RU2111099C1

RU2111099C1 - Electroslag casting apparatus

Info

Publication number: RU2111099C1
Authority: RU
Inventors: Василий Григорьевич Ярмак; Иван Иванович Лычко; Игорь Иванович Сущук-Слюсаренко
Original assignee: Институт электросварки им.Е.О.Патона АН Украины
Priority date: 1991-11-25
Filing date: 1991-11-25
Publication date: 1998-05-20

Abstract

FIELD: forging production in machine engineering, namely, manufacture of impressions of dies by electroslag casting process. SUBSTANCE: apparatus includes water cooled crystallizer in the form of housing having complex-shape stool corresponding to die impression. Trough for pouring metal and slag is mounted on refractory wall of housing. At each side stool is provided with nipples for water inlet alternating with nipples for water outlet. Stool is in the form of two equally spaced one from another bent sheets with parallel bridges between them. bridges restrict cooling ducts normal relative to wall supporting pouring trough. EFFECT: lowered consumption of high-cost die steels, energy and time saving at manufacturing and repairing impressions of die sets. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрошлаковой технологии и может быть использовано в машиностроительной промышленности для изготовления и восстановления штампов. Гравюры штампов в настоящее время изготавливают методом механической и электрофизико-химической обработки. После трехкратного нарезания гравюры штамповые кубики из дорогостоящего металла выбраковываются [1]. The invention relates to electroslag technology and can be used in the engineering industry for the manufacture and restoration of dies. Engraving dies are currently manufactured by mechanical and electrophysical-chemical processing. After cutting the engraving three times, die blocks of expensive metal are rejected [1].

Известна технология восстановления изношенных штампов с использованием электрошлакового обогрева переплавом стружки. Для осуществления этого способа использовали кристаллизатор, в который устанавливали штампы с изношенной гравюрой. На поверхность гравюры, ограниченную кристаллизатором, заливали жидкий шлак и разогревали шлаковую ванну графитовыми электродами. При электрошлаковом процессе расплавляли ручьи штампа, а затем в шлаковую ванну подавали стружку штамповой стали и наплавляли штампы до первоначальной высоты, чтобы механическим путем изготовить гравюру [2]. A known technology for the restoration of worn dies using electroslag heating remelting chips. To implement this method, a mold was used, in which stamps with worn engraving were installed. Liquid slag was poured onto the engraving surface bounded by the crystallizer and the slag bath was heated with graphite electrodes. During the electroslag process, the die streams were melted, and then the die steel shavings were fed into the slag bath and the dies were fused to the original height in order to mechanically produce an engraving [2].

Кристаллизатор установки для осуществления этого способа восстановления штампов позволяет многократно проводить наплавку штампового кубика, а затем механическим путем изготавливать ручьи гравюры, для труднообрабатывемых сплавов этот способ восстановления неприемлем. The mold of the installation for the implementation of this method of restoring dies allows repeatedly surfacing the die cube, and then mechanically producing streams of engraving, for hard-to-alloy alloys this recovery method is unacceptable.

Широко применяется в машиностроении электрошлаковое литье заготовок кузнечных штампов. Применение этой технологии позволило получить отливки, близкие по форме и размерам к готовому штампу, что существенно уменьшило припуски на механическую обработку. Штамповые кубики получают на печах электрошлакового переплава, расходуемые электроды которых свариваются из отработанных штампов. Получают отливки заготовок в кристаллизаторах с регулировкой поперечного сечения плавильного пространства в двух направлениях. Для экономии штамповой стали и уменьшения трудоемкости при изготовлении штампов в кристаллизаторах предусмотрены медные водоохлаждаемые вставки или выфрезированные пазы в панелях, позволяющие получать штамповые кубики с приближенной конфигурацией замков и хвостовиков штампов [3]. Widely used in mechanical engineering, electroslag casting of blanks forging dies. The use of this technology made it possible to obtain castings close in shape and size to the finished die, which significantly reduced the machining allowances. Stamp cubes are obtained on electroslag remelting furnaces, consumable electrodes of which are welded from spent stamps. Billet castings are obtained in crystallizers with adjustment of the cross-section of the melting space in two directions. To save die steel and reduce the complexity in the manufacture of dies in molds, water-cooled copper inserts or milled grooves in the panels are provided, which make it possible to obtain die cubes with an approximate configuration of locks and dies [3].

