы в литейную форму производят заделку указанных технологических отверстий керамикой таким образом, чтобы формообразующие поверхности заделанных частей керамики были заподлицо с формообразующими поверхностями смежных облицовочных слоев керамики, и технологическую доводку заделанных мест керамики путем прокалки нагревательными средствами, например, газовыми горелками.

5. Способ изготовления композиционной керамической формы, включающий нанесение на формообразующие облицуемые поверхности металлической опорной части облицовочных слоев керамики, удаление летучих веществ и прокалку керамики совместно с металлической опорной частью, отличающийся тем, что в облицовочных слоях керамики и в стенках металлической опорной части выполняют коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями стенок металлической опорной части, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок металлической опорной части так, что диаметры технологических отверстий в облицовочных слоях керамики равны или больше диаметров технологических отверстий в стенках металлической опорной части, диаметры технологических отверстий в стенках металлической опорной части больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, а после установки композиционной керамической формы в литейную форму производят установку прокладок на дно технологических отверстий в металлической опорной части, перекрытие технологических отверстий со стороны облицовочных слоев керамики путем наложения на смежные формообразующие поверхности облицовочных слоев керамики пластин с заливочными отверстиями, заливку жидкоподвижной керамической суспензии через упомянутые заливочные отверстия до заполнения полостей технологических отверстий, ограниченных указанными прокладками и пластинами, отверждение жидкоподвижной керамической суспензии, удаление пластин, доводку образованных в технологических отверстиях участков керамики таким образом, чтобы их формообразующие поверхности были заподлицо со смежными формообразующими поверхностями облицовочных слоев керамики и прокалку заделанных мест керамики нагревательными средствами, например, газовыми горелками.

6. Устройство для изготовления композиционной керамической формы, содержащее металлическую опорную часть со стенками, имеющими внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливочное отверстие и выпоры, и постоянную модель с формообразующими поверхностями, установленную относительно формообразующих облицуемых поверхностей стенок металлической опорной части с технологическими зазорами для формирования облицовочных слоев керамики, сообщенными с заливочным отверстием и выпорами, отличающееся тем, что в стенках металлической опорной части выполнены коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок, при этом диаметры технологических отверстий больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, а в технологических отверстиях установлены вставки, выступающие над смежными облицуемыми поверхностями на величину смежных технологических зазоров для формирования облицовочных слоев керамики.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что во вставках выполнены резьбовые отверстия.

8. Устройство для изготовления композиционной керамической формы, содержащее металлическую опорную часть со стенками, имеющими внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливочное отверстие и выпоры, и постоянную модель с формообразующими поверхностями, установленную относительно формообразующих облицуемых поверхностей стенок металлической опорной части с технологическими зазорами для формирования облицовочных слоев керамики, сообщенными с заливочным отверстием и выпорами, отличающееся тем, что в стенках металлической опорной части выполнены коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок, при этом диаметры технологических отверстий больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, а в технологических отверстиях установлены упругие элементы в виде, например, кружков из листовой пористой резины или пружин, и вставки, причем упругие элементы расположены между дном технологических отверстий и торцами вставок так, что величина выступов вставок над смежными облицуемыми поверхностями больше величины смежных технологических зазоров для формирования облицовочных слоев керамики.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что во вставках выполнены резьбовые отверстия.

10. Устройство для изготовления композиционной керамической формы, содержащее металлическую опорную часть со стенками, имеющими внутренние слои и формообразующие облицуемые поверхности, заливочное отверстие и выпоры, и постоянную модель с формообразующими поверхностями, установленную относительно формообразующих облицуемых поверхностей стенок металлической опорной части с технологическими зазорами для формирования облицовочных слоев керамики, сообщенными с заливочным отверстием и выпорами, отличающееся тем, что в стенках металлической опорной части выполнены коаксиально расположенные сквозные ступенчатые отверстия, состоящие из технологических отверстий, граничащих со смежными формообразующими облицуемыми поверхностями, и резьбовых грузокрепежных отверстий, граничащих со смежными внутренними слоями стенок, при этом диаметры технологических отверстий больше диаметров резьбовых грузокрепежных отверстий, а в постоянной модели со стороны формообразующих поверхностей, смежных с упомянутыми технологическими отверстиями, выполнены сквозные ступенчатые отверстия, в которые установлены с возможностью регулируемых осевых перемещений подпружиненные вставки со штоками, хвостовики которых имеют регулируемые ограничители хода, причем величина выступов вставок над смежными формообразующими поверхностями в исходном положении больше величины смежных технологических зазоров для формирования облицовочных слоев керамики на величину установленных ходов, диаметры вставок больше диаметров технологических отверстий, а сквозные ступенчатые отверстия в постоянной модели и технологические отверстия в металлической опорной части расположены коаксиально.