Машина для центробежного литья

Машина для центробежного литья

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советски«

Социалистически«

Республик

К АЙТОРСНЬМУ СВИДЕТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27. 11. 79 (21) 2843319/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5l)N. Кл.

В 22 0 13/02

9вударстее«ай «вв«тет

CCCP пв делам «зобретеник н открыт«1

Опубликовано 15.08.81., Бюллетень ле 30

Лата опубликования описания 25.08.81 (53) УДК621 ° 74. .042(088.8)(72) Авторы изобретения бов

А.Г.Мержанов, B.È.Þõâèä, В.И.Кукуш и И.П.Боровинская

Иж АН CCP

Отделение Ордена Ленина института (7l ) Заявитель (4) МАШИНА ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ

Изобретение относится к литейному производству для получения изделий из тугоплавкнх неорганических материалов, например карбидов, боридов, силицидов, нитридов металлов

Pl — Ч1 групп и твердых сплавов на их основе, в частности к оборудованию для центробежного формования, и может быть использовано при изготовлении иэделий заданной формы, например корроэионностойких высокотвердых и из- © носостойких валов, стержней, колец, втулок и пр. для широкого применения в стаикоинструментальной, химической и огнеупорной, абразивной промышленности и машиностроении.

1%

Известна машина для центробежного литья, содержащая станину, кокиль, привод вращения и электроды для sa" жигания и расплавления экзотермичесЮ кой смеси исходных компонентов (1 ).

Данная конструкция не позволяет йолучать качественных изделий из тугоплавких материалов путем локально-, ro воспламенения смеси исходных компонентов под давлением газообразной среды, поскольку кокиль сообщается с атмосферой и отходящие газы не используются для проведения процессов синтеза и формообразования °

Известен 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 газа постоянного давления (2).

Однако данная конструкция не мо» ,жет быть использована для изготовления готовых иэделий путем синтеза тугоплавких аворганических соединений, получаевпах при воспламенении смеси исходных компонеитов с использова ыиеи тепла химической реакции, протекающей в.резаеме горения при высоком давлении (выше 100 атм).

Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение цля про3 8545 изводства изделий из тугонлавких материалов, использующее машину дпя центробежного литья, содержащую станину, ротор и осью вращения и реакционными формами, привод, система пода»

5 чи продувки газа и теплового инициирования реакции с элементами зажигания 13).

Подготовленную смесь компонентов засыпают в тугоплавкую реакцион- 10 ную форму, имеющую вид цилиндра, уплотняют и устанавливают на роторе центрифуги. Нодключавт систему подачи-йродувки газа, например, аргона и устанавливают заданное давление (до !00 атм), Включают привод враще-. ния, и, при достижении заданной перегрузки (l000 д), посредством вольфрамовой спирали, являющейся элементом системы теплового инициирования ре акции произ водя т .вос пламенени е смеси компонентов. Поверхностный слОЙ смеси воспламеняется нреагнрует с выделением большого количества тепла, часть которого передается прилегающему холодному слою, который в свою очередь прогревается, воспламеняется, реагирует и передает часть теппа соседнему слою. Реакция протекает в тонком слое . смеси в зоне горения, где температура достигает 2000-4000 К. По окончании горения и охлаждения формы производят сброс давления из реакционной формы, демонтаж ее с ротора центрифуги и извлечение готового изделия. 35

69 4 системы. теплового инициирования реакции. Поэтому воэможность возникновения дебвлансв снижает надежность работы устройства и повышает опасность обслуживания.

Поскольку технологический процесс проводят при высоком давлении и высоких оборотах ротора, то реакционные формы выполняют с минимальными внутренними объемами, равными сумме объемов исходной смеси и формуемого. изделия. Это позволяет исключить кипение легкоплавких фракций и получать высококачественные иэделия. Однако, в процессе горения в реакционных формах давление возрастает в сотни рвз.

Экспериментально определено, что при синтезе см смеси исходных компонентов выделяется порядка 600 см га3 зов, т.е. давление возрастает в 600 раэ. В связи с этим приходится выполнять укаэанные формы на максимально возможное давление, что значительно сказывается нв металлоемкостн и весе высокооборотной конструкции.

Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение надежности н безопасности работы.

Поставленная цель достигается тем, что ротор снабжен герметичной балластной камерой, установленной на оси вращения, и каналамн, выполненными в оси вращения и соединяющими балластную камеру, жестко связанную и сообщающуюся с реакционными формами, с системой подачи-продувки газа, прн этом объем герметичной балластной камеры в 5-IO pas больше общего объема реакционщах форм, а элементы зажигания выполнены в виде радиаль- ных электродов-разрядников.

