RU2193944C2

RU2193944C2 - Apparatus for making hollow ingots

Info

Publication number: RU2193944C2
Application number: RU2001106313A
Authority: RU
Inventors: А.В. Кукса; В.Н. Орленко; Г.П. Антонов
Original assignee: Волгоградский государственный технический университет
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-12-10

Abstract

FIELD: foundry, namely production of hollow castings, ingots, billets. SUBSTANCE: apparatus includes stool, casting vessel, ingot mold and central rod rotatably mounted on shaft. Central rod is provided with rams in the form of segments symmetrically arranged along axis and jointly secured to radial pins of central rod. At rotation of rod, rams are turned in radial direction by action of centrifugal forces. After casting by action of metallostatic pressure and efforts of metal shrinkage occurring at process of ingot forming, rams are shifted to center at rotating around axes of articulation joints in order to provide yielding of rod and free shrinkage of ingot. EFFECT: improved design providing enhanced quality of hollow ingot. 2 dwg

Description

Изобретение относится к литейно-металлургическому производству, в частности, к производству полых литых заготовок, слитков, отливок. The invention relates to foundry and metallurgical production, in particular, to the production of hollow cast billets, ingots, castings.

Известно устройство для получения полых слитков, содержащее изложницу, поддон с центральным углублением и стержень с возможностью вращения, выполненный из графита конусообразной формы вверх с эксцентриситетом относительно его геометрической оси. Нижний торец стержня размещен в антифрикционном графитовом вкладыше в углублении поддона (SU, патент 1802742 В 22 D 7/04, 1993). A device for producing hollow ingots containing a mold, a pan with a Central recess and a rod with the possibility of rotation, made of graphite cone-shaped upward with eccentricity relative to its geometric axis. The lower end of the rod is placed in an antifriction graphite liner in the recess of the pallet (SU, patent 1802742 B 22 D 7/04, 1993).

Недостатком данного устройства является монолитность (жесткость) конструкции, что затрудняет его извлечение, приводит к заклиниванию эксцентрического стержня под действием усилий усадки при затвердевании и охлаждении залитого металла; необходимость извлечения стержня на ранней стадии кристаллизации слитка, что в свою очередь может привести к образованию на внутренней поверхности слитков дефектов в виде утяжин, заворотов, трещин. The disadvantage of this device is the solidity (rigidity) of the structure, which makes it difficult to remove, leads to jamming of the eccentric rod under the action of shrinkage forces during solidification and cooling of the cast metal; the need to remove the rod at an early stage of crystallization of the ingot, which in turn can lead to the formation of defects on the inner surface of the ingots in the form of weights, inversions, cracks.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для получения полых слитков, содержащее поддон, изложницу и центральный стержень, образующий рабочий орган в виде наборных стержней, закрепленных верхней частью с помощью шарниров в дисковой оправке, размещенной в упорном стакане, закрепленном на валу (RU, патент 2095187 В 22 D 7/04, 1997). The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a device for producing hollow ingots containing a pallet, a mold and a central rod, forming a working body in the form of stacked rods, fixed by the upper part with hinges in a disk mandrel, placed in a thrust cup mounted on shaft (RU, patent 2095187 B 22 D 7/04, 1997).

Основным недостатком данного устройства является конструкция рабочего органа в виде наборных стержней, что приводит к потере жесткости при нагревании и, как следствие, необходимости извлечения стержня на ранней стадии кристаллизации металла, что может повлиять на правильность геометрической формы отверстия в слитке. The main disadvantage of this device is the design of the working body in the form of stacked rods, which leads to a loss of rigidity during heating and, as a consequence, the need to remove the rod at an early stage of metal crystallization, which can affect the correct geometric shape of the hole in the ingot.

Данное устройство для получения полых слитков имеет невысокий технический уровень, что обусловлено недостаточной (пониженной) жесткостью наборных стержней, проявляющейся при нагреве в период жидкого и жидкотвердого состояния металла, что отражается на правильности заданной геометрии полости (отверстия) в слитке. This device for producing hollow ingots has a low technical level, which is due to the insufficient (lowered) rigidity of the stacked rods, which manifests itself during heating during the liquid and solid state of the metal, which affects the correctness of the given geometry of the cavity (hole) in the ingot.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции устройства рабочего органа с установленным на валу с возможностью вращения центральным стержнем, снабженного плунжерами в виде сегментов, образующих при вращении конструктивно компактную жесткую систему, что позволяет значительно повысить работоспособность и долговечность рабочего органа и обеспечить податливость и возможность своевременного свободного извлечения стержня не только на стадии жидкого и твердожидкого состояния, но и на стадиях твердожидкого и твердого состояния металла и тем самым повысить качество литого отверстия (полости) без искажения его геометрической формы и дефектов усадочного происхождения. In this regard, the most important task is to create a new design of the working body device with a central shaft mounted on the shaft with the possibility of rotation, equipped with plungers in the form of segments that form a structurally compact rigid system during rotation, which can significantly increase the working capacity and durability of the working body and provide flexibility and ability timely free extraction of the rod, not only at the stage of liquid and solid-liquid state, but also at the stages of solid-liquid and solid state of the metal and thereby improve the quality of the cast hole (cavity) without distortion of its geometrical shape and origin of shrinkage defects.

