Установка для изготовления тел вращения методом послойной кристаллизации расплава на затравку

 

Изобретение относится к вакуумной металлургии, в частности к установкам для изготовления тел вращения методом послойной кристаллизации расплава на затравку. Цель - получение заготовок с закристаллизованными слоями материала заданного профиля, не требующего дальнейшей механической обработки, и улучшение качества кристаллизующихся на затравке слоев материала путем деформирования их с заданной величиной пластической деформации. Установка (У) содержит вакуумную камеру 1, механизм 2 закрепления затравки 3 на торце горизонтально расположенного вала (В) 4 и вращения ее вокруг собственной оси, тигель 5 с механизмом подпитки и систему электронно-лучевого нагрева. У снабжена охлаждаемым профильным валком (ВК) 13, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси вращения В 4, механизмом вращения ВК 13, устройством синхронизации линейных скоростей вращения ВК 13 и В 4 и механизмом поступательного перемещения тигля. При этом механизм вращения ВК 13 выполнен в виде двух параллельно установленных в корпусе и соединенных между собой посредством шестерен 15 и 16 валов 17 и 18, один из которых - ведомый 18 связан с ВК 13, а другой - ведущий 17 соединен с приводом. Кроме того, У снабжена устройством синхронизации перемещения тигля 5 и ВК 13 на толщину единичного кристаллизующегося слоя, которое выполнено в виде шестерни 36, закрепленной на корпусе 21, и рейки 37, кинематически связанной посредством винтовой пары 40 с механизмом 30 поступательного осевого перемещения тигля 5. Устройство синхронизации линейных скоростей вращения ВК 13 и В 4 выполнено в виде двух скошенных и обращенных скосами одна к другой втулок 19 и 20. Втулка 19 жестко скреплена с корпусом 21 механизма вращения ВК 13. Втулка 20 свободно размещена на ведущем валу 17 с возможностью поступательного перемещения по направляющей 22 и опирания прямой торцовой стороной через упорный подшипник 23 на подпружиненное упругим элементом 24 в осевом направлении фрикционное колесо 25, установленное на направляющей шпонке 26 ведущего вала 17 с возможностью осевого перемещения и контактирования с колесом 27, связанным с механизмом 2 вращения затравки и через коническую зубчатую пару колес 28 и 29 с В 4 затравки 3. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) ()) С 22 В 9/22 с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПС ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4630626/31-02 (22) 21.09.88 (46) 07.12.90. Бюл. Ь- 45 (71) Институт электросварки им. E.Î. Патона (72) Б. А. Мовчан, 11. Р ° Музыка и Н. A. Горба (53) 621.365(088.8) (56) Ц<ликов А. И., Романчиков Б. Ф.

Гидравлические нажимные механизмы для систем автоматизации прокатных станов в СССР и за рубежом. — Металлургическое оборудование. М.: Ш1ИинАормтяжмяю, 1974, М - 8, с. 3-6.

М< вчан Б. А., Малашенко И. С, 1!!аростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. Киев, Наукова думка, 1983, с. 204.

Л вЂ” «.

2 (54) УСТАНОВКА )!ЛЯ ИВГОТОВ11ЕН11Я ТЕЛ

ВРАЩЕНИЯ МЕТОДОМ ПОСЛО111Ю!! КР1! СТА,. П! !".

ЗАЦИИ РАСПЛАВА НА ЗАТРАВК) (57) Изобретение относится к вакуумной металлургии, в част»ест« к уста- новкам для изгото»ле»«я тел вря1.!е1«1л методом послойной кристаллпзяц«п расплава на затравку. !!ель — получение заготовок с закрпсталлизонянным« слоями материала заданного профиля, HL требуМщего дальнейшей меха»пческой обработки, и улуч.пеппе качества крпсталлпзующихся ..а затравке слое» ма-. териала путем деформирова«пл Нх с заданной величиной пластической деформации. Установка (У) содержит вакуумную (D камеру 1, механизм 2 закрепления затравки 3 на торце горизонтально рас- Q) 161 1958 положенного вала (В) 4 и вращения ее вокруг собственной оси, тигель 5 с . механизмом подпитки и систему электронно-лучевого нагрева. У снаб-.