Применение электрошлакового литья заготовок штампов хотя и уменьшает припуски на мехобработку, но предполагает изготовление гравюр штампов механическим и другими видами обработки. Кроме того, отливки заготовок полностью состоят из штамповой стали. The use of electroslag casting of dies blanks, although it reduces the allowances for machining, but involves the manufacture of engraving dies by mechanical and other types of processing. In addition, the castings of the blanks consist entirely of die steel.

Существует большое разнообразие конструкций кристаллизаторов для электрошлакового литья, прототипом устройства электрошлаковой отливки гравюр можно считать кристаллизатор для выплавления слитков с вогнутым поддоном [4] . При электрошлаковой выплавке слитков в водоохлаждаемом кристаллизаторе и применении вогнутого водоохлаждаемого поддона удается достичь экономии металла, который идет в отходы при обрезке начальной части, выплавленной на плоском поддоне. There is a wide variety of designs of molds for electroslag casting, a prototype device for electroslag casting of engravings can be considered a mold for smelting ingots with a concave tray [4]. When electroslag ingots are melted in a water-cooled mold and the use of a concave water-cooled tray, it is possible to achieve the economy of metal, which goes to waste when cutting the initial part, melted on a flat tray.

Во многих случаях охлаждающее воздействие поддона на слиток во время всей плавки является нежелательным и изыскиваются способы отвода поддона от слитка в начальной стадии электрошлакового переплава. In many cases, the cooling effect of the pallet on the ingot during the entire melting process is undesirable, and methods are being found to divert the pallet from the ingot in the initial stage of electroslag remelting.

Целью предлагаемого изобретения - устройства для электрошлаковой гравюры является полный отказ от механического и других видов изготовления гравюр штампов и применение сплавов труднообрабатываемых и не поддающихся механической обработке. The aim of the invention is a device for electroslag engraving is a complete rejection of mechanical and other types of manufacturing of engraving dies and the use of alloys that are difficult to machine and can not be machined.

Устройство для электрошлаковой отливки приведено на фиг. 1, 2 /на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1/. A device for electroslag casting is shown in FIG. 1, 2 / in FIG. 2 is a section AA in FIG. one/.

Металлический корпус 1 футерован огнеупорным кирпичем 2 и выставлен по размеру ширины молотовых штампов. Длину полости устройства можно изменять плавным перемещением стенки корпуса. Для большей безопасности работ с жидким металлом и шлаком высоту корпуса необходимо увеличить, хотя это и не требуется для нормального осуществления процесса. The metal housing 1 is lined with refractory brick 2 and is set to the size of the width of the hammer dies. The length of the cavity of the device can be changed by smoothly moving the wall of the housing. For greater safety of work with liquid metal and slag, the height of the body must be increased, although this is not required for the normal implementation of the process.

Подвеска графитовых электродов 3 обеспечивает механическое или ручное их передвижение вверх-вниз. В зависимости от используемого источника питания подключение электродов осуществляется по трехфазной или биполярной схеме питания. По всей длине корпуса на высоте не менее 60 мм от днища расположены входные отверстия многоручьевого желоба 4, футерованного огнеупорным материалом. На этой же высоте в средней части желоба расположена летка 5 для слива жидкого шлака. При отливке гравюры и выращивании ее тела до 50 мм ванна жидкого металла не достигает входных отверстий многоручьевого желоба, поэтому свободное снятие корпуса и готовой отливки с кристаллизатора обеспечено. Летка 5 для слива жидкого шлака после формирования штамповой гравюры в исходном состоянии закрыта поворотной металлической крышкой и заложена огнеупорным материалом. Suspension of graphite electrodes 3 provides mechanical or manual movement of them up and down. Depending on the power source used, the electrodes are connected using a three-phase or bipolar power scheme. Along the entire length of the housing at a height of at least 60 mm from the bottom are the inlets of the multi-groove groove 4 lined with refractory material. At the same height in the middle of the gutter there is a notch 5 for draining liquid slag. When casting an engraving and growing its body up to 50 mm, the molten metal bath does not reach the inlets of the multi-groove trough, so free removal of the body and the finished cast from the mold is ensured. Letka 5 for draining liquid slag after forming a stamp engraving in the initial state is closed by a rotary metal cover and laid with refractory material.

