Машина для центробежного литья

Союз СоветскиСоциапистичвсииаРеспублик АЙТОРСНЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 6) Дополнительное к авт, свид-ву 1.79 (21) 28433192223) Приори 5.08.81., Беллете леет зобретеники открыт 1 бликоваио УДК 621, 74, .042(088.8) Дата опубликоваиия описания 25.08.8 И.Юхвид, В.И.Куки И.П.Боровинская.те АН ССР а института тделение Ордена аявител ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖВОГ 4) МАШИН Ь Изобретение относится к литейному производству для получения изделий из тугоплавкнх неорганических материалов, например карбидов, боридов, силицидов, нитридов металлов 1 Ч - Ч 1 групп и твердых сплавов на их З основе, в частности к оборудованию для центробежного формования, и может быть использовано при изготовлении иэделий заданной формы, например корроэионностойких высокотвердых и износостойких валов, стержней, колец, втулок и пр, для широкого применения в станкоинструментальной, химической и огнеупорной, абразивной промышленности и машиностроении.1Известна машина для центробежного литья, содержащая станину, кокиль, привод вращения и электроды для за" жигаиия и расплавления экзотермичесЮ кой смеси исходных компонентов 1 ).Данная конструкция не позволяет йолучать качественных изделий нз туготцтавких материалов путем локально-,го воспламенения смеси исходных компонентов под давлением газообразнойсреды, поскольку кокиль сообщаетсяс атмосферой и отходящие газы не используются для проведения процессовсинтеза и формообразованияИзвестен автоклав для центробежной заливки литейных форм под избыточным пульсирующим давлением, содержацей герметичный корпус, размещенные в нем ротор с тиглем и формой, и систему подачи сжатого газапостоянного давления 121.Однако данная конструкция ие мо ,жет быть использована для изготовления готовых иэделий путем синтеза тугоплавких аворганических соединений, получаемых при воспламенении смеси исходных компоиеитов с использова ыиеи теплахимической реакции, протекающей в.резаме горения при высоком давлении (выще 100 атм).Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение цля про69 асистемы. теплового инициирования реакции. Поэтому воэможность возникновения дебвлансв снижает надежность работы устройства и повышает опасностьобслуживания.Поскольку технологический процесспроводят при высоком давлении и высоких оборотах ротора, то реакционныеФормы выполняют с минимальными внутренними объемами, равными сумме объемов исходной смеси и формуемого.изделия. Это позволяет исключить кипение легкоплавких фракций и получатьвысококачественные иэделия. Однако,в процессе горения в реакционных формах давление возрастает в сотни раз.Экспериментально определено, что присинтезесм смеси исходных компонентов выделяется порядка 600 см га 3зов, т.е. давление возрастает в 600раэ. В связи с этим приходится выполнять укаэанные Формы на максимальновозможное давление, что значительносказывается на металлоемкостн и весевысокооборотной конструкции.Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение надежности и безопасности работы.Поставленная цель достигается тем,что ротор снабжен герметичной балластной камерой, установленной на осивращения, и каналами, выполненнымив оси вращения и соединяющими балластную камеру, жестко связанную исообщающуюся с реакционными формами,с системой подачи-продувки газа,при этом объем герметичной балластной камеры в 5-О раэ больше общегообъема реакционерах форм, а элементызажигания выполнены в виде радиаль-ных электродов-разрядников.Кроме того, реакционные Формы могут быть Футерованы графитом.На фнг.изображена матюка, общий вид, ив фиг. 2 - разрез А-А наФиг. 1 3 8545изводства изделий из тугонлавкихматериалов, использующее машину дпяцентробежного литья, содержащую станину, ротор и осью вращения и реакционными формами, привод, систюаа вода 5чи продувки газа н теплового инициирования реакции с элементами зажигания 13 .Подготовленную смесь компонентов засыпают в тугоплавкую реакциоиную форму, имеющую вид цилиндра,уплотняют и устанавливают на роторецентрифуги. Подключают систему подачи-йродувки газа, например, аргонаи устанавлйвают заданное давление(до 00 атм), Включают привод враще-,ния, и, при достижении заданной перегрузки (000 д), посредством вольфрамовой спирали, являющейся элементом системы тепловогоинициирования реакции произ водя т вос пламенени е смесикомпонентов. Поверхностный слОЙ смесивоспламеняется иреагирует с выделением большого количества тепла, частькоторого передается прилегающему холодному слою, который в свою очередьпрогревается, воспламеняется, реагирует и передает часть теппа соседнемуслою. Реакция протекает в тонком слое .смеси в зоне горения, где температурадостигает 2000-4000 К. По окончаниигорения и охлаждения формы производятсброс давления из реакционной формы,демонтаж ее с ротора центрифуги иизвлечение готового изделия. 