5 жена охлаждаемым профильным валком (ВК) 13, расположейным в плоскости, перпендикулярной оси вращения В 4, механизмом вращения ВК 13, устройст, вом синхронизации линейных скоростей

; вращения ВК 13 и 4 и механизмом поступательного перемещения тигля. При этом механизм вращения ВК 13 йыполнен в виде двух параллельно установленных в корпусе и соединенных между собой . посредством шестерен 15 и 16, валов

17 и 18, один из которых - ведомый

18 связан с ВК 13, а другой - ведущий

17, соединен с приводом. Кроме того, У снабжена устройством синхронизации 20 : перемещения тигля 5 и ВК 13 на толщину, единичного кристаллизующегося слоя, которое выполнено в виде шестерни 36, закрепленной на корпусе 21,и рейки 37,кинематически связанной посредством винто1

13 располагается в плоскости вращения торца вала 4 в непосредственной близости от расплава и снабжен механизглом вращения, выполненным в виде двух параллельно установленных в корпусе .и соединенных между собой посредством шестерен 15 и 16 валов 17 и 18, один из которых, ведомый 18, связан с валком 13, а другой, веду40 щий 17, соединен через устройство синхронизации линейных скоростей на-вращения валка и заготовки с механизмом 2 вращения вала 4. Устройство для синхронизации линейных скоростей

45 вращения валка 13 и вала 4 выполнено в виде двух скошенных и обращенных друг к другу своими скосами втулок

19 и 20, первая из которых установлена с возможностью жесткого соединения с корпусом 21 механизма вращения

"алка 13, а вторая 20 свободно размещена на ведущем валу 17 валка 13 с возможностью поступательного перемещения по направляющей 22 и опирания

55 прямой торцовой стороной через упорный подшипник 23 на поу,пружиненное упругим элементом 24 в осевом направлении фрикционное колесо 25, установленное на направляющей шпонке 26 веИзобретение относится к вакуумной, металлургии, в частности к установкам, для изготовления сплошных тел вращения методом послойной кристаллизации расплава на затравку.

Целью изобретения является получение заготовок заданного профиля, не требующего дальнейшей механической обработки,и улучшение качества кристаллизующихся на затравке слоев материала путем деформирования с заданной величиной пластической деформации.

На фиг. 1 показана установка для изготовления тел вращения методом послойной кристаллизации расплава на затравку, продольное сечение; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Установка содержит вакуумную камеру 1, механизм 2 закрепления затравки 3 на торце горизонтально расположенного вала 4 и вращения ее вокруг собственной оси, тигель 5 с механизмом 6 подпитки и систему электронно-лучевого нагрева, включающую электронные пушки 7-12 и блоки питания и управления (не показаны), охлаждаемый валок 13 с заданным профилем торцовой поверхности 14. Валок вой пары 40 с механизмом 30 поступательного осевого перемещения тигля 5.

Устройство синхронизации линейных.скоI ростей вращения ВК 13 и В 4 выполнено в виде двух скошенных и обращенных скосами одна к другой втулок 19 и 20.

Втулка 19 жестко скреплена с корпусом

21 механизма вращения ВК 13. Втулка

20 свободно размещена на ведущем валу 17 с возможностью поступательного перемещения по направляющей 22 и опирания прямой торцовой стороной через упорный подшипник 23 на подпружинейное упругим элементом 24 в осевом направлении фрикционное колесо 25, установленное на направляющей шпонке

26 ведущего вала 17 с возможностью осевого перемещения и контактирования с колесом 27, связанным с механизмом 2 вращения затравки и через коническую зубчатую пару колес 28 и

29 с В 4 затравки,3. 4 з.п. A-лы, 2 ил.

