Способ обработки материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК B23K13/01 

Изобретение относится к области обработки материалов и может быть использовано во всех отраслях машиностроения.

Цель изобретения - расширение технологически возможностей обработки и устройства для обработки материалов вертикальных, горизонтальных поверхностей и поверхностей тел вращения объектов, в том числе крупногабаритных и протяженных и из труднообрабатываемого материала.

Обработку осуществляют оплавлением расплавом дополнительного материала обрабатываемого материала, отделением его, формованием обработанной поверхности и удалением расплавленного обрабатываемого материала. Для нагрева, плавления и под- держания рабочей температуры ванны дополнительного материала используют индукционный нагрев В качестве дополнительного материала используют материалы не растворяющие обрабатываемый материал, имеющие значительное отличие в плотности с обрабатываемым материалом, температуру плавления ниже температуры плавления обрабатываемого материала и температуру кипения значительно выше температуры плавления обрабатываемого материала. При обработке перемещают либо обрабатывающее устройство относитель- но обрабатываемого объекта по обрабатываемой поверхности, в том числе и снизу вверх и сверху вниз по вертикальной поверхности, либо перемещают обрабатываемый объект относительно неподвижного устройства. Используемый в качестве обрабатывающего устройства тигль-индуктор снабжают перегородкой для разделения либо расплавов дополнительного и обрабатываемого материалов, либо для разделения и удаления расплава обрабатываемого материала. Формование обработанной поверхности осущестсляют поверхностью либо одной из стенок, либо дна либо перегород л

С

Х|

v«

ы ю N к

W

ки тигля-индуктора, за которыми, как правило, устанавливают для отвердевания расплава охладитель (кристаллизатор).

На фиг.1 изображена схема обработки материала вертикальной поверхности, с перемещением обрабатывающего устройства снизу вверх; на фиг 2-е перемещением обрабатывающего устройства сверху вниз; на фиг.З - схема обработки материала с перемещением обрабатывающего устройства по горизонтальной поверхности.

Обработка объекта 1 из металла, например, из стали Р18 (фиг.1) осуществляется оплавлением обрабатываемого материала, отделением его перегородкой 3 и удалением расплава обрабатываемого материала, Оплавление обрабатываемого материала осуществляется теплом панны 5 дополнительного материала, нагретым до температуры выше температуры плавления стали Р18, достаточной для расплавления и поддержания жидкотекучести обрабатываемого материала. Дополнительный материал нагревается и расплавляется вихревыми токами наводимыми индуктором 4 тигля-индуктора 2, из высокоогнеупорных материалов, имеющего магнитопровод, медный водоохлаждаемый охладитель (кристаллизатор) 7 и примыкающего боковыми стенками и дном к обрабатываемому объекту, ограничивая рзсплавы с четырех сторон и предотвращая их растекание.

Тигль-индуктор, установленный на подготовленном участке, поверхность 9 которого отстоит от обрабатываемой поверхности -на толщину снимаемого слоя и, собственно, являющийся частью поверхности которую нужно получить при обработке, перемещают вверх после предварительного разогрева ванны дополнительного материалу до рабочей температуры процесса. Оплавленный обрабатываемый материал стекает и заполняет накопитель б, представляющий собой ограниченный перегородкой и нерасплавившимся материалом объем. Расплавленный материал из накопителя проходя нижнюю часть поверхности перегородки, соприкасающейся с расплавленным материалом, и охладитель (кристаллизатор) формуется и охлаждается, образуя обработанную поверхность. При переполнении накопителя, содержащего резерв расплава обрабатываемого материала на случай чрезмерного оплавления какого-нибудь участка обрабатываемой поверхности из-за колебаний режима обработки, избыток материала стекает через гребень по поверхности перегородки, образуй па дне тигля-индуктора ванну 8 расплава снятого материала, который периодически удалчет0

5

0

ся. Режимы обработки выбираются эмпирически.

Тигль-индуктор работает, как правило, на токах промышленной и повышенной частот. Материалом дополнительной ванны 5 служит смесь флюсов АН-22 и АН-25. Плотность стали значительно больше плотности флюса, температура плавления стали Р18 выше температуры плавления смеси.

Обработка материала по вертикальной поверхности объекта 1 из бериллия (фиг.2) осуществляется при перемещении обрабатывающего устройства сверху вниз, оплавлением слоя бериллия, отделением его перегородкой 3, установленной в верхней части тигля-индуктора 2, с образованием накопителя 6 и ванны 8 расплава снятого обрабатываемого материала. Поддержание рабочей температуры процесса, например, 1350°С осуществляется индуктором 4 с маг- нитопроводом. Дополнительный материал ванны 5 нагревается и расплавляется вихревыми токами В качестве дополнительного материала используется свинец, имеющий 5 плотность 11,3 г/см3. Плотность бериллия значительно меньше плотности свинца и составляет 1,8 г/см3. Свинец и бериллий не растворяются друг в друге и в расплаве образуют отдельные слои - внизу свине ц, в верху бериллий.

Тигль-индуктор 2, состоящий их трехстороннего корпуса со дном, имеет индуктор 4 с магнитопроводом, встроенный в дно и соединяющую боковые стенки стенку, образующую острый угол со дном (наклоненную к обрабатываемой поверхности), в верхней части корпуса перегородку 3 и примыкающий к ней сверху охладитель (кристаллизатор) 7. Корпус и перегородку изготовляют из керамических материалов, температура стойкости которых выше рабочей температуры процесса. Перегородка и охладитель отстоят наружу от боковой поверхности дна на расстоянии равном толщине снимаемого слоя, расположены параллельно или эквидистантно обрабатываемой поверхности.