35 Однако данному техническому решению присущ ряд недостатков. Во"перйых, конструктивно сложно решено крепление реакционных ферм на ротоРе центрифуги,0 а установка и демонтаж реакционных форм усложняет обслуживание центрифуги, так как по существунеобходимо после каждого процесса формоввния производить балансировку ротора с уставов ленными реакционными Формами, имеющими значительный вес. Исключение дебаланса ротора, имеющего при работе более 000 оборотов в минуту, является трудоемким процессом при обслуживании, , центрифуги, требующим высокой квалификации обслуживающего персонала, Вовторых, наличие отдельных, не связанных между собой реакционных форм, не исключает возникновение дебалвнса ро- . тора в результате того, что в одной из реакционных Форм не происходит вос" пламенение исходных компонентов, например; в результате выхода иэ строя Иашиив содержит станину , установленный в подщипииковых узлах 2 ротор, включающий ось 3 вращения, герметичную балластную камеру 4 и реакционные формы 5, выполненные в виде труб жестко соединенных, например,сваренных с бапластной камерой 4. В оси 3 вращения выполнены каивйы 6, посредством которых реакционные форма 5 и балластная камера 4 сообщаются с системой подачи-про" дувки газа (не показана) через пере.5 8545 ходник 7, снабженный предохранительным клапаном 8 и трубопроводной арматурой 9. Ось 3 вращения через муфту О соединена с электродвигателем 11. Посредствои скользящих. контактов 2, установленных на оси 3 вращения, электрощеток З.и соединенных с ниии электродов 14, электрод-разрядник 15 зажигания, установленный внутри реакционной формы 15 в электродержателе 1 ф 16, соединен с системой теплового инициировавая реакции (не показана). Высокооборотная балластная камера 4 с реакционными формами 5 заключены в защитный кожух 17 с монтажныии прое з мами (не показаны). Внутри реакционных форм 5 на крышках 18 установлены корпуса 19, футированные внутри графитовым стаканом 20 и закрытие с торцов графнтовыми крышками 21 и 22. Крышка 21 выполнена с отверстием 23 для ввода радиального электрода-разрядника 5 зажигания и совместно с корпусом 19 посредством электродов 14 смонтированы на крьппке 18. Электроды 14 изолированы в местах контактов с крышками 18 и 21, при этом крышка 18 снабжена уплотняющим кольцом 24, а крышка 22 установлена на изолирующем основании 25. Внутри корпуса 19, на крышке зо 22 смонтирован фориодержатель 26 с разъемными Формами 27. Пространство корпуса 19 между крышкой 21 и фориодержателем 26, служащее для засыпки смеси исходных компонентов и проведе у ния реакции синтеза, ограничено легкоплавкими мембранами 28 и 29. ч сер Хр с(ар+И) Т,где ц - количество тепла, выделяемогопри горении реакционной смеси;С-" теплоемкость металлоконструкции реакционной формы и балластной камеры;а - масса реакционной формы;РТр - масса балластной камеры;И - масса балластной камеры;Т - температура всей конструкции ротора.Из данного 1 лавления,Т Т "ф- -Р еяр+МУчитывая что масса реакционной формы в предпаыеиом решении значиМащина работает следующим образом. 40На крышке 18 устанавливают корпус 9 со стаканои 20 и формодержатель 26 с формами 27. На ормодержатель 26 помещают мембрану 28 и засыпают дозу приготовленной исходной смеси, сверху которой укладывают мембрану 29 и крышку 21. Крышку 18 устанавливают в реакционную форму 5. Аналогично собирают и устанавливают исходную смесь и в другие реакционные фориы. Подсоединяют посредствои гроводов (не показаны) скользящие контакты 12 к электродам 14. Затем пооизводят продувкуи заполнение газом балластной камеры 4 до заданного давления, закрывают. монтажные проемы защитного кожуха 7 и включают электродвигатель 1. При достижении заданного центробежного ускорения электродом . 69 615 системы теплового инициирования .реакцийпроизводят зажигания исход" вьи компонентов одновременно в двух реакционных формах 5. После сброса избыточного давления через предохранительный клапан производят зажигание в следующей паре реакционных форм 5.По окончании процесса горения, в процессе центрифугировання производят "разделение целевого продукта и шпака, жидких при температуре синтеза н эатвердевающих в разделенном состоянии при остывании.После остановки ротора производят продувку балластной каиеры 4 инертным газом и при достижении допустимых температур производят съем крышек 18и извлечение готовых изделий.Экспериментально определено, что при горении реакционной. смеси выделяется до 1000 ккал/гр. Выделение тегла в процессе синтеза приводит к разогреву металлоконструкции реакционных форм и, как следствие, к снижению прочности ее. Так, например, для нержавеющей стали номинальные допускаемае напряжения (буйоя, кг/ии ) наФзависимости от температуры соответст-. ственно равны 20-4,6; 25 О;12,5; ЗО -12,0; 460 -10,6; 580-9,0; 650 - 4,8; 700 а"3 (Оправочник по объектам котлонадзора, И "Энергия", 1974, с, 393), т.