Кроме того, реакционные формы могут быть футерованы графитом.

На фиг. l изображена машина, общий вид3 нв фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1,.

Однако данному техническому решению присущ ряд недостатков. Во-первых, конструктивно сложно решено крепление реакционных ферм на Роторе центрифуги,4 а установка н демонтаж реакционных форм усложняет обслуживание центрифуги, так квк по существунеобходимо после каждого процесса формоввния производить балансировку ротора с уставов- 45 ленными реакционными формами, имевшими значительный вес. Исключение дебалансв ротора, имеющего при работе более

)ООО 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 воспламенение исходных компонентов, например, в результате выхода иэ строя

Машина содержит станину l, установленный в подщипниковых узлах 2 ротор, включающий ось 3 вращения, герметичную балластную камеру 4 н реакционные формы 5, выполненные в виде труб жестко соединенных, например, сваренных с бапластной камерой.4. В оси 3 вращения выполнены канайы 6, посредством которых реакционные формы 5 и балластная камера

4 сообщаются с системой подачи-продувки газа (не показана) через пере5 8545 ходник 7, снабженный предохранительным клапаном 8 и трубопроводной арматурой 9. Ось 3 вращения через муфту 10 соединена с электродвигателем

ll. Посредствои скользящих. контактов

l2, установленных на оси 3 вращения,i электрощеток 13.и соединенных с ниии электродов 14, электрод-разрядник 15 зажигания, установленный внутри реакционной формы 15 в электродержателе е

16, соедннен с системой теплового инициировакпя реакции (не показана). Высокооборотная балластная камера 4 с реакционными формами 5 заключены в защитный кожух 17 с монтажныии проемаии (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. Крьнпка щ

21 выполнена с отверстием 23 для ввода радиального электрода-разрядника

15 зажигания и совместно с корпусом

l9 посредством электродов 14 смонтированы на крьппке 18. Электроды 14 изоли-2s рованы в местах контактов с крышками 18 и 21, при этом крышка 18 снабжена уплотняющии кольцом 24, а крышка

22 установлена на изолирующем основании 25. Внутри корпуса 19 на крышке 36

22 смонтирован фориодержатель 26 с разъемными формами 27. Пространство корпуса 19 между крышкой 21 и формодержателем26, служащее для засыпки смеси исходных компонентов и проведе- gg ния реакции синтеза, ограничено легкоплавкими иембранаии 28 и 29.

q p Хр с(шр+И) Тк, где q - -количество тепла, выделяемого при горении реакционной смеси;

С-" теплоемкость металлоконструкции реакционной формы и балластной камеры;

m - масса реакционной формы;

Р

Тр - масса балластной камеры;

М - масса балластной камеры;

Тк - температура всей конструкции ротора.

Из данного 1я>авлеии®, Т Т

Р йр+М

Учитывая что масса реакционной формы в предлагаемом решении значиМашина работает следующим образом. 40

На крышке 18 устанавливают корпус

19 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 электролам 14. Затем пооизводят продувку и заполнение газом балласт- ной камеры 4 до заданного давления, закрывают. монтажные проемы защитного кожуха 17 и включают электродвигатель 1I. При достижении заданного центробежного ускорения электродом .

69 6 !

15 системы теплового инициирования . реакций производят зажигания исход" пыл ком онентов 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 плака, 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 крьппек 18 и извлечение готовых изделий.

Экспериментально определено, что при горении реакционной смеси выделяется до 1000 ккал/гр. Выделение тегата в процессе синтеза приводит к разогреву металлоконструкции реакционных форм и, как следствие, к снижению прочности ее. Так, например, для нержавеющей стали номинальные допускаемые напряжения (буйоя, кг/ии ) а

Ф зависимости от температуры соответст-. ственно равны 20 -14,6; 25 ;12,5;

30 -12,0; 460 -10,6; 580 -9,0; 650—

4,8; 700а"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 случаев;вйполнения ротора с балластной камерой и без нее выглядит

7 854569 тельно меньше массы балластной каме--. ры, то величиной ее в знаменателе можно пренебречь, и, преобразовав ,значения масс в зависимости от размеров их исполнения

1О

19 т„.т где P — - давление газа;

20 V — - объем;.

Т вЂ” температура;

R — газовая постоянная.

Как отмечалось, в известном решении расчетное давление в реакционном

Ъ.

