CS236815B1 - Device for accurate casting with controlled crystallization - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKÁ SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA (191 POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVEDČENIU 236815 (11) (Bil (22) Přihlášené 28 02 83(21) (PV 1357-83) (51) Int. Cl? B 22 D 27/04 B 22 D 27/20 (40) Zverejnené 13 09 83 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY (45) Vydané 15 03 87 (75)

Autor vynálezu ŽITŇANSKÝ MARCEL doc. dr. ing. CSc., PROKSA MILOSLAV ing. CSc.,BRATISLAVA (54) Zariadenie na výrobu přesných odliatkov s riadenou kryštalizáciou 1

Vynález sa týká zariadenia na výrobupřesných odliatkov s vysokým nárokom natvar a kvalitu štruktúry, na výrobu odliat-kov tvarovo členitých so zvláštnym požia-davkom na kvalitu jeho štruktúry, ako na-příklad výroba lopatiek plynových turbín sriadenou kryštalizáciou, využívajúc výhoduvytvorenia strmého teplotného gradientazabezpečeného těsným usporiadaním sústa-vy íonna — grafitové odporové teleso — te-pelnoizolačný plášť a chladič, ktorý je po-třebný na to, aby sa dosiahol taký odvodtepla v smere zvislom, že v odliatku sa vy-tvoří usměrněná štruktúra.

Aby sa vytvořili správné podmienky prerast monokryštálov, alebo rovnoběžnýchzrn, z hfadiska fyzikálneho je třeba zabez-pečiť odvod tepla z taveniny v jednom smě-re, zabránit, vzniku kryštálov před rozhra-ním solidus-likvidus, vytvořit podmienkypre rovinné rozhranie solidus-likvidus, vy-tvořit dostatočne strmý teplotný gradientpri ochladzovaní odliatku. V procese kryš-talizácie dosiahnúť bezotrasový stav systé-mu forma-kov až po stuhnutie poslednejčasti tekutého kovu a zabezpečit potřebnýstupeň prehriatia taveniny v porovnaní steplotou formy. Všetky v súčasnosti používané zariadeniana výrobu tvarovo členitých odliatkov v 2 podstatě pracujú tak, že forma sa v horú-cej komoře vyhřeje na určitá teplotu To, pri-čom je položená, alebo sa položí na vodouchladenú podložku. Forma sa naplní kovomvyhriatým na teplotu Ti a potom sa z ho-rúcej komory vysúva smerom dolu spolus vodou chladenou podložkou. Týmío spó-sobom alebo s určitou obměnou pracujú za-riadenia například podTa patentov USA č.4 213 497, 4 202 400, 3 532 155, 3 376 915, 3 260 505, ktoré využívajú spósob znižova-nia příkonu elektrickej energie do horúcejkomory, podobné ako patenty ZSSR číslo846 090 a 202 366. Iné využívajú intenzívnyspósob postupného ochladzovania kovu voformě, a to spósobom ponárania formy dochladiaceho média, ako například patentyUSA č. 3 763 926 a ZSSR popis AO č. 863 171.Ďalší spósob a to vyfahovanie formy s otvo-reným dnom naplnenej kovom. z priestoruhorúcej komory a.jej zasúvania do chladia-ceho priestoru je uvedený v USA pat. spiseč. 3 810 504. Iný spósob uvedený v USA pat.spise č. 3 841 384 využívá znižovanie příko-nu elektrickej energie do horúcej komory,pričom je kombinovaný s chladenou podlož-kou, na ktorej je umiestnená forma s kovoma vysúva sa z horúcej komory. ZSSR pat.spis číslo 742 033 využívá chladenú podlož-ku, na ktorej je položená forma s otvoreným 236815 236815 dnom a naplněná kovom, cez ktorý prechá-dza v smere zvislom elektrický prúd, ktoré-ho intenzita sa postupné znižuje. Všetky uvedené zariadenia majú jednuveíkú spoločnú nevýhodu, a to, že sa pohy-buje forma v procese kryštalizácie kovu. Ta-kýto sposob má vel'mi nepriaznivý vplyv naproces kryštalizácie a může sposobiť změnusměru rastu zrn a vetvenie zrn v nežiadú-com smere. Ďalšou nevýhodou zariadení,ktoré využívajú znižovanie příkonu elek-trickej energie do horúcej komory, je vel'mikomplikovaný sposob ohřevu a jeho regulá-cie. Podobné je velmi komplikované zaria-denie, ktoré využívá intenzívně chladenieformy tým sposobom, že sa forma ponárado chladiaceho média. Ďalšou nevýhodoutakéhoto sposobu je, že sa vyžaduje formavysokej kvality, ktoré znesie tepelný šokpri ponáraní do chladiaceho média.

