способ изготовления изделия (варианты)

Формула изобретения

1. Способ изготовления изделия, включающий подачу жидкого материала в кристаллизатор, последовательное формирование контуров изделия на основании и заливку в контуры материала внутренней части изделия, отличающийся тем, что формирование изделия осуществляют послойно и дискретно, при этом в слое сначала формируют внутренние контуры изделия, а затем внешние до образования бортиков высотой, равной высоте слоя изделия, а заливку в контуры материала внутренней части осуществляют до высоты, совпадающей или меньшей высоты бортика, затем изготовление слоев повторяют, при этом основанием для изготавливаемого слоя служит верхнее основание предыдущего изготовленного слоя, а количество слоев выбирают, исходя из требуемой высоты изделия.

2. Способ изготовления изделия, включающий подачу жидкого материала в форму и последовательное формирование на основании изделия, отличающийся тем, что на основании производят послойное и дискретно-последовательное формирование формы для изготовления изделия, при этом в слое сначала формируют контуры формы, начиная с внутренних ее контуров, до образования бортиков высотой, равной высоте слоя формы, производят заливку в контуры материала внутренней части слоя формы до высоты, совпадающей или меньшей высоты бортиков, затем изготовление слоев формы повторяют, при этом основанием для изготавливаемого слоя служит верхнее основание предыдущего изготовленного слоя, количество слоев выбирают исходя из требуемой высоты изделия, подачу жидкого материала изделия внутрь слоев формы осуществляют послойно и дискретно или непрерывно, а по окончании изделия форму удаляют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изготовления изделий любой формы.

Из уровня техники известен способ получения изделия путем заливки в кристаллизатор жидкого металла, при котором осуществляют последовательное формирование контуров изделия на основании в кристаллизаторе и заливку в контуры материала внутренней части. Затвердевший полый слиток служит кристаллизатором для сердцевины (1).

Недостатки способа заключаются в ограниченности применения его по форме изделия: способ не позволяет изготовлять изделия с произвольной формой поверхности. Кроме того, способ не позволяет получать полностью готовые изделия.

Задачей изобретения является создание такой технологии литья, при которой возможно изготовление любого по сложности изделия в автоматическом режиме.

Поставленная задача решается тем, что формирование изделия осуществляется послойно и дискретно, при этом в слое сначала формируют внутренние контуры изделия, а затем внешние до образования бортиков высотой, равной высоте слоя изделия, а заливку в контуры материала внутренней части осуществляют до высоты, совпадающей или меньшей высоты бортика, затем изготовление слоев повторяют, при этом основанием для изготавливаемого слоя служит верхнее основание предыдущего изготовленного слоя, а количество слоев выбирают, исходя из требуемой высоты изделия.

По второму варианту способа на основании производят послойное и дискретно-последовательное формирование формы для изготовления изделия, при этом в слое сначала формируют контуры формы, начиная с внутренних ее контуров, до образования бортиков высотой, равной высоте слоя формы, производят заливку в контуры материала внутренней части слоя формы до высоты, совпадающей или меньшей высоты бортиков, затем изготовление слоев формы повторяют, при этом основанием для изготавливаемого слоя служит верхнее основание предыдущего слоя, количество слоев выбирают, исходя из требуемой высоты изделия, подачу жидкого материала изделия внутрь слоев формы осуществляют послойно и дискретно или непрерывно, а по окончании изготовления изделия форму удаляют.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 изображено изделие, а на фиг. 2 показано деление изделия на слои.

Изготавливаемое изделие разбивается при помощи программного обеспечения на слои. Под слоем изделия понимается часть его, расположенная между некоторыми параллельными плоскостями A и B, параллельными также и основанию станины установки для литья. Под структурной прямой слоя понимается прямая, которая начинается на нижнем основании слоя и заканчивается на верхнем основании этого же слоя и проходит через центры сечений изделия на нижнем и верхнем основании слоя изделия.

На фиг. 2 изображено изделие, разделенное на слои. Нумерация слоев начинается с самой нижней точки изделия, и начальному слою присваивается цифра 1. Для слоя 1 изделия высотой слоя 1 будет расстояние между плоскостями A и B, высотой слоя 2 - расстояние между плоскостями B и C и т.д. На фиг. 2 показаны все структурные прямые для изделия. Например, у слоя 1 имеются две структурные прямые (7, 8) и (1, 2). Слой 2 характеризуют три структурные прямые (13, 14), (8, 9) и (2, 3).

По первому варианту способ осуществляют следующим образом.

Изготовление изделия ведут послойно снизу вверх. Начало изготовления изделия начинается с самой нижней точки скелета изделия. Каждый последующий слой начинается с верхнего основания ниже лежащего слоя изделия.

Последовательно изготавливается каждая внутренняя граница слоя изделия, если внутренняя граница или границы имеются у слоя изделия. После окончания изготовления всех внутренних границ слоя изделия переходят к изготовлению внешней границы слоя изделия до образования бортиков. Внешняя граница слоя изделия должна изготавливаться последовательно и непрерывно. По окончании изготовления внешней границы во внутреннюю полость, расположенную между границами слоя изделия, заливается жидкий материал. Поскольку граница слоя изделия уже изготовлена, то жидкий материал займет необходимый объем и примет требуемую форму, соответствующую форме изделия на слое. На этом технологический процесс изготовления слоя изделия заканчивается. Последующий этап технологического процесса изготовления изделия заключается в изготовлении следующего слоя.

Повторяя технологические операции по изготовлению слоя изделия требуемое число раз, равное количеству слоев изделия, изготавливается требуемое изделие.

По второму варианту способ осуществляют следующим образом.