В начале процесса устройство устанавливают вплотную к обрабатываемому объекту 1 и, установленной над ним, огнеупорной подкладке 9, причем перегородка и охладитель примыкают к подкладке, затем тигль- индуктор заполняют свинцом, включают индуктор, расплавляют свинец и нагревают его до температуры процесса, например, 1359°С и начинают перемещать устройство вниз. Оплавляемый ванной дополнительного материала обрабатываемый материал поднимается и скапливается в накопителе, попадает в пространство между формующи0

5

0

5

0

5

ми поверхностями перегородки и охладителя и не расплавленным обрабатываемым материалом, охлаждается, отвердевает и образует обработанную поверхность. Основная часть оплавленного обрабатываемо- го материала отделяется гребнем перегородки, образуя ванну расплава 8, и, по необходимости, удаляется из устройства. Режимы процесса выбираются эмпирически.

Обработка материала объекта 1 на горизонтальной поверхности, например, из ста- ли Р18 (фиг.З) осуществляется расплавлением слоя обрабатываемого материала, накоплением его в ванне 6, формо- ванием обработанной поверхности формующей поверхностью 8 и удалением расплава обрабатываемого материала. Оплавление обрабатываемого материала осуществляется теплом ванны 5 дополнительного материала, нагретым до температуры выше температуры плавления обрабатываемого материала. Дополнительный материал - смесь флюсов АН-22 и АН- 25, плотность которой значительно меньше плотности стали Р18, - нагревается и расплавляется вихревыми токами, индуцируемыми индуктором 4, тигля-индуктора 2, из высокоогнеупорных материалов, имеющего перегородку 3 и охладитель (кристаллиза- тор) 7. Стенки корпуса тигля-индуктора, на которые устанавливают индукторы наклонены во внутрь, задняя стенка расположена ниже остальных и имеет формующую поверхность 8.

Тигль-индуктор, установленный на огнеупорной подкладке 9 и на обрабатываемом объекте, перемещают по обрабатываемой поверхности после предварительного разогрева ванны дополни- тельного материала до рабочей температуры процесса. Обрабатываемый материал, соприкасаясь с дополнительным материалом, нагревается, оплавляется и собирается в объеме между перегородкой и задней сгенкой и охладителем в обработанную поверхность, а основную часть расплава удаляют. Для повышения скорости обработки обрабатываемый материал дополнительно подогревают. Для исключения вытекания расплава устанавливают по наружному периметру соприкосновения устройства с обрабатываемым объектом дополнительные охладители.

Изобретение позволяет осуществлять обработку крупногабаритных и протяженных объектов, в том числе и локальную, труднообрабатываемых материалов и получение фасонных поверхностей без использования режущих инструментов.

Формула изобретения 1. Способ обработки материалов, включающий нагрев, расплавление и перегрев вихревыми токами дополнительного материала, не растворяющего основной материал и имеющего температуру кипения выше температуры плавления обрабатываемого материала и плотность, отличающуюся от плотности обрабатываемого материала, и перемещение ванны расплавленного дополнительного материала относительно обрабатываемой поверхности, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей обработки, дополнительный материал выбирают в зависимости от расположения обрабатываемой поверхности в пространстве и направления перемещения ванны расплавленного дополнительного материала, при этом дополнительный материал нагревают до температуры, обеспечивающей оплавление обрабатываемого материала, удаляют оплавленный слой и формуют обрабатываемую поверхность.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что при обработке вертикальных поверхностей детали и перемещении ванны с расплавленным дополнительным материалом снизу вверх дополнительный материал выбирают с плотностью, меньшей плотности обрабатываемого зтериала.

3.Способ по п. 1,отли чающийся тем, что при обработке вертикальных поверхностей детали и перемещении ванны с расплавленным дополнительным материалом1 сверху вниз дополнительный материал выбирают с плотностью, большей плотности обрабатываемого материала.

4.Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке горизонтальных поверхностей детали дополнительный материал выбирают с плотностью, меньшей плотности обрабатываемого материала.

5.Устройство для обработки материалов, содержащее корпус тигля с охватывающим его индуктором и магнитопроводом, формующий элемент, отличающееся тем, что оно снабжено перегородкой для разделения расплавов дополнительного и обрабатываемого матеоиалов, установленной параллельно и эквидистантно рабочей поверхности формующего элемента, а стенки тигля выполнены наклонными вовнутрь.

6.Устройство по п.5, отличающ е- с я там, что при обработке вертикальных поверхностей детали формующий элемент имеет поверхность для удаления оплавленного слоя материала детали и служит перегородкой для разделения расплавов.

7. Устройство по п.5, отличающее- с я тем, что при обработке горизонтальных поверхностей детали одна из стенок

тигля служит формующим элементом и расположена ниже остальных стенок и перегородки.

Использование: в области обработки материалов. Сущность изобретения при обработке используют ванну с дополнительным материалом, расплавле ным вихревыми токами. Дополнительный материал имеет отличную от основного плотность и низкую температуру плавления. Ванну выполняют с перегородкой, разделяющей расплавы основного и дополнительно материалов. В процессе обработки ванну перемещают относительно поверхности обрабатываемого материала. Дополнительный материал выбирают по плотности в зависимости от направления перемещения ванны относительно детали, Изобретение может бы применено в машиностроении при обраб jTKe крупногабаритных деталей 2 с. и 5 з.п. ф-лы , 3 ил

Ј

г/

Фиг. 2.

/