Uvedené nedostatky odstraňuje a tech-nický problém rieši zariadenie podlá vyná-lezu, ktorého podstatou je, že vo vnútri re-cipienta danej pracovnej jednotky je uspo-riadaná horúca komora, konstrukčně pře-vedená suvne v smere zvislej osi ako celokspolu -s chladiacim systémom, kde horúcakomora pozostáva z grafitového odporové-ho telesa, vodivo spojeného s prívodmi elek-trického prúdu pomocou troch kuželovýchdier, ktorými je nasunuté na kuželový kon-takt prívodov elektrického prúdu, prechá-dzajúcich aj otvormi spodnej tepelnoizolač-nej vložky. Horúca komora je dalej opatře-ná tepelnoizolačným plášťom, pevne spoje-ným s nosným plášťom pomocou vodiacichčapov, v rovině rozmiestených v uhle 120°a nasunutých do vedenia v patke, priskrut-kovanej ku léžku prívodov elektrickéhoprúdu v hornej časti týchto. S nosným pláš-ťom je rozoberatelne spojené aj veko horú-cej komory, Ktoré je zo spodu opatřené hor-nou tepelnoizolačnou vložkou a v střede o-patrené lievikom. S prívodmi elektrickéhoprúdu, ktoré sú cez prívodnú rúrku vodouchladené, je spojený aj chladič, ktorý obklo-puje keramické došky, uložené s presahomaž do vnútra priestoru grafitového odporo-vého telesa na nosiči, umiestnenom na chla-denoni dne recipienta, pričom v smere zvis-lej osi zariadenia je nosič převedený suvnea chladič je od prívodov elektrického prú-du odizolovaný. Přívody elektrického prúdusú v spodnej časti uložené v puzdrach a vhornej časti opatřené ložkom, na ktoré jepriskrutkovaná patka, vodivo odizolovaná aopatřená vedením, pomocou ktorého sú jed-notlivé časti horúcej komory spojené s prí-vodmi elektrického prúdu a do priestoru re-cipienta vysúvanými cez vákuové prechod-ky pomocným zdvihacím mechanizmom. No-sič keramických dosiek je vytvořený z ko-vového telesa válcovitého tvaru, ktoré mápo obvode v rovině tri otvory posunuté ouhol 120°, so západkami, ktoré sú ovládanéod dvojpolohového elektromagnetu.

Predmetom vynálezu je aj to, že pracov- ně jednotky sú usporiadané do kruhu alebov radě a pomocou príruby napojené na je-den spoločný nasávací systém s jediným ta-viacim agregátom a jednou indukčnou ta-viacou vák.uovou pečou, usporiadanou otoč-né vo vodorovnej rovině na ramene a suvnevo smere zvislej osi na čapě, pričom tavia-cí téglik, v dne opatřený vypúšťacím otvo-rom a uzavretý uzáverom, je v recipienteindukčnej vákuovej taviacej pece uloženýstabilně, zo spodnej strany uzatvorený ven-tilom a z hornej strany opatřený vakuovoupriepusťou.