5 16 дущего вала 17 валка с возможностью осевого перемещения и контактирования с колесом 27, связанным с механизмом вращения затравки 3 и через коническую зубчатую пару колес 28 и 29 с валом 4 затравки 3. Валок 13 и корпус

21 выполнены водоохлаждаемыми, причем каналы для прохождения воды по корпусу соединены с внутренней полостью валка 13 °

Установка снабжена также механизмом поступательного перемещения тигля 5, выполненным в виде приводного ,зубчатого дифференциального механизма 30, передающего вращение от двигателя 31 через электромагни! ную муфту

32 и цепную передачу 33 передаче винт-гайка 34, винт 35 которой связан с тиглем 5. Тигель 5 выполнен единым блоком с механизмом 6 подпитки и установлен с возможностью совместного перемещения с механизмом 6 подпитки при движении винта 35. Кроме того, установка содержит устройство синхронизации перемещения тигля 5 и валка 13 относительно друг друга, вьгполненное в виде шестерни 36, закрепленной на корпусе 21, и рейки 37, установленной в направляющих 38 и 39 и кинематически связанной посредством винтовой пары 40, зубчатой передачи

41 и электромагнитной муфты 42 с дифференциальным механизмом 30 поступательного осевого перемещения тигля 5.

При таком выполнении установки возможно проводить послойную кристаллизацию материала на затравке и получать при этом заданный профиль заготовки путем введения слоев материала в контакт с охлаждаемым вращающимся валком, имеющим заданную профильную рабочую поверхность без приложения какого-либо усилия со стороны валка к затравке, либо кристаллизацию материала на затравке можно вести одновременно с пластическим деформированием заданной величины путем приложения усилия оТ валка к затравке так, что величина. деформации постоянна для каждого кристаллизующегося слоя. С этой целью валок перемещается непрерывно от затравки на толщину очередного кристаллизующегося слоя. Одновременно с кристаллизацией слоев материала на затравке синхронизируются ли- . нейные скорости вращения валка и заготовки, что способствует уменьшению трения скольжения валка о кристаллиI 19.58

55 зующийся слой до минимальной величины. Таким образом, путем введения каждого кристаллизующегося на затравке слоя материала в контакт с вращающимся охлаждаемым профилированным роликом возможно получать заготовку с saданным профилем закристаллизованного на ней материала, чистота поверхности которого и геометрические размеры в общем случае не требуют дальнейшей механической обработки или заготовок с минимальным допуском на дальнейшую обработку для специзделий, например инструментальных. дисковых фрез, Установка работает следующим образом.

Исходные материалы 43 и 44, используемые для и слойной кристаллизации, на затравке 3 помещаются в тигель 5 и в механизм 6 подпитки тигля. Затравка

3 жестко закрепляется на торце вала

4. После достижения в камере вакуума порядка 1 10 — 6 10 Па включается система электронно-лучевого нагрева и с помощью электронных пушек 8-11 производится плавка исходного материала в тигле до получения зеркала расплава. Пушкой 12 оплавляется металл, который B дальнешпем идет на подпитку тигля 5, Включается подача охлаждающей воды, которая по соответствующим каналам корпуса 21 и валов

17 и 18 поступает во внутреннюю полость валка 13. Механизм 2 приводит во вращение вал 4 с затравкой 3 и с помощью фрикционной пары колес 25 и

27 проводится во вращение ведущий вал 17, а следовательно, и вал 18 с валком 13, имеющим профиль, повторяющий профиль затравки 3. Валок 13 устанавливается в непосредственной близости от расплава, Одновременно пушкой 7 нагревается затравка 3 до температуры, величина которой устанавливается в зависимости от материала заготовки, кристаллизующегося материала и технологических режимов процесса.