В качестве изготавливаемого изделия служит форма, которая при заливке ее жидким материалом формирует требуемое изделие. Изготавливаемая форма разбивается при помощи программного обеспечения на слои. Для рассматриваемого изделия строят скелет, т.е. выделяют набор особенностей в форме его. В зависимости от того, как были выделены структурные особенности изделия, его разбивают на слои.

Изготовление ведется послойно снизу вверх. Начало изготовления начинается с самой нижней точки скелета изделия. Последовательно изготавливается каждая внутренняя граница составляющей слоя литейной формы, если внутренняя граница или границы имеются у слоя. После окончания изготовления всех внутренних границ слоя формы переходят к изготовлению внешней границы слоя формы. Процесс изготовления внешней границы слоя формы рекомендуется в технологическом плане реализовать таким же образом, как и процесс изготовления внутренней границы. Внешняя граница слоя должна изготавливаться последовательно и непрерывно. По окончании изготовления внешней границы во внутреннюю полость, расположенную между границами слоя формы, заливается жидкий материал внутренней части слоя. Поскольку граница слоя уже изготовлена, то жидкий материал займет необходимый объем и примет требуемую форму, соответствующую изготавливаемому слою формы. Процесс заливки жидкого материала во внутреннюю полость можно реализовать различным образом, например, заливка материала может быть реализована непрерывным способом и зависит от того, какие свойства необходимо придать форме. На этом технологический процесс изготовления слоя формы заканчивается. Последующий этап технологического процесса заключается в изготовлении следующего слоя, при этом основанием нового слоя служит верхнее основание предыдущего слоя. Изготовление изделия осуществляют путем заливки жидкого материала изделия внутрь слоев формы, при этом заливку осуществляют послойно и дискретно или непрерывно. Количество слоев выбирают, исходя из требуемой высоты изделия. После остывания формы и отливки до некоторой температуры форма убирается и изделие удаляется из формы.

Для возможности изготовления изделия любой формы необходимо совместно с основными технологическими операциями (реализованные по способу 1 или по способу 2) использовать дополнительные операции, предназначенные для изготовления изделия в особо сложных участках изделия. К таким дополнительным технологическим операциям относится операция "вставка". Когда изготовление слоев детали в окрестности особой точки присоединения становится невозможным, вводится тонкая пластина, которая плотно располагается на верхнем основании изготовленного слоя и служит нижним основанием для изготовленного слоя. Поверхность пластины должна полностью копировать поверхность верхнего основания предыдущего слоя, т.е. на поверхности пластины вырезаются участки, соответствующие верхнему основанию составляющих предыдущего слоя изделия.

Для осуществления способа по первому варианту используются формирователи - внутренний и внешний.

Внешний формирователь служит для изготовления внутренней и внешней границ слоя изделия. Внутренний формирователь предназначен для заливки материала во внутреннюю полость между границами слоя.

Производится расчет литейного процесса с использованием программных средств ЭВМ.

Производится проверка соблюдения технологических требований, предъявляемых как к технологическому оборудованию, так и к получению изделия с требуемыми свойствами и качеством. Если проверка не дала положительный результат, изменяют значение высоты слоя изделия или иные нестационарные параметры литейной системы и процесс расчета составляющих слоя или слоев повторяют.

Загружают материалы в электропечи и разогревают их до требуемой температуры, которая должна быть достаточной для обеспечения соединения слоев без дефектов. Заполняют из электропечей жидким материалом соответственно внутренний и внешний формирователи и устанавливают их в начальные точки обработки. Переходят к изготовлению границы слоя изделия. Подают жидкий материал в формоизготовляющий элемент формирователя внешнего. С начала попадания первых капель жидкого материала в формоизготовляющий элемент начинается изготовление границы слоя изделия. В технологии требуется непрерывное последовательное изготовление границы слоя изделия, поэтому и подача жидкого материала в формоизготовляющий элемент должна быть реализована непрерывным способом. Осуществляют последовательное изготовление границы высотой, равной высоте слоя изделия. Процесс изготовления границы слоя изделия состоит из непрерывного управления пространственной ориентацией и формой формоизготовляющего элемента таким образом, что в любой момент времени поверхность формоизготовляющего элемента копирует (повторяет) часть или всю поверхность слоя изделия. Материал поступает в формоизготовляющий элемент формирователя внешнего в жидком состоянии, а в процессе придания требуемой формы части границы слоя изделия выходит из формоизготовляющего элемента в твердом состоянии. Окончанию процесса изготовления границы слоя соответствует замыкание границы. Точкой, в которой граница замыкается, служит начальная точка обработки.

Формирователь внешний убирают в точку ожидания, а формирователь внутренний устанавливают в начальную точку обработки. Производят заполнение слоя изделия жидким материалом области, расположенной либо внутри внешней границы, либо между внешней границей и внутренними границами до высоты, совпадающей или меньшей высоты бортика границы. Формирователь внутренний убирают в точку ожидания. Переходят к изготовлению следующего слоя изделия до окончательного изготовления его. Жидкий материал, оставшийся в электропечах и формирователях, сливают в отстойник. Изделия выдерживают до остывания вне формы.

При изготовлении литейной формы используют последовательность операций, описанную выше. Заливка в форму материала отливки может вестись либо непрерывно, либо дискретно. Материал формы должен иметь более высокую температуру кристаллизации, чем материал отливки. При дискретном процессе используют дополнительный внутренний формообразователь. После изготовления слоя формы второй внутренний формообразователь устанавливают в начальную точку обработки и производят заполнение слоя формы жидким материалом изделия (отливки). По окончании процесса изготовления формы и отливки выдерживают их до остывания отливки и удаляют отливку из формы.

Способ обладает универсальностью, обеспечивает возможность быстрой переналадки оборудования, получение качественных изделий.