Zariadenie podl'a vynálezu má oproti sú-časne známým zariadeniam celý rad výhod,ktoré spočívajú v jednoduchej konštrukcii,zlepšeného procesu riadenej kryštalizácie,v montáži a demontáži hlavných častí za-riadenia, horúcej komory a chladiča v pří-pade údržby a opravy. Výroba a montážgrafitového odporového telesa je velmi jed-noduchá. Jeho spojenie s prívodom elek-trickej energie sa prevedie jednoduchýmnasunutím na kuželový kontakt. Podobnévýroba tepelnoizolačného plášťa sa zabezpe-čí z penovej grafitovej hmoty. Montáž celé-ho tepelnoizolačného plášťa a nosného pláš-ťa sa prevedie jednoduchým nasunutím vo-diacich čapov do vedení. Takáto jednodu-chá montáž má veíkú výhodu v případe ú-držby a opravy zariadenia. V dósledku kon-štrukcie a usporiadania zariadenia je mož-ná velmi jednoduchá obměna horúcej ko-mory na iný tvar a rozměry odliatku. Uspo-riadanie pracovných jednotiek do kruhu jez ekonomických dovodov velmi výhodné.Všetky recipienty pracovných jednotiek súnapojené na jeden spoločný nasávací v.á-kuový systém, všetky přívody sú rovnakodlhé a teda sa dajú jednoducho zabezpečitrovnaké pracovně podmienky. Každá pra-covná jednotka je konštrukčne riešená vět-rní úsporné a preto na dosiahnutie potřeb-ného pracovného vákua stačí poměrně ma-lý nasávací systém. Konštrukčne je celé za-riadenie navrhnuté tak, že na přípravu ta-veniny a plnenie foriem kovom postačí je-den taviaci agregát a jedna indukčná tavia-ca vákuová pec. Táto je zhotovená vo vel-mi úspornom převedení čo do rozmerov, jezavesená na otočnom čapě a dá sa jedno?ducho otáčať vo vodorovnej rovině a posú-vať v zvislom smere. Je připojená na špe-ciálny taviaci agregát, ktorý vsádzku roz-taví v priebehu niekolkých minút. Zvlášt-nou výhodou navrhnutej pece je spósob vy-púšťania taveniny cez otvor v dne taviace-ho téglika. Takýto spósob je pri výrobě lo-patiek plynových turbín velmi výhodný.Ďalšou výhodou navrhnutého zariadenia jeto, že sa dá zabezpečit požadovaný stupeňprehriatia taveniny, čo je z hladiska pro-cesu riadenej kryštalizácie velmi dóležitýpředpoklad.

Pokrokom riešenia je to, že zariadenie u- možňuje vysoký stupeň automatizácie pra- 236815 5 covného postupu, čo ho předurčuje pre sé-riová a hromadná výrobu lopatiek s riade-nou kryštalizáciou. Forma a horúca komorapracovnej jednotky umožňuje na jeden pra-covný cyklus vyrobit niekolko lopatiek sú-časne.

Vyšší účinok je v tom, že sa dá dosiah-nuť homogénny ohřev formy v celom jej ob-jeme, a to z důvodu dosiahnutia tepelneirovnováhy na přechode forma — keramic-ká doska.

Na pripojenom výkrese na obr. 1 je v po-zdížnom řeze v náryse zobrazené zariade-nie ako základná pracovna jednotka.

Obr. 2 znázorňuje v řeze v náryse indukč-nú taviacu vákuovú pec.

Obr. 3 znázorňuje schematicky v půdory-se usporiadanie pracovných jednotiek dokruhu s napojením na centrálny napájacísystém, ktorý nie je zakreslený.

Obr. 4. znázorňuje usporiadanie — sche-maticky v půdoryse — vo vodorovnej rovi-ně, kde rameno 35 je zavesené na vodiacejdráhe.

