ПЛАВИЛЬНО-ЗАЛИВОЧНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ОТЛИВОК Российский патент 2003 года по МПК F27B17/00 B22D13/04 

Изобретение относится к литейному производству и предназначено для получения малогабаритных отливок из высокоактивных (высокая реакционная способность с кислородом) различных металлов и сплавов типа титана, сплава титана, ниобия, тантала, никеля, хрома кобальта и может быть использовано преимущественно для производства зубных протезов, а также ювелирных изделий и малогабаритных изделий в машиностроительной области.

Известна установка для литья стоматологических протезов, содержащая герметично закрываемую плавильно-заливочную камеру, в верхней части которой расположен электрод, тигель из проводящего электричество материала, расположенный под электродом, а в нижней части литейную форму и устройство для мгновенной подачи дополнительного количества инертного газа для создания избыточного давления газа на поступающий в форму металл (Патент Франции 2662071, МКИ А 61 С 13/20).

Установка имеет следующие недостатки:
- неравномерность расплавления металла, обусловленная наличием одного неплавящегося электрода. Во время плавки (за счет расположения электрода по центру) максимальная температура плавления металла достигается преимущественно в центре заготовки и расплавление последней происходит постепенно от центра к периферии;
- неэффективное использования тепла, выделяемого дугой (большая часть энергии рассеивается в окружающую среду за счет теплового излучения), так как процесс плавки осуществляют в открытом тигле;
- тигель выполнен однослойным, имеется вероятность взаимодействия жидкого металла с материалом тигля.

Все выше перечисленные недостатки отрицательно сказываются на длительности технологического цикла и качестве отливок.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является плавильно-заливочная установка для получения титановых отливок малых габаритов и масс. (Свидетельство на полезную модель 6731, МКИ 6 В 22 D 13/04).

Эта установка содержит плавильно-заливочную камеру, опирающуюся на станину, тигель для расплавления металла, электрододержатель с устройством его возвратно-поступательного перемещения, центробежный стол. Электрододержатель выполнен с возможностью закрепления на нем одновременно от 3 до 5 расходуемых титановых электродов. Тигель выполнен из двух слоев - опорного медного и гарнисажного (защитного) слоев, который имеет химический состав, аналогичный расплавляемому металлу (сплаву). Тигель снабжен керамическим кожухом с крышкой-сводом, который предохраняет элементы конструкции при плавке от нагрева за счет излучения от зеркала расплава. В крышке выполнены отверстия для заведения электродов внутрь тигля.

Данная установка имеет следующие недостатки:
а) в качестве электродов используются расходуемые (расплавляемые) электроды в количестве от 3 до 5 штук. Применение таких электродов не позволяет надежно получать требуемую степень перегрева металла - процесс идет неустойчиво, что снижает эффективность и равномерность расплавления металла;
б) при полном расплавлении электродов нет возможности (при необходимости) поддерживать дугу, что существенно затрудняет процесс, снижает эффективность и равномерность расплавления;
в) конструкцией установки предусмотрено заведение электродов внутрь тигля через отверстия в крышке-своде. Такое конструктивное решение создает неудобство при эксплуатации установки и, кроме того, может приводить к поломке электродов или крышки при их введении в тигель, а также во время плавки.

После завершения процесса плавления осуществляют вывод электродов из тигля через отверстия в крышке-своде, причем для ее снятия (перед сливом расплава) необходимо специальное приспособление, что создает неудобство в эксплуатации и требует затрат времени на выполнение этих операций.

Перечисленные выше недостатки создают неудобства при эксплуатации установки, увеличивают длительность технологического цикла, снижают качество отливок.

Задачей заявляемого технического решения в качестве изобретения является сокращение длительности технологического цикла, повышение удобства в эксплуатации и повышение качества отливок.

При решении поставленной задачи достигается следующий технический результат - сокращение технологического цикла, повышение температуры расплавления металла, повышение эффективности и однородности расплавления металла за счет равномерного распределения тепловой энергии.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет того, что в известной плавильно-заливочной установке для получения титановых отливок малых габаритов и масс, содержащей опирающуюся на станину плавильно- заливочную камеру, в верхней части которой закреплен электрододержатель с электродами и устройством его возвратно-поступательного перемещения, тигель, имеющий гарнисажный слой, выполненный из металла с химическим составом расплавляемого металла, и медный опорный слой, крышку-свод, рабочий стол, особенность состоит в том, что в электрододержателе закреплены неплавящиеся электроды равномерно по окружности на расстоянии друг от друга, достаточном для равномерного распределения тепловой энергии, причем крышка - свод закреплена на штоке электрододержателя и выполнена из молибдена.

