Способ изготовления тел вращения методом послойной кристаллизации расплава на затравку

(5) ОПИСАН ЕТЕ Я ВТОРСКОМУ СВ ЕЛЬСТВ Х ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Институт электросварки имени Е.О.Патона АН УССР (ЯО), и Исследовательский центр инструментального производства (оо)(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕЛ ВРА ЩЕНИЯ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОЙ КРИ СТАЛЛИЗАЦИИ РАСПЛАВА НА ЗАТРАВК 1647033 А 1(57) Изобретение относится к специальной злектрометаллургии, в частности к изготовлению тел вращения методом послойной кристаллизации расплава на затравку, вращающуюся вокруг собственной оси. Целью изобретения является получение сплошных заготовок заданного профиля с однородной высококачественной макроструктурой и минимальным припуском на последующую механическую обработку. Вращающуюся вокруг сОбственной оси в вакуумной камере 1 затравку 2 вводят в контакт с расплавом 3 металла, температуру которого регулируют с помощью электронно-лучевых нагревателей 4 и 5. По мере намораживания металла на затравку 2 каждый слой 6 приводят вконтакт с поверхностью 7 заданного профиля охлаждаемого вращающегося ролика 8,1647033 ческой Заготовки 10 20 риала. 30 формирующего профиль затравки 2. При кристаллизации слоя.6 расплава на поверхности затравки 2 в процессе ее вращения перед приведением закристаллизованного слоя металла в контакт с роликом 8 указанИзобретение относится к специальной электрометаллургии, в частности к изготовлению тел вращения методом послойной кристаллизации расплава на вращающуюся вокруг собственной оси затравку,Целью изобретения является получение сплошных заготовок заданного профиля с однородной тонкодисперсной макроструктурой и минимальным припуском на последующую механическую обработку.На Фиг,1 приведена схема изготовления сплошных тел вращения методом послойной кристаллизации расплава на затравку, вращающегося вокруг собственной оси; на фиг.2 - 7- некоторые профили заготовок для производства дисковых и цилиндрических Фреэ, изготовленных предлагаемым способом.Способ осуществляют следующим образом.Вращающуюся вокруг собственной оси в вакуумной камере 1 (Фиг.1) затравку 2 вводят в .контакт с поверхностью расплава 3 металла, заданный температурный режим которого поддерживают постоянным с помощью электронно-лучевых нагревателей 4 и 5, По мере роста металла на затравке 2, каждый единичный кристаллиэующийся слой 6 металла на затравке 2 входит в соприкосновение с поверхностью 7 заданного профиля охлаждаемого вращающегося ролика 8 и, ведя кристаллизацию этого слоя, Формируют заданный профиль, Так как установленный на фиксированном расстоянии от затравки ролик 8 выполняет роль кристаллизатора, то послойная кристаллизация металла на затравке осуществляется беэ какого-либо усилия со стороны ролика.В случае применения материалов для послойной кристаллизации, у которых узкий температурный интервал кристаллизации либо обладающих высокой теплопроводностью, а также при большом диаметре затравки либо ее массивности, перед формированием заданного профиля каждый единичный кристаллизующийся слой 6 повторно нагревают электронно-лучевым нагревателем 9 до оплавления.При необходимости получать слоевое соединение эакристаллиэованных слоев металлов конической формы контактированый слой оплавляют дополнительным электронно-лучевым нагревателем 9 и кристаллизация расплава ,на затравке осуществляется беэ усилия со стороны ролика. 1 з,п. Ф-лы, 7 ил. ние затравки с расплавом осуществляют при расположении ее оси вращения под углом к расплаву. Чем больше угол наклона оси вращения затравки к расплаву, тем меньше угол конусности получаемой кониПолучение заготовок с тонкодисперсной микроструктурой кристаллизующегося материала осуществляют путем пластического реформирования постоянным или переменным усилием каждого кристаллизующегося слоя до его полного затвердевания одним или несколькими охлаждаемыми роликами с заданными профилями рабочих поверхностей.Линейную скорость вращения рабочей поверхности ролика поддерживают примерно равной линейной скорости вращения очередного кристаллизующегося слоя матеВ случае применения материалов для послойной кристаллизации, у которых узкий температурный интервал кристаллизации либо обладающих высокой теплопроводно 25 стью, а также при большом диаметре заготовки либо ее массивности, каждый эа кристаллиэованный слой или общее слоевое соединение после затвердевания дополнительно оплавляют электронно-лучевым нагревателем и деформируют роликами,Формируя заданный профиль. Изобретение может найти применениев инструментальном производстве машиностроительных предприятий, в частности для35 изготовления дисковых и цилиндрическихФреэ: одноугловых фрез(фиг,2), двухугловых(фиг.