Передаточные числа фрикционной пары колес 25 и 27, а также зубчатых пар колес 28 - 29 и шестерен 15 — 16 выбираются из условия обеспечения соотношения, при котором выдерживается примерное равенство линейных скоростей их контактируемых поверхностей:; п2 R

n1. r где n - число оборотов затравки 3; и — число оборотов валка 13;

1611958

R — радиус затравки 3;

r — средний радиус торцовой профильной поверхности 14 валка 13.

Установка может работать в двух режимах.

При первом режиме работы установки валок 13 устанавливается на постоянном расстоянии от затравки 3, равном толщине первого первого закристаллизованного слоя.

Установочное перемещение валка осуществляется следующим образом.

Вращение от двигателя 31 через механизм 30, электромагнитную муфту 42 и зубчатую передачу 41 передается гайке винтовой пары 40, вследствие чего рейка 37 приводится в поступательное перемещение. Находящаяся в ,зацеплении с рейкой шестерня 36 поворачивается совместно с корпусом 21. Так как ось валка.13 расположена эксцентрично оси поворота корпуса 21, то валок 13 смещается относительно затравки 3. При этом, электромагнитная муфта 32 отключена. После установки валка 13 на заданном расстоянии от затравки 3 электромагнитная муфта 42 отключается, а электромагнитная муфта 32 включается.

С помощью механизма осевого поступательного перемещения тигля затравка 3 вводится в соприкосновение с жидким металлом 43, в результате чего к затравке пристает расплавленный металл. При вращении затравки вследствие того, что все новые и новые ее поверхности непрерывно вступают в контакт с жидким металлом, происходит извлечение слоев металла из расплава.

При контактировании с профилирующей охлажценной поверхностью 14 валка 13 слой металла кристаллизуется, принимая заданную форму. По мере роста числа слоев все большая площадь профильной поверхности валка вступает в контактирование с кристаллизующимся металлом, пока не сформируется полностью заданный профиль, В связи с тем, что при формообразовании профиля заготовки трение между кристаллизующимися слоями и валком практически отсутствует, некоторая относительная разность линейных скоростей вращения образующих профильной поверхности валка и кристаллизующих-! ся слоев не оказывает влияния на процесс формирования этих слоев.

С помощью механизма осевого поступательного перемещения тигля 5 обеспечивается постоянное контактирование

5 закристаллизованных слоев с расплавом. Расходуемый металл в тигле 5 постоянно пополняется при помощи механизма 6 подпитки, вследствие чего уровень расплава в тигле 5 поддержи-. вается постоянно.

Во втором режиме работы установки валок 13 осуществляет пластическое деформирование кристаллизуюшихся на затравке 3 слоев. Требуемая величина пластической деформации устанавливается изначально путем размещения валка на необходимом расстоянии от затравки. Так, например, если необходимо проводить 50% пластическое деформирование каждого кристаллизующегося слоя, то зазор между валком и затравкой должен составлять половину толщины кристаллизующегося слоя, величина которого в свою очередь определяется тех25 нологическими параметрами прицесса— температурой жидкого металла и заготовки, а также глубиной погружения заготовки в жидкий металл. При кристаллизации следующего слоя валок отодвигается от затравки на величину, равную толщине кристаллизующегося слоя. Таким образом, этот слой подвергается также 50% пластической деформации и т.д.

Во втором режиме при отключенной

35 . электромагнитной муфте 32 включением двигателя 31 и электромагнитной муфты

42 валок 13 устанавливается на заданном расстоянии от затравки 3, после

40 чего втулка 19 жестко стопорится на корпусе 2Т. Электромагнитная муфта 42 отключается и включением электромагнитной муфты 32 тигель 5 перемещается в направлении затравки 3 до момен45 та контактирования затравки 3 с расплавом металла в тигле 5.

Затем с помощью механизма 2 приводятся во вращение затравка 3 и валок

13, Одновременно включается электромагнитная муфта 42 и начинается про.цесс послойной кристаллизации металла на затравке 3.

