Установка для изготовления тел вращения методом послойной кристаллизации расплава на затравку

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ам СО С 22 В 9/22ятона Мовчан рба 65(088. ов А. И РМузыка иков Б,Рома омьсые мханизмы для тных станов аллургичеснА ор м т 5 злчя ссс(ие томатиз и прок систем в СССР м, - Ме М, . Ш 1 И за рубе удование 8, с, 3- ьс Б. А., покрытия в, Науко кое обор1974,Мовча Малашесс к осаждае о И. С. 1 саро сые в ваку,оикие е. 1(и 204. ум к ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПС ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(54) УСТАНОВ 1 СЛ Д 115 ПЗГОТОВ 11 ЕШ 1 Я Т.ПВРАЩЕН 151 ИЕТОДОИ ПОСЛОНО КР 1 СЛ 5 П "ЗЛЦИИ РАСПЛАВА ПЛ ЗЛТРАВ 10(57) Изобретение относсстся к ся(ууьсной металлургии, в частности к уста"новкам для изготовления тел врящессслметодом послойной с(ристаллизяции расплава на затмвку. 1 ель - полученссезаготовок с зак 1 вссталлизонянными слоями материала заданного лрос 1 ссс:сс, нетребуМсцего дальнейшей мехянсческойобработки, и уссуч ссесссе качества кристаллизус 0 сихсс на затравке слоев материала путем деформированил их с заданной величиной пластической десссормяции. Установка (У) содержит вакуумнуюкамеру 1, механизм 2 закрепления затравки 3 на торце горизонтально рас1611958положенного вала (В) 4 и вращения ее 1вокруг 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 15посредством 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 20перемещения тигля 5 и ВК 13 на толщинуединичного кристаллизующегося слоя, которое выполнено в виде шестерни 36, закрепленной на корпусе 21,и рейки 37,кинематически связанной посредством винто 13 располагается в плоскости вращения торца вала 4 в непосредственнойблизости от расплава и снабжен механизглом вращения, выполненным в видедвух параллельно установленных в корпусе .и соединенных между собой посредством шестерен 15 и 16 валов 17и 18, один из которых, ведомый 18,связан с валком 13, а другой, веду щий 17, соединен через устройствосинхронизации линейных скоростей навращения валка и заготовки с механизмом 2 вращения вала 4. Устройстводля синхронизации линейных скоростей 45 вращения валка 13 и вала 4 выполненов виде двух скошенных и обращенныхдруг к другу своими скосами втулок19 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 свозможностью поступательного перемещения по направляющей 22 и опирания 55прямой торцовой стороной через упорный подшипник 23 на поу,пружиненноеупругим 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 скоростей вращения ВК 13 и В 4 выполнено в виде двух скошенных и обращенныхскосами одна к другой втулок 19 и 20.Втулка 19 жестко скреплена с корпусом21 механизма вращения ВК 13. Втулка20 свободно размещена на ведущем валу 17 с возможностью поступательногоперемещения по направляющей 22 и опирания прямой торцовой стороной черезупорный подшипник 23 на подпружинейное упругим элементом 24 в осевом направлении фрикционное колесо 25, установленное на направляющей шпонке26 ведущего вала 17 с возможностьюосевого перемещения и контактирования с колесом 27, связанным с механизмом 2 вращения затравки и черезконическую зубчатую пару колес 28 и29 с В 4 затравки,3. 4 з.п. ф-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 13Установка снабжена также механизмом поступательного перемещения тигля 5, выполненным в виде приводного ,зубчатого дифференциального механизма 30, передающего вращение от двигателя 31 через электромагни гную 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, выполненное 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 кристаллизуюг,егося слоя. Одновременно с кристаллизацией слоев материала на затравке синхронизируются линейные скорости вращения валка и заготовки, что способствует уменьшению трения скольжения валка о кристалли 1 19.58 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зующийся слой до минимальной величины. Таким образом, путем введения каж. дого кристаллизующегося на затравке слоя материала в контакт с вращающимся охлаждаемым профилированным роликом возможно получать заготовку с заданным 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 в дальнейшем 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 помогью 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 числаФрикционной 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:,п 2 Вп ггде п - число оборотов затравки 3;и - число оборотов валка 13;К - радиус затравки 3;г - средний радиус торцовой профильной поверхности 14 валка 13.Установка может работать в двухрежимах.При первом режиме работы установкивалок 13 устанавливается на постоянном расстоянии от затравки 3, равномтолщине первого первого закристаллизованного слоя.Установочное перемещение валкаосуществляется следующим образом.