Установка для центробежной биметаллизации втулок

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии центробежной наплавки с ТВЧ нагревом на внутреннюю поверхность металлических втулок (основы) других металлов и сплавов, у которых температура плавления ниже, чем температура стали. Задача состоит в том, чтобы наплавлять легкоплавкие сплавы на внутреннюю поверхность цилиндрических втулок из более тугоплавких сплавов типа стали. Установка для центробежной биметаллизации втулок с наружным косвенным нагревом снабжена термостойким неохлаждаемым нагревателем (индуктором), который для более полного охвата поверхности заготовки выполнен как цилиндр, рассеченный зигзагообразными пропилами для прохода наружного диаметра фланцев, и установлен вогнутой частью вниз. Направляющие транспортировочных салазок расположены вертикально напротив нагревателя, закрытого сверху вместе с биметаллизуемой втулкой кожухом с теплозащитными слоями: каолиновой ватой, керамикой, сменным термостойким слоем (типа графита), транспортировочные салазки имеют ложемент для укладки втулок с фланцами под загрузку и выгрузку с установки и нижний кожух с теплозащитными слоями подобно слоям верхнего кожуха. Устройство позволяет направлять легкоплавкие сплавы на внутреннюю поверхность цилиндрических втулок из более тугоплавких сплавов типа стали с размерами d80 x D100 x L1140. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии центробежной наплавки с ТВЧ нагревом на внутреннюю поверхность металлических втулок (основы) других металлов и сплавов, у которых температура плавления ниже, чем температура стали.

Известна установка для наплавки массивных заготовок с использованием графитового индуктора. Нагрев в этом случае осуществляется как за счет токов высокой частоты, так и за счет теплообмена между разогретым до 2500 K индуктором и деталью (так как нагреватель кроме индуктивного сопротивления обладает и активным, на нем выделяется джоулево тепло) [1].

Ее недостатком является то, что она предназначена только для нагрева и наплавки плоских поверхностей. Нагрев и наплавка цилиндрических поверхностей с ее помощью невозможны из-за больших потерь тепла, так как излучающая поверхность индуктора удалена от поверхности цилиндрической заготовки. При этом снижается эффективность лучистого теплообмена, а индукционный нагрев вообще невозможен, так как он резко снижается при увеличении зазора между токоведущим контуром и заготовкой.

Известны нагреватели из термостойких сплавов типа хромида лантана. В полосе из такого сплава сделаны пропилы, в результате чего образуется плоский зигзагообразный индуктор - нагреватель [2].

Применение таких индукторов ограничено тем, что они способны нагревать железосодержащие сплавы только до 620 K, а при больших температурах такие нагреватели окисляются, теряют форму, расплавляются. Кроме того, плоская форма индуктора не обеспечивает требуемой электромагнитной связи с цилиндрической заготовкой, а при ТВЧ нагреве - это определяющий фактор. Поэтому использовать их в целях биметаллизации, где заготовка нагревается не ниже 1350 K, невозможно.

Наиболее близкой к заявленной является установка для центробежной биметаллизации с ТВЧ нагревом. В качестве нагревателя используется медный водоохлаждаемый индуктор. Такие нагреватели надежны и долговечны. Однако при температуре заготовки 1100-1200 K и выше холодный индуктор поглощает много тепловой энергии (до 30%). Поэтому тепловые потери не позволяют нагревать заготовки из стали с размерами более d80 x D100 x L1140 мм (при использовании серийных установок ТВЧ). Кроме того, зажим между шпинделями установки и извлечение втулки с фланцем затруднен, так как она располагается внутри индуктора [3].

При переходе на другой типоразмер втулок требуется сложная переналадка перемещений подвижной бабки и платформы. Задача состоит в том, чтобы наплавлять легкоплавкие сплавы на внутреннюю поверхность цилиндрических втулок из более тугоплавких сплавов типа стали с размерами более d80 x D100 x L1140.

На фиг. 1 изображена схема нагрева токами ТВЧ с полуцилиндрическим термостойким нагревателем (индуктором); на фиг.2 - схема нагрева тепловым излучением с полуцилиндрическим термостойким нагревателем (индуктором); на фиг.3 - схема развертки полуцилиндрического термостойкого нагревателя, вид снизу; на фиг.4 - профильная проекция полуцилиндрического термостойкого нагревателя (индуктора); на фиг.5 - профильная проекция установки для центробежной биметаллизации с полуцилиндрическим термостойким нагревателем (индуктором); на фиг.6 - фронтальная проекция установки для центробежной биметаллизации с полуцилиндрическим термостойким нагревателем (индуктором).

Установка для центробежной биметаллизации состоит из биметаллизируемой втулки 1 с шихтой 2, полуцилиндрического термостойкого нагревателя (индуктора) 3 с зигзагообразными пропилами 4 и проточками 5, направляющих 6, салазок 7, верхнего кожуха 8 со слоем каолиновой ваты 9, керамики 10, сменным термостойким слоем (типа графита) 11, ложемента для биметаллизируемых втулок 12, нижнего кожуха 13 с теплозащитными слоями подобно верхнему кожуху, фланцев 14, шпинделей 15, бабок (левой и правой) 16, рамы 17.

Устройство работает следующим образом.

Зашихтованная втулка 1 помещается на транспортировочные салазки 7, которые по направляющим 6 поднимаются вверх до тех пор, пока ось заготовки не совпадает с осью шпинделей, а разъем нижнего кожуха - с разъемом верхнего, после чего левая и правая бабки зажимают втулку. Затем включается двигатель привода станка и подается питание на нагреватель от высокочастотного трансформатора (ТВЧ). При достижении втулкой требуемой температуры нагреватель отключается и отключается двигатель станка. Бабки разжимают направленную втулку, далее втулка на салазках по направляющим 6 выводится из зоны нагрева и снимается. Цикл повторяется.

Данный процесс поддается автоматизации.

Формула изобретения

1. Установка для центробежной биметаллизации втулок, содержащая высокочастотный источник питания, индуктор, станок центробежной наплавки, имеющий раму, на которой установлен узел вращения втулок в виде передней и задней бабок со шпинделями, приводимыми во вращение от электродвигателя, и узел загрузки и выгрузки, отличающаяся тем, что она снабжена двумя теплозащитными кожухами подвижным нижним и неподвижным верхним, индуктор выполнен из термостойкого материала в виде полого полуцилиндра с зигзагообразными пропилами и установлен вогнутой частью вниз, узел загрузки и выгрузки выполнен в виде транспортировочных салазок с направляющими, смонтированными напротив индуктора, на транспортировочных салазках установлены с возможностью вертикального перемещения на них нижний подвижный теплозащитный кожух и ложемент для укладки биметаллизируемой втулки с фланцами.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что длина индуктора l_инд превышает длину биметаллизируемой втулки l_вт на удвоенную расчетную величину 2S нависания индуктора над фланцем со стороны торца, необходимую для гарантированного прогрева фланца и торца втулки (l_инд l_вт + 2S).

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности индуктора со стороны торцов выполнено по проточке диаметром D_пр, большим диаметра фланца D_ф, фиксирующего втулку, на величину гарантированного зазора δ между индуктором и фланцем (D_пр = D_ф + δ). 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что длина дуги по наружному диаметру полого полуцилиндра индуктора l_ди равна l_ди = πR_ни - b, где R_ни наружный радиус индуктора; b ширина разреза полой цилиндрической заготовки индуктора на две равные части.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что теплозащитные кожухи выполнены из внутреннего сменного слоя графита, слоя керамики и слоя каолиновой ваты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6