З), фасонных полукруглых выпуклых(фиг,4), фасонных полукруглых вогнутых(фиг.5), дисковых модульных фреэ (фиг.6),40 пальцевых модульных фрез (фиг.7) и другихтипов специальных фреэ, причем контур заготовки получается с минимальным припуском на дальнейшую механическуюобработку, а для получения фреэы необхо 45 димопроизвести нарезку зубцов,П р и м е р. Исходный материал - стальР 6 М 5, используемый для формирования тела вращения заданного профиля, помещаютв прямоугольный водоохлаждаемый мед 50 ный тигель модернизированнойэлектронно-лучевой установки У 3-145, при 1647033меняющейся для лабораторных исследований. Затравку в виде диска с наружным диаметром 120 мм и толщиной 3 мм, изготовленную из стали 20, закрепляют на торце горизонтального вала в вакуумной камере. После достижения в камере вакуума порядка 1 10 - 6 10 Па, включают систему электронно-лучевого нагрева, благодаря чему осуществляется плавка исходного материала в тигле и нагрев вращающейся вокруг собственной оси затравки до температуры порядка 850 С. Скорость вращения затравки составляет 10 об/мин. Затем перемещением тигля в вертикальном направлении затравку вводят в соприкосновение с жидким металлом, Глубина. погружения затравки в расплав составляет примерно 1 мм. В момент касания вращающейся затравки с жидким металлом начинается послойная кристаллизация металла на затравку,Для формирования заданного профиля кристаллизующегося слоя в плоскости вращения затравки устанавливают охлаждаемый медный ролик с наружным диаметром 40 мм, торцовая полированная поверхность которого соответствует получению одного из предлагаемых профилей (фиг,2-7). Водоохлаждаемый ролик устанавливают так, что расстояние от его поверхности наибольшего диаметра до заготовки равно толщине первого намороженного слоя и составляет 0,8 мм. Первый,намороженный слой - это переходной слой, образующийся из материала заготовки и намораживаемого материала. Второй слой, контактируя с профильной поверхностью ролика, кристаллизуется, принимая заданную форму. Одновременно с послойной кристаллизацией и формообразованием слоев материала на затравке осуществляется подпитка тигля и его перемещение в направлении от затравки, чем обеспечивается постоянныйконтакт последнего закристаллизованногослоя с расплавом металла.5 Полученные предлагаемым способомзаготовки со слоевым соединением закристаллизованных слоев стали Р 6 М 5 полностью повторяют профиль устанавливаемыхроликов. Чистота поверхности полученного10 профиля соответствует 3,2 по стандарту.Положительный эффект от предлагаемого способа по сравнению с известнымдостигается за счет повышения работоспособности и стойкости инструмента иэ-за15 улучшения качества материала режущихкромок фрез, а также за счет исключениямеханических операций по черновой обработке полученного слоя фигурного профиля,а в некоторых случаях за счет получения20 заготовок, не требующих дальнейшей механической обработки.Формула изобретения1, Способ изготовления тел вращенияметодом послойной кристаллизации рас 25 плава на затравку, включающий введениевращающейся вокруг собственной оси затравки в соприкосновение с расплавом материала, захват тонкого слоя расплаваповерхностью затравки с последующей кри 30 сталлизацией слоя на затравке, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью получения сплошных заготовок заданного профиля с однородной высококачественной макроструктурой и минимальным припуском на после 35 дующую механическую обработку, передкристаллизацией каждый слой на затравкепропускают по меньшей мере через одинохлаждаемый профилированный режим,причем процесс осуществляют в вакууМе.40 2.Способпоп 1,отличающийсятем. что слой материала на затравке передпропусканием через профилированный ро лик оплавляют электронным лучом,1647033 Фиг 2 Жцг дактор И:Дерба авцова ар а изводственно ль Заказ 1379 ВНИИПИ оставитель С.Дзигоев хред М.Моргентал КорректоТираж, 404 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ий комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101