25 объеме (Ррв к ) составляет 600 кгс/см °

Предлагаемая конструкция устройства с балластной камерой позволяет увеличить объем системы и тем самым уменьшить рабочее давление. При этом верхЗо яий предел соотношения балластной камеры и реакционного объема выбран 1О из условия того, что при суммарном объеме ротора V,=V +V„=10 1=11 давление минимальное (P <> ) при синЪ- 6" теееР e = е5ттет теооуслоелено

Ф1n Ч металлоемкостЬю высокооборотного узЛа ротора. Нижний предел соотношения объ4О емов равен 5, что обеспечивает прн

Чс д5+16 работу устройства при — =но ««. t<

Ьес1к бар т

МОК

Ч кРЧrH

S0. выполнением элементов зажигания в виде радиального электрода-разрядника электрически соединенного погде Ф вЂ” постоянная величина 3 14;

l — длина реакционной формы;

r - внутренний радиус реакционной формы1

h — толщина реакционной формы; у — удельный вес материала конструкций; (. — длина балластной камеры;

R — внутренний диаметр балластной камеры;

Н вЂ” толщина балластной камеры.

Поскольку обЪем реакционной формы

V r 1, а объем. балластной камеры

V+%RH, и принимая ° что h <

Я.

h «2гЬ, (R+H) R +2RH уравнение теплового баланса, после подстановки значений

1 1 так как в данном случае то Т хТ

Ч

К P ЧК

Учитывая, что Т> в процессе горения реакционной смеси приближается о к температуре горения и. 3000., необходимым и достаточным условием является выполнение объема балластной камеры в 5-10 раз больше объема реакционных форм, что позволяет обеспе- чить распределение выделяющегося тепла в конструкции ротора и иметь маЧо ксимапьную его температуру при т „-=— равную 600 при которой обеспеч вается (приведенные допускаемые напряжения в зависимости от температуры) прочность высокооборотной конструкции.

Выполнение роторас объемом балластной камеры более чем в 10 раз . превышающей объем реакционной формы нецелесообразно, поскольку повышение допустимых напряжений ниже 300© незначительно, увеличеиие объема приводит только к увеличению массы высокообразного ротора.

Выполнение ротора с балластной камерой, жестко соединенной с реакционными формами, и предлагаемыми соотношением их объемов позволяет обеспечить нормальные условия проведения синтеза, выбрать минимальный вес высокооборотного ротора, поскольку конструкция позволяет требовать в пределе избыточного давления до

)00 кгс/см, в то время как в известном решении реакционные формы изготав2 ливаются из расчета работы 600 кгс/см и выше.

По формуле Клейперона известно, что давление изменяется обратно пропорционально объему и обусловлено прочностью устройства в зависимости от температуры узла ротора.

Жесткая связь балластной камеры с реакционными формами позволяетупростить обслуживание машины, поскольку балансировка ротора при изготовлении исключает дополнительные балансировки и монтаж реакционных, форм. Надежность и безопасность работы обеспечена н парно реакционные формы, так как вме,сто двух отдельных спиралей для эажиФормула изобретения

9 8545 гания сиеси используют один электрод.

Это позволяет исключить возможность загорания смеси только в одной реакционной форме {в случае выхода нз строя спиралей - известное решение) и де5 баланс ротора за счет смещения центра масс s реакционных формах.

1. Кашина дпя центробежного литья, содержащая станину, ротор с осью вращения и .реакционными формами, снстеw подачи-продувки газа и теплового инициирования реакций с элементами зажигания и привод, о т л и ч а ющ а я с я теи, что, с целью упрощения конструкции, повышения надежности и безопасности работы, ротор снабжен герметичной балластной ка69 10 мерой, установленной на оси вращения, в которой выполнены:.асаналы соединяющие балластную камеру с реакционными формами и с системой подачипродувки газа, причем объем герметичной балластной камеры в 5-10 раз больше общего обьеиа реакционыах форм, а элементы зажигания выпол- . нены в нида радиальных злектродовразрядников.

2. Калина по п.1, о т и и ч а ющ а я с я тем, что реа«рноииые формы футероваща графитом.

Источники информации, принятые во ватаге при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР

В 523754, кл. В 22 0 13/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

В 468702, кл. В 22 0 13/06, 1972

3. Авторское свидетельство CCC$

В 6)7485 ma С 22 С 29/00 1975 фиг. f

854 5á9

Составитель А.Минаев

Редактор Е.Дороаенко Техред 11.Кощтура Корректор Н.Стец

Заказ 657)/15 Тирам 869 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж"35, Раушская наб, . д. 4/5

Филиал ШПГ "Патент", r. Укгород, ул. Проектйая, 4