Закрепление в электрододержателе неплавящихся электродов равномерно по окружности на расстоянии, достаточном для равномерного распределения тепловой энергии, обеспечивает в совокупности с другими существенными признаками эффективное и равномерное расплавление заготовки за счет одновременного теплового воздействия на всю поверхность расплавляемой заготовки (шихты), тем самым снижается длительность технологического процесса. Преимущество неплавящегося электрода перед расходуемым заключается в длительности его использования и в возможности достичь по сравнению с прототипом более высокого перегрева металла в тигле.

Закрепление крышки-свода непосредственно на штоке электрододержателя позволяет повысить удобство в эксплуатации, т.к. она перемещается одновременно с электродами, кроме того выполнение крышки из материала со свойством светового и теплового отражения, например из молибдена, обеспечивает фокусирование и отражение тепла при расплавлении заготовки, а также молибденовая крышка-свод является более надежной в работе по сравнению с керамической крышкой.

Указанные признаки в своей новой совокупности и взаимосвязи обеспечивают сокращение длительности технологического цикла, равномерность распределения тепловой энергии в процессе плавления заготовки, повышение температуры расплавления металла, повышение эффективности и однородности расплавляемого металла, а значит, и качества отливок, повышение удобства в эксплуатации установки.

При исследовании отличительных признаков заявляемого технического решения в качестве изобретения не выявлено известных аналогичных установок для литья металла, которые предусматривали бы закрепление в электрододержателе неплавящихся электродов равномерно по окружности на расстоянии друг от друга, достаточном для равномерного распределения теплового эффекта, а также наличие крышки-свода, закрепленной на штоке электрододержателя и выполненной из материала со свойством светового и теплового отражения, усиливающей тепловой эффект.

Известна установка, близкая по достигаемому эффекту - эффективности и равномерности расплавления металла, содержащая герметично закрываемую плавильно-заливочную камеру, разделенную перемычкой на две части. В верхней части расположен электрод, тигель с отверстием из проводящего электричество материала, расположенный под электродом, а в нижней части - литейную форму и устройство для мгновенной подачи дополнительного количества инертного газа для создания избыточного давления газа на поступающий в форму металл. Горящая между электродом и расплавляемой заготовкой (шихтой) дуга под воздействием электромагнитного поля (создаваемого электромагнитами) перемещается по поверхности расплавляемою металла в тигле, что обеспечивает по сравнению с выявленными аналогами более равномерный нагрев и соответственно более быстрое расплавление шихты (Патент Германии 3643586, МКИ F 27 D 11/08; B 22 D 7/12).

Однако данная установка не решает задачу равномерного и быстрого расплавления шихты, т.к. нагрев происходит последовательно горящей дугой, перемещающейся по поверхности шихты.

Использование отличительных признаков в новой совокупности и взаимосвязи с другими существенными признаками установки позволяет получить указанный выше технический результат, не присущий известным в уровне технике аналогичным установкам, а также известным признакам порознь.

Таким образом, заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, т.к. не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

На фиг.1 представлен общий вид плавильно-заливочной установки для получения малогабаритных отливок в разрезе; на фиг.2 представлен вид установки сбоку.

Плавильно-заливочная установка для получения малогабаритных отливок состоит из корпуса 1, внутри которого смонтированы плавильно-заливочная камера 2, где размещены плавильный узел 3 с плавильным тиглем 4, центробежный стол 5 (при центробежном литье) для заливки литейных форм 6, металлоприемник 7, устройство 8 подъема опускания электрододержателя 9 с неплавящимися электродами 10, газовакуумная система 11, блок управления 12, закрепленный снаружи корпуса 1. Неплавящиеся электроды 10 закреплены в электрододержателе 9 равномерно по окружности на расстоянии друг от друга, достаточном для обеспечения равномерного распределения тепловой энергии в процессе плавки. На штоке электрододержателя 9 закреплена крышка-свод 13, выполненная из материала со свойством светового и теплового отражения, а именно из молибдена. В плавильно-заливочной камере (ПЗК) 2 размещен тигледержатель 14 плавильного тигля 4, связанный с поворотным механизмом 15. Плавильный тигель 4 состоит из двух слоев - опорного медного 16 и гарнисажного 17 - из сплава того же химического состава, что и расплавляемый сплав. Тигледержатель 14 имеет сборно-разборную конструкцию, позволяющую менять тигель 4 при выходе из строя на новый. Плавильно-заливочная камера 2 связана через вакуумные разъемы 18 с источником питания (не показано), с датчиками 19 контроля вакуума в плавильно-заливочной камере 2. Количество неплавящихся электродов, используемых в установке, определяют опытным путем в зависимости от среднего внутреннего диаметра тигля, расплавляемого металла (сплава) и расстояния между электродами, достаточного для обеспечения равномерного распределения теплового эффекта при расплавлении заготовки.