Поддон 6 одновременно служит кристаллизатором устройства для отливки гравюр штампов и устанавливается на подушку 8. Подушка - это прочный металлический корпус с горизонтальными краями, заполненный песком. Все выступы и углубления поддона опираются на песчаную подсыпку, повторяющую его очертания. Поддон изготовлен из двух медных листов толщиной до 6 мм, выштампованных по форме гравюры изготавливаемого или восстанавливаемого штампа. Pallet 6 at the same time serves as a crystallizer of the device for casting engraving dies and is mounted on cushion 8. The cushion is a strong metal case with horizontal edges filled with sand. All protrusions and recesses of the pallet are based on a sand bed, repeating its shape. The pallet is made of two copper sheets up to 6 mm thick, stamped in the form of an engraving of a manufactured or restored stamp.

Для обеспечения гарантированного теплоотвода по длине гравюры поддона уложены медные прутки одинакового размера и на одинаковом расстоянии между собой. Сечение каждого водоохлаждаемого канала соответствует сечению патрубка, подводящего воду. В проекции на горизонтальную плоскость медные прутки, расположенные между листами отштампованной меди, строго параллельны между собой, а в вертикальной плоскости повторяют форму листов поддона. На всех теплоотводящих каналах приварены по два ниппеля 7 для подсоединения водяных шлангов. To ensure guaranteed heat dissipation along the length of the engraving of the pallet, copper rods of the same size and at the same distance between each other are stacked. The cross section of each water-cooled channel corresponds to the cross-section of the nozzle supplying water. In the projection onto the horizontal plane, copper rods located between the sheets of stamped copper are strictly parallel to each other, and in the vertical plane they repeat the shape of the sheets of the pallet. Two nipples 7 are welded on all heat sink channels for connecting water hoses.

Циркуляция воды в поддоне показана стрелками на фиг. 1. С левой стороны поддона подводится вода в канал, а с правой - идет на слив, в соседнем канале - встречный водяной поток и т. д. The circulation of water in the sump is indicated by the arrows in FIG. 1. On the left side of the sump, water is supplied to the channel, and on the right - it goes to the drain, in the adjacent channel - an oncoming water stream, etc.

Многоручьевой желоб расположен в стенке корпуса, перпендикулярной теплоотводящим каналам поддона, и в каждый момент времени при заливке расплавленного металла осуществляется интенсивный теплоотвод встречными водяными потоками по всей длине днища устройства. Передвижная боковая стенка 9 корпуса устройства для электрошлаковой отливки гравюр позволяет отливать гравюры различной длины, а при необходимости изменения ширины используются вставки другого типоразмера. A multi-groove trough is located in the wall of the casing, perpendicular to the heat-removing channels of the pallet, and at each moment of time, when pouring molten metal, intense heat is removed by oncoming water flows along the entire length of the bottom of the device. The movable side wall 9 of the casing of the device for electroslag casting of prints allows you to cast prints of various lengths, and if necessary, change the width using inserts of a different size.