После пластического деформирования каждого кристаллизующегося слоя материала на затравке 3 рейка 37, смещаясь, вызывает поворот -.орпуса 21 и со- ответствующее смещение валка 13 в направлении от затравки на толщину закристаллизованного слоя. При этом ли1611958

10. нейная скорость рабочей поверхности валка увеличивается соответственно увеличению линейной скорости закристаллизованного слоя на затравке 3. увеличение линейной скорости рабочей поверхности валка осуществляется . вследствие совместного с корпусом 21 поворота втулки 19, которая, поворачиваясь, взаимодействует своей скошенной поверхностью с втулкой 20, вызывая ее перемещение по корпусу 21 °

Втулка 20 через подшипник 23 перемещает.колесо 25 фрикционной передачи по колесу 27, вследствие чего изменя- 15 ется передаточное число фрикционной передачи, а следовательно, и число оборотов валка 13.

В результате применения предлагаемой установки возможно получать готовые изделия фигурного профиля с улучшенной макроструктурой без приложения какой-либо нагрузки по сравнению с изделиями, получаемыми литьем, изготавливать изделия из металлов и 25 сплавов, трудно поддающихся различным видам механической обработки. При этом снижается расход дефицитного материала, поскольку не все изделие, а только его периферийная часть - рабо- 30 чая изготавливается из спецматериала, а сама заготовка может быть изготовлена из любого другого материала, изделия получаются в заданных геометрических размерах и с высокой чистотой поверхности профиля, что не требует механической обработки фигурного профиля, для которой требуется спецоснастка.

Кроме того, путем пластического 4 деформирования каждого из кристаллизующегося на затрвке слоя материала возможно получать заготовки заданного профиля с тонкодисперсной микроструктурой. 45

Формула изобретения

1. Установка для изготовления тел вращения метЬдом послойной кристаллизации расплава на затравку, содержащая вакуумную камеру, механизм закрепления затравки на торце горизонтально расположенного вала и вращения ее вокруг собственной о и, тигель с механизмом подпитки и систему электронно-лучевого нагрева, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью получения заготовок заданного профиля, не требующего дальнейшей механической обработки, она снабжена охлаж даемым профильным валком, расположенным в плоскости, перпендикулярной к оси вращения вала, механизмом вращения валка, устройством синхронизации линейных скоростей вращения валка и вала и механизмом поступательного перемещения тигля.

2. Установка по п. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения качества кристаллизующихся на затравке слоев материала путем деформирования с заданной величиной пластической деформации, она снабжена устройством синхронизации перемещения тигля и валка, выполненным в виде шестерн ., закрепленной на корпусе, и рейки, кинематически связанной с помощью винтовой пары с механизмом поступательного осевого перемещения тигля.

3 ° Установка по и. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что механизм вращения валка выполнен в виде дйух параллельно установленных в корпусе и соединенных между собой с помощью шестерен валов, один из которых, ведомый, связан с валком, а другой, ведущий, соединен с приводом.

4. Установка по п. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что устройство синхронизации линейных скоростей вращения валка и вала выполнено в виде двух скошенных и обращенных своими скосами одна к другой втулок, первая из которых жестко скреплена с корпусом механизма вращения валка, а вторая свободно размещена на ведущем валу валка с возможностью поступательного перемещения по направляющей и опирания при этом прямой торцовой стороной через упорный подшипник на подпружиненное в осевом направлении фрикционное колесо, установленное на направляющей шпонке ведущего вала валка с возможностью осевого перемещения и контактирования с диском, связанным с механизмом вращения вала.

5> Установка по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что механизм поступательного перемещения тигля выполнен в виде приводного зубчатого дифференциала, кинематически связанного электромагнитной муфтой и винтовой передачей с тиглем.

1671958

12

Составитель С. Дзигоев

Редактор H. Гунько Техред Л.Сердюкова Корректор Н,Ревская

Заказ 3814 Тираж 492 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобреТениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 701