Zariadenie podťa obr. 1 pozostáva z reci-pienta 1 vytvořeného v tvare valca, buď sdvojitou stěnou, chladenou vodou, alebo sjednoduchým plášťom, chladeným pomocourúrky prispájkovanej na vonkajší plášť re-cipienta. Vo vnútri recipienta danej pracov-nej jednotky je usporiadaná horúca komora3, konstrukčně převedená suvne v smerezvislej osi ako celok s chladiacim systémom.Horúca komora 3 pozostáva z grafitovéhoodporového telesa 4, vodívo spojeného sprívodmi 13 elektrického prúdu pomocoutroch kuželových dier 16, ktorými je nasu-nuté na kuželový kontakt 17 prívodov 13elektrického prúdu, prechádzajúclch aj ot-vormi spodnej tepelnoizolačnej vložky 7.Horúca komora je cřalej opatřená tepelno-izolačným plášťom. 5, pevne spojeným snosným plášťom 6 pomocou vodiacich ča-pov 24, v rovině rozmiestených v uhle 120'a nasunutých do vedenia 21 v patke 23, pri-skrutkovanej ku lůžku 19 prívodov 13 elek-trického prúdu v hornej časti týchto. S nos-ným plášťom 6 je rozoberateíne spojené ajveko 8 horúcej komory 3, ktoré je zo spoduopatřené hornou tepelnoizolačnou vložkou7‘ a vstrede opatřené lievikom 25. S prívod-mi 13 elektrického prúdu, ktoré sú cez prí-vodnú rúrku 18 vodou chladené, je spojenýaj chladič 9, ktorý obklopuje keramickédošky 11, uložené s presahom až do vnútrapriestoru grafitového odporového telesa 4na nosiči 10, umiestnenom na chladenomdne 2'9 recipienta 1, pričom vo smere zvis-lej osi zariadenia je nosič 10 převedený suv-ne a chladič 9 je od prívodov 13 elektrického prúdu odizolovaný. Přívody 13 elektric-kého prúdu sú v spodnej časti uložené vpuzdrach 22 a v hornej časti opatřené lóž-kom 19, na ktoré je priskrutkovaná patka 20, vodivo odizolovaná a opatřená vedením 21, pomocou ktorého sú jednotlivé časti ho-rucej komory 3 spojené s prívodmi 13 elek- trického prúdu a do priestoru recipienta 1vysúvané cez vákuové prechodky 23 pomoc-ným zdvihacím mechanizmom, na výkresenezakresleným. Nosič 10 keramických do-siek 11 je vytvořený z kovového telesa vál-covitého tvaru, ktoré má po obvode v rovi-ně tri otvory 26, posunuté o uhol 120°, sozápadkami 27, ktoré sú ovládané od dvoj-polohového elektromagnetu 28.

Do priestoru horúcej komory 3 je zasunu-tá forma 12, položená na keramických doš-kách 11, ktoré sú tiež čiastočne zasunuté dovnútra horúcej komory 3.

Indukčná taviaca vakuová pec, pódia obr.2, pozostáva z indukčnej cievky 30 v ktorejje vsadený tepelnoizolačný plášť 5' a v ňomtaviaci téglik 31 s vypúšťacím otvorem 32 vdne, ktorý je uzavretý uzáverom 33. Tavia-ci téglik 31 je stabilně umiestnený v reci-piente Γ indukčnej vákuovej pece, ktorý jezo spodnej časti uzatvorený ventilom 34 az hornej časti vákuovou priepusťou 14‘. In-dukčná vákuová taviaca pec je upevněná naramene 35 v zvislom čapě 36.

Zariadenie pódia vynálezu, ako je zobra-zené na obr. 3 a obr. 4, představuje pracov-ně jednotky usporiadaná do kruhu alebo vradě a- pomocou příruby 2 sú tieto napoje-né na jeden spoločný nasávací systém s je-diným taviacim agregátom a jednou indukč-nou taviacou vákuovou pečou, usporiadanouotočné vo vodorovné] rovině na ramene 33a suvne vo smere zvislej osi na čapě 36.

Zariadenie podlá vynálezu pracuje násle-dovně:

Priestor recipienta 1 a vákuovej komory15 sa zavzdušní. Horúca komora 3 spolu sgrafitovým odporovým telesom 4, tepelno-izolačným plášťom 5, nosným plášťom 8,chladičom 9 spolu s prívodmi 13 elektric-kého prúdu, ktoré sú v spodnej časti umiest-nené v puzdrach, sa uvsdie do pohybu. Po-hyb prívodov elektrického prúdu 13 v sme-re zvislom je zabezpečený mechanizmom,ktorý nie je zakreslený. Pri právě popísa-nom zdvíhacom úkone sú západky 27 vysu-nuté z otvorov 26 nosiča 10. Keď sa celá ho-rúca komora 3 presunie do hornej krajnejpolohy v recipiente 1, vykonajú sa tieto ú-kony. Cez vákuovú komoru 15 sa. vloží stu-dená forma 12 na keramické došky 11. Ďal-šia forma sa vloží do vákuovej komory 15na manipulátor, ktorý nie je zakreslený. Za-tvoria sa dveře vákuovej komory 15, evaku-je sa súčasne vákuová komora 15 a recl·pient 1 a celá kompletná horúca komora 3sa spustí do spodnej krajnej polohy v reci-piente 1, ako je to naznačené na obr. 1. Podesiahnutí potřebného vakua sa celá forma12 nahřeje v horúcej komoře na teplotu To.V priebehu času, v ktorom sa vylirievalaforma 12 na požadovaná teplotu To, sa při-praví zariadenie na proces tavenia a odlie-vania. Pracuje sa nasledovným sposobom.Indukčná taviaca pec, ako je znázorněná naobr. 2, sa může posúvať v smere zvislom a

Claims (4)

1. 236815 7 vo vodorovnom smere sa může otáčať oko-lo zvislého čapu 36. Otvorí sa vákuová prie-pusť 14‘ a do taviaceho téglika 31 sa vložívsádzka s požadovanou hmotnosťou (nie jenakreslená) a vákuová priepusť 14‘ sa uza-tvorí. Indukčná taviaca vákuová pec sa u-miesti nad jednu z pracovných jednotiek,například vyznačená na obr. 4 šráfovaním,a to tak, aby ventil 34 a vákuová priepusť14 na seba dosadli a vytvořili vákuovo těs-ný spoj. Ventil 34 a vákuová priepusť sa ot-voria a celá sústava horúcej komory, spolus nosičom 10, keramickými doskami 11 aformou 12, sa presunie cez vákuová prie-pusť 14, ventil 34 smerom hoře tak, že lie-vik 25 sa dostane do tesnej blízkosti uzá-věru 33. Prv než sa nosič 10 začne pohybo-vat smerom hoře, tri dvojpolohové elektro-magnety 28 zasunu západky 27 do otvorov 26 noslča 10, čím vznikne potřebné spojeniesústavy nosiča 10, pomocou troch západiek 27 a nenakreslených uchycovačov západiek,s odizolovaným připevněním na přívody 13elektrického vedenia. Zapne sa speciálnězariadenie na roztavenie vsádzky, ktorá sav priebehu krátkého času roztaví a vyhře-je na teplotu Ti. Potom uzávěr 33 uvolní vy-pášťací otvor 32 v taviacom tégliku 31 a ta-venina pretečie cez lievik 25 do formy 12.Ihned' na to celá sústava sa spustí do spod-nej krajnej polohy naznačenej na obr. 1.Súčasne s pohybem celej horúcej komory3 smerom dolu sa postupné zatvára v pora-dí ventil 34 a vákuová priepusť 14. Dvojpo- lohové elektromagnety 28 vytiahná tri zá-padky 27 s otvorov 26 nosiča 10, čím sa do-siahne to, že sa už nebude mócť pohybovatsmerom hoře a spolu s keramickými doska-mi 11 a formou 12 naplněnou kovom zosta-ne v kťudovej polohe. Po uplynutí určitéhočasu od naplnenia formy 12 kovom začnesa riadiť proces kryštalizácie, a to tak, žesústava grafitové odporové teleso 4, tepel-noizolačný plášť 5, nosný plášť 6 spolu skompletným vekom 8 a chladičom 9, sa zač-ne posávať vopred zvolenou rýchlosťou sme-rom hoře až sa postupné presunie do hor-nej krajnej polohy v recipiente 1 a vypnesa ohřev. Po uplynutí určitého času odskončenia procesu kryštalizácie sa forma12 spolu s odliatkom presunie do priesto-ru vákuovej komory 15, z vákuovej komory15 sa presunie v nej vopred umiestnená for-ma na keramické došky 11. Priestor reci-pienta 1 sa vákuovo tesne može oddeliť odpriestoru vákuovej komory 15, čo sa vyko-ná právě pri popisovanom pracovnom po-stupe. Priestor vákuovej komory 15 sa za-vzdušní, otvoria sa dveře (nie sá nakresle-né) a forma spolu s vyrobeným odliatkomsa vyberie a do vákuovej komory sa vložíforma, dveře sa zatvoria a evakuje sa prie-stor vákuovej komory 15. Celá horáca ko-mora sa spustí do dolnej krajnej polohy,ako aj tri dvojpolohové magnety 28 zasunázápadky 27 do otvorov 26 nosiča 10 a celýproces sa opakuje tak, že sa zapne ohřev,forma sa vyhřeje atď. PEEDMET

