УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЫХ СЛИТКОВ Российский патент 1997 года по МПК B22D7/04 

Изобретение относится к литейно-металлургическому производству, в частности к производству полых литых заготовок (слитков, отливок).

Известно устройство для получения полого слитка (авт. св. N 1526888 B 22 D 7/04, 1989), содержащее поддон, изложницу пустотелую металлическую оправку, центральный металлический стержень и ряд вертикальных стоек, в котором центральный стержень, обечайка и стойки установлены с возможностью вращения вокруг центральной и собственных осей.

Недостатком данного устройства является сложность и громоздкость конструкции, неизбежность заклинивания всей системы (центрального стержня, обечайки и вертикальных стоек) под действием усадочных сил, возникающих в процессе затвердевания и охлаждения залитого металла. Большой расход металла на трубы (обечайки), стойки и центральные стержни.

Наиболее близким к предполагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для получения полых слитков [1] содержащее изложницу, поддон с центральным углублением и стержень, размещенный нижней частью в углублении с возможностью вращения, выполнен конусообразной формы с эксцентриситетом.

Основным недостатком данного устройства является монолитность конструкции, что затрудняет его извлечение, приводит к заклиниванию эксцентрического стержня и его поломке под действием усилий усадки при затвердевании и охлаждении залитого сплава; необходимость извлечения стержня на ранней стадии кристаллизации слитка, что в свою очередь может привести к образованию на внутренней поверхности слитков дефектов в виде утяжин, заворотов, трещин.

Данное устройство для получения полых слитков имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием монолитного стержня конусообразной формы, образующего при вращении внутреннюю полость в период жидкого и жидкотвердого состояния металла. Однако в период твердожидкого и твердого состояния по мере увеличения усадки металла монолитность стержня препятствует его извлечению и тем самым может привести к развитию образования дефектов на формируемой поверхности полости (отверстия) в слитке.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции рабочего органа в виде наборных стержней, образующих при вращении центральный стержень в виде жесткой системы. Это позволяет значительно повысить работоспособность и долговечность рабочего органа и обеспечить возможность свободного извлечения как на стадии жидкого, жидкотвердого состояния, так и на стадии твердожидкого и жидкого состояния и тем самым улучшить качество литого отверстия (полости), исключается образование дефектов усадочного происхождения.

Техническим результатом заявляемого устройства для получения полых слитков является создание вращательного рабочего органа с регулируемой жесткостью, учитывающей фазовое состояние металла, что позволяет получить новый технологический процесс на более высоком уровне и тем самым открываются новые возможности для автоматизации и механизации производства полых литых заготовок (слитков, отливок).

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для получения полых слитков, содержащем поддон, изложницу и центральный стержень, установленный с возможностью вращения, рабочий орган выполнен в виде наборных стержней, шарнирно закрепленных в дисковой оправке центрального вала и скрепленных упорным стаканом с возможностью вращения, внутренний диаметр которого выбирается в соответствии с внутренним диаметром формируемой полости литой заготовки.

Создание нового устройства для получения полых слитков позволяет разработать новую конструкцию вращательного рабочего органа с регулируемой жесткостью, включающего наборные стержни в дисковой оправке центрального вала, что обеспечивает в свою очередь создание новой технологии получения полых слитков с высоким качеством литого отверстия (полости).

Произведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволило установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Для проверки соответствия изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На чертеже изображено устройство для получения полых слитков.

Устройство содержит поддон 1, изложницу 2, в которой установлен центральный рабочий орган, выполненный в виде наборных стержней 3, каждый из которых верхней частью закреплен с помощью цилиндрических шарниров 4 в дисковой оправке 5 центрального вала 7. Снаружи наборные стержни 3 скреплены упорным стаканом 6. Рабочий орган при вращении образует центральный стержень в виде жесткой системы за счет прижатия наборных стержней 3 в упорном стакане 6 центробежными силами. Диаметр и форма (цилиндр, конус и т. п.) формируемого отверстия выбирается в зависимости от величины внутреннего диаметра упорного стакана, фиксирующего нужное исходное положение наборных стержней. Центральный вал 7 рабочего органа поддерживается консолью 8, закрепленной на колонне 9.

Работа данного устройства заключается в следующем.

Перед заливкой металла рабочему органу, размещенному в изложнице 2, сообщается вращательное движение.

Под действием центробежных сил наборные стержни 3, закрепленные с помощью шарниров 4, прижимаются к упорному стакану 6 и тем самым образуют жесткую систему (каркас), описывающую поверхность вращения (цилиндрическую, коническую или другую), которую воспринимает жидкий металл в зоне формирования отверстия с внутренней полостью заданных параметров.

По мере охлаждения и постепенного перехода металла из жидкого состояния в жидко-твердое, твердо-жидкое и твердое состояние развивается процесс усадки слитка по направлению к центру. При этом увеличивается давление со стороны слитка за счет перемещения усаживающегося металла. Вместе с металлом подаются (подвигаются) радиально к центру наборные стержни. Свобода их перемещения обеспечивается тем, что наборные стержни в нижней части не закреплены.

Таким образом, происходит саморегулирование жесткости (податливости) системы наборных стержней, что снижает величину силового взаимодействия рабочего органа с затвердевающим металлом.

При достижении температуры металла слитка, равной температуре солидуса и ниже, рабочий орган после его остановки беспрепятственно извлекается из сформированной внутренней полости (отверстия) в литой заготовке (слитке, отливке).

Таким образом, вышеуказанное свидетельствует о выполнении предлагаемого устройства в следующей совокупности условий:
предлагаемое устройство для получения полых слитков с созданием новой конструкции вращательного рабочего органа с регулируемой жесткостью позволяет получить новый технологический процесс на более высоком уровне, т.е. открываются новые возможности для автоматизации и механизации производства полых литых заготовок;
подтверждена возможность осуществления изобретения в соответствии с описанием и предлагаемым чертежом;
устройство изобретения способно обеспечить достижение заявленного технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованиям "промышленного применения".

Использование: в литейно-металлургическом производстве, при изготовлении полых литых заготовок. Сущность: устройство для получения полых слитков содержит поддон, изложницу и центральный рабочий орган в виде наборных стержней, закрепленных верхней частью с помощью цилиндрических шарниров в дисковой оправке, размещенной в упорном стакане, закрепленном на валу. 1 ил.

Устройство для получения полых слитков, содержащее поддон, изложницу и установленный на валу с возможностью вращения центральный стержень, диаметр которого соответствует диаметру полости слитка, отличающееся тем, что центральный стержень выполнен в виде отдельных стержней, шарнирно закрепленных в дисковой оправке, размещенной в упорном стакане, закрепленном на валу.