Вращение от двигателя 31 через механизм 30, электромагнитную муфту 42и зубчатую передачу 41 передаетсягайке винтовой пары 40, вследствиечего 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, товалок 13 смещается относительно затравки 3, При этом, электромагнитнаямуфта 32 отключена. После установкивалка 13 на заданном расстоянии отзатравки 3 электромагнитная муфта 42отключается а электромагнитная муфта 32 включается.С помощью механизма осевого поступательного перемещения тигля затравка 3 вводится в соприкосновение сжидким металлом 43, в результате чегок затравке пристает расплавленный металл. При вращении затравки вследствие того, что все новые и новые ееповерхности непрерывно вступают вконтакт с жидким металлом, происходитизвлечение 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 площадьпрофильной поверхности валка вступаетв контактирование с кристаллизующимсяметаллом, пока не сформируется полностью заданный профиль,В связи с тем, что при формообразовании профиля заготовки тренйе между кристаллизующимися слоями и валкомпрактически отсутствует, некотораяотносительная разность линейных скоростей вращения образующих профильнойповерхности валка и кристаллизующихся слоев не оказывает влияния на процесс формирования этих слоев,С помощью механизма осевого поступательного перемещения тигля 5 обеспечивается постоянное контактирование5закристаллизованных слоев с расплавом. Расходуемый металл в тигле 5 постоянно пополняется при помощи механизма 6 подпитки, вследствие чегоуровень расплава в тигле 5 поддерживается постоянно.Во втором режиме работы установкивалок 13 осуществляет пластическоедеформирование кристаллизуюшихся назатравке 3 слоев. Требуемая величинапластической деформации устанавливается изначально путем размещения валкана необходимом расстоянии от затравки. Так, например, если необходимопроводить 50% пластическое деформирование каждого кристаллизующегося слоя,то зазор между валком и затравкой должен составлять половину толщины кристаллизующегося слоя, величина. которого в свою очередь определяется тех 25 нологическими параметрами процесса -температурой жидкого металла и заготовки, а также глубиной погружениязаготовки в жидкий металл. При кристаллизации следующего слоя валокотодвигается от затравки на величину,равную толщине кристаллизующегосяслоя. Таким образом, этот слой подвергается также 50% пластической деформации и т.д.Во втором режиме при отключенной35.электромагнитной муфте 32 включениемдвигателя 31 и электромагнитной муфты42 валок 13 устанавливается на заданном расстоянии от затравки 3, после40 чего втулка 19 жестко стопорится накорпусе 21, Электромагнитная муфта 42отключается и включением электромагнитной муфты 32 тигель 5 перемещается в направлении затравки 3 до момента контактирования затравки 3 с расплавом металла в тигле 5.Затем с помощью механизма 2 приводятся во вращение затравка 3 и валок13, Одновременно включается электромагнитная муфта 42 и начинается процесс послойной кристаллизации металлана затравке 3,После пластического деформированиякаждого 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 ли 1 б 11958 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, вызьг вая ее перемещение по корпусу 21Втулка 20 через подшипник 23 перемещает.колесо 25 фрикционной передачи по колесу 27, вследствие чего изменя 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. 1 ри этом снижается расход дефицитногоматериала, поскольку не все изделие, а только его периферийная часть - рабо 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 спецосна.стка.Кроме того, путем пластического 40 деформировация каждого из кристаллизующегося на затрвке слоя материала возможно получать заготовки заданного профиля с тонкодисперсной микроструктурой. 45Формула изобретения1. 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 и -ч 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 и. 1, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения качества кристаллизующихся ца затравке слоев материала путем деФормирования с заданной величиной пластической деформации, оца снабжена устройством синхронизации перемещения тигля и валка, выполненным в виде шестерц., закрепленной на корпусе, и рейки, кицематически связанной с помощью винтовой пары с механизмом поступательного осевого перемещения тигля.3Установка 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 ца ведущем валу валка с возможностью поступательного перемещения по направляющей и опирания при этом прямой торцовой стороной через упорный подшипник на подпружиненное в осевом направлении Фрикционцое 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.1 б 11958 12 ктор Н,Ревск Гунь едакт ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 оставител ехред Л. Се Заказ 3814 Тираж 492ВНИИПИ Государственного комитета113035, Москва,С. Дзигоев дюкова К Подписноепо изобретениям и открытиям