   1. Zariadenie na výrobu přesných odliat-kov s riadenou kryštalizáciou s vysokýmnárokom na morfológiu a kvalitu struktury,kde základná pracovná jednotka pozostávaz recipienta, ktorý je v hornej časti uzavre-tý vákuovou priepusťou a v strednej má vy-tvořená vákuová komoru, vyznačujáce satým, že vo vnútri recipienta (1) je usporia-daná horáca komora (3), konstrukčně pře-vedená suvne v smere zvislej osi ako celokspolu s chladiacim systémom, kde horácakomora (3) pozostáva z grafitového odpo-rového telesa (4), vodivo spojeného s prí-vodmi (13) elektrického prádu pomocoutroch kuželových dier (16), ktorými je na-sunuté na kuželový kontakt (17) prívodov (13) elektrického prádu, prechádzajácichaj otvormi spodnej tepelnoizolačnej vložky (7), a horáca komora (3) je ďalej opatřenátepelnoizolačným plášťom (5), pevne spoje-ným s nosným plášťom (6) pomocou vodia-cich čapov (24), v rovině rozmiestených vuhle 120° a nasunutých do vedenia (21), pri-čom s nosným plášťom (6) je rozoberatel-ne spojené aj veko (8) horúcej komory (3),ktoré je zo spodu opatřené hornou tepelno-izolačnou vložkou (7‘) a v střede opatřenélievikom (25) a kde s prívodmi (13) elek- VYNÁLEZU trického prádu, ktoré sú cez prívodná rár-ku (18) vodou chladené, je spojený aj chla-dič (9), ktorý obklopuje keramické došky(11), uložené s presahom až do vnátra prie-storu grafitového odporového telesa (4) nanosiči (10), umiestnenom na chladenom dne(29) recipienta (1) a v smere osi zariade-nia prevedenom suvne, pričom chladič (9)je od prívodov (13) elektrického prádu od-izolovaný.
2. 2. Zariadenie podlá bodu 1, vyznačujácesa tým, že přívody (13) elektrického prádusú v spodnej časti uložené v puzdrach (22)a v hornej časti opatřené lóžkom (19), naktoré je priskrutkovaná pátka (20), vodivoodizolovaná a opatřená vedením (21), kto-rým sá jednotlivé časti horúcej komory spo-jené s prívodmi (13) elektrického prádu, ado priestoru recipienta (1) výsuvnými cezvákuové prechodky (23) pomocným zdví-hacím mechanizmom.
3. 3. Zariadenie podfa bodov 1 a 2, vyznače-né tým, že nosič (10) keramických dosiek(11) je vytvořený z kovového telesa válco-vitého tvaru, ktoré má po obvode v rovinětri otvory (26) posunuté o uhol 120°, so zá-padkami (27), ktoré sá ovládané od dvoj-polohového elektromagnetu (28). 236813 10
4. 4. Zariadenie podl'a bodov 1 až 3, vyzna-čené tým, že pracovně jednotky sú usporia-dané do kruhu alebo v radě a přírubou (2)napojené na jeden spoločný nasávací sy-stém s jediným taviacim agregátom a jed-nou indukčnou taviacou vakuovou pečou, u-sporiadanou otočné vo vodorovnej rovině naramene (35) a suvne vo smere zvislej osi na čapě (36), pričom taviaci téglik (31), vodne opatřený vypušťacím otvorom (32) auzavretý uzáverom (33), je v recipiente(Γ) indukčněj vákuovej taviacej pece ulo-žený stabilně, zo spodnej strany uzatvorenýventilom (34) a z hornéj strany opatřenývákuovou priepusťou (14‘). 4 listy výkresov