Плавильно-заливочная установка работает следующим образом:
На центробежном столе 5 устанавливают литейную форму 6 с металлоприемником 7. В тигель 4 устанавливают заготовку в виде цилиндра, например, из титанового сплава. Например, при среднем внутреннем диаметре тигля, равным 40 мм, количество неплавящихся электродов, необходимых для процесса плавки, составит 9 штук при межэлектродном расстоянии 1,75 диаметра электрода. Количество электродов определяют опытным путем в зависимости от среднего внутреннего диаметра тигля и расстояния между ними, достаточного для обеспечения равномерного распределения тепловой энергии при расплавлении заготовки. После установки расплавляемой заготовки в тигель 4 перемещают устройством 8 электрододержатель 9 с электродами 10 и крышкой 13 на некоторое расстояние от заготовки. Включают вакуумную систему 11. По достижении необходимого вакуума в ПЗК 2 подают аргон. Включают напряжение на электродах 10 и тигле 4, одновременно с этим включают вращение центробежного стола 5. За счет использования неплавящихся электродов в количестве 9 штук и расположения их равномерно по окружности заготовки на расстоянии 1,75 диаметра электрода процесс плавления происходит эффективно, что обусловлено воздействием равномерного усиленного теплового эффекта от дуг всех электродов 10 одновременно по всей поверхности заготовки. Кроме того, поток тепла, образуемый в процессе плавления заготовки, направляется вверх и отражается от крышки-свода 13, тем самым дополнительно усиливается тепловой эффект. За счет использования неплавящихся электродов 10 в количестве 9 штук и крышки-свода обеспечивается равномерное распределение тепловой энергии, усиливается тепловой эффект, необходимый для перегрева металла, достигается однородность расплавленного металла. Технологический цикл плавления заготовки сокращается. После расплавления заготовки посредством устройства 8 электроды 10 и крышку-свод 13 перемещают вверх. Затем поворотным механизмом 15 поворачивают тигель 4 и сливают металл в металлоприемник 7. После остывания отливок в литейной форме 6 до заданной температуры откачивают аргон, производят разгерметизацию камеры 2. Литейную форму 6 с отливками извлекают для последующих операций.

Установка удобна в пользовании - крышка- свод, закрепленная на штоке электрододержателя, перемещается одновременно с электродами, тем самым исключена вспомогательная операция, связанная с закрыванием крышки тигля, заведением электродов в отверстия крышки, исключена возможность поломки крышки и электродов, отпала необходимость замены электродов.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивает сокращение длительности технологического цикла, повышение температуры расплавления металла, повышение эффективности и однородности расплавляемого металла по температуре, а значит, и качества отливок, повышение удобства в эксплуатации установки.

Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения малогабаритных отливок из высокоактивных металлов и сплавов, в частности зубных протезов и ювелирных изделий. В корпусе установки размещены плавильно-заливочная камера с плавильным тиглем и рабочим столом для центробежной заливки форм. Плавку металла осуществляют неплавящими электродами, закрепленными на электрододержателе равномерно по окружности. Расстояние между электродами выбрано достаточным для равномерного распределения тепловой энергии и равномерного расплавления заготовки. На электрододержателе закреплена крышка-свод, выполненная из материала со свойством светового и теплового отражения. Поток тепла, образующийся в процессе плавки металла, отражается от крышки-свода, тем самым усиливая тепловой эффект. Крышка перемещается вместе с электродами. Это позволяет повысить удобство в эксплуатации. Изобретение обеспечивает также сокращение длительности технологического цикла, повышение температуры расплавления металла. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Плавильно-заливочная установка для получения малогабаритных отливок, содержащая опирающуюся на станину плавильно-заливочную камеру, в верхней части которой закреплен электрододержатель с электродами и устройством его возвратно-поступательного перемещения, тигель, имеющий гарнисажный слой, выполненный из металла с химическим составом расплавляемого металла, и медный опорный слой, крышку-свод, рабочий стол, отличающаяся тем, что в электрододержателе закреплены неплавящиеся электроды равномерно по окружности на расстоянии друг от друга, достаточном для равномерного распределения тепловой энергии, причем крышка-свод закреплена на штоке электрододержателя и выполнена из материала со свойством светового и теплового отражения. 2. Плавильно-заливочная установка по п. 1, отличающаяся тем, что крышка-свод выполнена из молибдена.