е. допускаете напряжения материала при нагреве выше 600 снио жаются более чеи в четыре раза.Принимая массу реакционной формы равной массе реакционной смеси, а температуру фориы близкой температуре процесса, уравнение теплового баланса для случаеввйполнения ротора с балластной камерой и без нее выглядит7 854569 тельно меньше массы балластной каме- . ры, то величиной ее в знаменателе можно пренебречь, и, преобразовав ,значения масс в зависимости от размеров их исполнения ичина 3,14;ной формы;иус реакционн остоянная велдлина реакцио нутренний рад ормы; де ормы;а конн ер вле наль й камеры;етр балластно аэа; влени ъем;. г ой камеры ионной фо ной камер 20 Т - температура;Й - газовая постоянная.Как отмечалось, в известном решении расчетное давление в реакционном 25 объеме (РРвс 5 к ) составляет 600 кгс/см.Предлагаемая конструкция устройствас балластной камерой позволяет увеличить объем системы и тем самым уменьшить рабочее давление. При этом верх- ЗО вий предел соотношения балластной камеры и реакционного объема выбран 1 Оиз условия того, что при суммарномобъеме ротора Ч=Ч +Ч=10 1=11давление минимальное (Р 1 ) при синРроктевеР, е - в 5 уввеб/ ее обусловленаам / 11металлоемкостЬю высокооборотного узЛаротора. Нижний предел соотношения объ О емов равен 5, что обеспечивает прнЧся, 5+1 щб работу устройства приР - " =100 кгс 1 свРрес 1 к 600тмок Ч 645и обусловлено прочностью устройствай зависимости от температуры узларотора.Жесткая связь балластной камеры среакционными формами позволяетупроститьобслуживание машины, поскольку балансировка ротора при изготовлении исключает дополнительные балансировкии монтаж реакционных, форм. Надежностьи безопасность работы обеспечена н.выйолнением элементов зажигания ввиде радиального электрода-разрядника электрически соединенного попаРно РеакЦионные фоРму 5, так как вме,сто двух отдельаах спиралей для эажиравнени подст(. - длина балластно Й - внутренний диамкамеры;Н - толщина балластПоскольку обЪем реак Р Ггф 1, а объем балласФЙН, и принимаячто 2 гЬ, (Й+Н) Й +2 ЙН еплового баланса, посл начений то Т хТк Р ЧкУчитывая, что Тр в процессе гния реакционной смеси приближаеток температуре горения и, 3000обходимым и достаточным условиемляется выполнение объема балласткамеры в 5-10 раз больше объемационных форм, что позволяет обесчить распределение выделяющегосяпла в конструкции ротора и иметчьксимапьную его температуру притравную 600 при которой обеспечивается (приведенные допускаемыепряжеиия в зависимости от темперры) прочность высокооборотной кострукции. Выполнение роторас объемом ластной камеры более чем в 10 превыпающей объем реакционной нецелесообразно, поскольку по допустимых напряжений ниже 30 значительно, увеличение объем водит только к увеличению мас кообразного ротора. 8Выполнение ротора с балластной камерой, жестко соединенной с реакционными формами, и предлагаемыми соотношением их объемов позволяет обеспечить нормальныеусловия проведения синтеза, выбрать минимальный вес высокооборотного ротора, поскольку конструкция позволяет требовать в пределе избыточного давления до 100 кгс/см, в то время как в известном решении реакционные формы изготав ливаются из расчета работы 600 кгс/см и выше.По фо рмуле Клейперона известно, что изменяется обратно пропорцио- бъемуФормула изобретения 9 8545 гания сиеси используют один электрод, Это позволяет исключить воэможность загорания смеси только в одной реакционной форме (в случае выхода нз строя спиралей - известное решение) и де 5 баланс ротора эа счет смещения центра масс в реакционных формах. 1. Иааина дпя центробежного литья, содержащая станину, ротор с осью вращения и .реакционными формами, системы подачи-продувки газа и теплового инициирования реакций с элементами зажигания и привод, о т л н ч а ющ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения надежности и безопасности работы, ротор снабжен герметичной балластной ка 69 10мерой, установленной на оси вращения, в которой выполнены:.каналы сое" диняищие балластную камеру с реакционными формами и с системой подачи- продувки газа, причем объем герметичной балластной камеры в 5-10 раз больше общего объема реакционвас Форм, в элементы зажигания выполнены в нида радиальных злектродовразрядников.2. Иашна по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что реарноиные фор" мы футероваю гра 4 итои.Источ 1 взки информациипринятые во вюиаюе при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР В 523754, кл. В 22 О 13100, 19)1.2. Авторское свидетельство СССР 9 468702, кл. В 22 О 3/06, 1972.3. Авторское свидетельство СССР В 617485, кл. С 22 С 29/00, 1975.854 5 б 9 ректор Н,С Заказ 6 И)/1 Тираа 869 Подлы сГосударственного комитета СССРелам изобретений и открывшийИосква, Ж"35, Раушская наб, д. 4/ о по д 13035 нт", г. Укгород, ул. Проектйая, 4 ПП 11 и Составитель А,Хнн едактор Е.Дорошенко Техред И,Коштура