Работа устройства невозможна без накопителя жидкого металла и шлака, при этом первоначальный объем жидкого металла должен покрыть все днище устройства, а слой жидкого шлака должен быть высотой не менее 20 - 70 мм. Как один из вариантов накопления жидкого металла и шлака можно применить электрошлаковый переплав, используя источник питания установки электрошлаковой отливки гравюр. При переплаве металла в печи для электрошлаквого переплава накопленный шлак находится поверх жидкого металла, поэтому днище печи должно служить токоподводом для создания оптимальных условий накопления жидкого металла. Жидкий металл, накопленный в необходимом объеме, выливают в устройство через летку в нижней части печи. При заполнении полости устройства шлаком и достижении им графитовых электродов замыкается электрическая цепь и начинается электрошлаковый процесс. Его тепловыделение удерживает от кристаллизации жидкий металл на границе соприкосновения шлака и металла, металл же, который заполнил днище, интенсивно кристаллизуется, и происходит формирование гравюры по форме днища. Так как в дальнейшем гравюра штампового кубика приваривается к хвостовой части электрошлаковой сваркой плавящимся мундштуком, ее минимальная толщина должна быть не менее 50 мм. Поэтому наращивание тела гравюры происходит в устройстве посредством подачи металла в шлаковую ванну в виде стружки, пластины, порошков, проволоки и т. д. с химсоставом, соответствующим составу хвостовика штампового кубика. По мере наращивания тела гравюры графитовые электроды поднимаются одновременно с подъемом зеркала шлаковой ванны. Подача электродного металла прекращается при подходе металлической ванны к отметке, расположенной на 10 мм ниже входных отверстий многоручьевого желоба. Слив жидкого шлака для дальнейшего использования производят вскрытием летки. Отключение источника питания устройства для электрошлаковой отливки гравюр штампов проводят одновременно с окончанием слива шлака и подъема графитовых электродов. The operation of the device is impossible without a liquid metal and slag accumulator, while the initial volume of liquid metal should cover the entire bottom of the device, and the layer of liquid slag should be at least 20 - 70 mm high. As one of the options for the accumulation of liquid metal and slag, electroslag remelting can be used using the power source of the electroslag plant for engraving. When the metal is remelted in the furnace for electroslag remelting, the accumulated slag is located on top of the liquid metal; therefore, the bottom of the furnace should serve as a current lead to create optimal conditions for the accumulation of liquid metal. The liquid metal accumulated in the required volume is poured into the device through a notch in the lower part of the furnace. When filling the device cavity with slag and reaching graphite electrodes, the electric circuit closes and the electroslag process begins. Its heat dissipation prevents liquid metal from crystallizing at the interface between the slag and the metal, while the metal that fills the bottom crystallizes intensively, and an engraving forms in the shape of the bottom. Since in the future the engraving of the die cube is welded to the tail part by electroslag welding with a consumable mouthpiece, its minimum thickness should be at least 50 mm. Therefore, the building of the engraving body occurs in the device by supplying metal to the slag bath in the form of shavings, plates, powders, wire, etc. with a chemical composition corresponding to the composition of the dies of the die. As the body of the engraving builds up, the graphite electrodes rise simultaneously with the rise of the slag bath mirror. The supply of electrode metal is stopped when the metal bath approaches the mark located 10 mm below the inlets of the multi-groove trough. Liquid slag is drained for future use by opening the tap hole. Disconnecting the power source of the device for electroslag casting of engraving dies is carried out simultaneously with the end of the discharge of slag and the lifting of graphite electrodes.

Сохранив корочку остывшего шлака толщиной 10 мм на тыльной стороне тела гравюры, в дальнейшем ее используют для изоляции плавящегося мундштука. Having saved the crust of cooled slag with a thickness of 10 mm on the back of the body of the engraving, it is subsequently used to isolate the melting mouthpiece.

Claims

A device for electroslag casting, mainly engravings, containing a copper water-cooled mold, made in the form of a housing with a water-cooled tray of complex shape, equipped with nipples for entering and leaving water, a chute for pouring liquid metal and slag, as well as non-consumable electrodes, characterized in that the tray is made in in the form of two equidistant sheets of complex shape with parallel jumpers forming separate cooling channels perpendicular to the wall of the casing of refractory material on which is mounted a van chute for pouring metal and slag, while the input nipples are installed in the channels on each side of the pallet in turn with the output nipples.