Техническим результатом заявляемого устройства для получения полых слитков является создание плунжерного вращательного рабочего органа с регулируемой податливостью и достаточной жесткостью независимо от фазового состояния металла, что позволяет разработать новый технологический процесс формирования отверстия в затвердевающем металле с новыми возможностями автоматизации и механизации производства полых литых заготовок (слитков, отливок) и на более высоком уровне. The technical result of the claimed device for producing hollow ingots is the creation of a plunger rotary working body with adjustable flexibility and sufficient rigidity regardless of the phase state of the metal, which allows us to develop a new technological process for forming holes in hardened metal with new automation and mechanization of the production of hollow cast billets (ingots, castings) and at a higher level.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для получения полых слитков содержит поддон, разливочную емкость, изложницу и установленный на валу с возможностью вращения центральный стержень, снабженный плунжерами, имеющими форму сегментов, симметрично расположенных вдоль оси и шарнирно закрепленных на радиальных осях центрального стержня с возможностью смещения под действием металлостатического давления и усилий усадки металла. The specified technical result is achieved in that the device for producing hollow ingots contains a pan, a casting container, a mold and a central rod mounted on a shaft rotatably provided with plungers having the form of segments symmetrically located along the axis and pivotally mounted on the radial axes of the central rod with the possibility displacements under the influence of metallostatic pressure and metal shrinkage forces.

Создание нового устройства для получения полых слитков позволяет разработать новую конструкцию вращательного рабочего органа с центральным стержнем с регулируемой податливостью, включающего плунжеры, выполненные в виде сегментов, симметрично расположенных вдоль оси и шарнирно закрепленных на центральном валу. Creating a new device for producing hollow ingots allows us to develop a new design of a rotary working body with a central rod with adjustable flexibility, including plungers made in the form of segments symmetrically located along the axis and pivotally mounted on the central shaft.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для получения полых слитков в разрезе; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1. In FIG. 1 shows a General view of a device for producing hollow ingots in section; figure 2 is a section along aa in figure 1.

Устройство содержит поддон 1, разливочную емкость 2, изложницу 3 и установленный на валу 4 с возможностью вращения центральный стержень 5, снабженный плунжерами 6, имеющими форму сегментов, образующими компактный рабочий орган (фиг. 1, 2). Плунжеры 6 симметрично расположены вдоль оси центрального стержня 5 по всей высоте и шарнирно закреплены на радиальных осях 7 посредством цилиндрических шарниров 8. Сегменты плунжеров 6 закреплены с возможностью поворота на радиальных осях 7 шарниров 8 и смещения их геометрических центров 9 под действием металлостатического давления и усадки при вращении рабочего органа. The device comprises a pallet 1, a casting container 2, a mold 3 and a central rod 5 mounted on the shaft 4 for rotation, provided with plungers 6 having the shape of segments forming a compact working body (Fig. 1, 2). The plungers 6 are symmetrically located along the axis of the central rod 5 over the entire height and are pivotally mounted on the radial axes 7 by means of cylindrical hinges 8. The segments of the plungers 6 are mounted with the possibility of rotation on the radial axes 7 of the hinges 8 and the displacement of their geometric centers 9 under the influence of metallostatic pressure and shrinkage rotation of the working body.

Плунжерный рабочий орган при вращении образует центральный компактный жесткий и в то же время податливый стержень. При вращении сегменты плунжеров 6 имеют возможность принять развернутое в радиальном направлении положение под действием центробежных сил. После заливки под действием металлостатического давления и усилий усадки, возникающих в процессе формирования полого слитка, плунжеры 6 имеют возможность смещаться к центру, поворачиваясь вокруг осей цилиндрических шарниров 8, обеспечивая податливость центрального стержня 5 и тем самым свободную усадку полого слитка. Выбор диаметра и формы (цилиндр, конус и т.п.) формируемого отверстия зависит от размеров и формы образующей поверхности плунжера. Центральный вал 4 рабочего органа поддерживается консолью 10, закрепленной на колонне 11. During rotation, the plunger working body forms a central compact rigid and at the same time pliable rod. During rotation, the segments of the plungers 6 are able to take a radially deployed position under the action of centrifugal forces. After pouring under the influence of metallostatic pressure and shrinkage forces arising in the process of forming a hollow ingot, the plungers 6 are able to shift to the center, turning around the axes of the cylindrical joints 8, providing flexibility of the central rod 5 and thereby free shrinkage of the hollow ingot. The choice of diameter and shape (cylinder, cone, etc.) of the formed hole depends on the size and shape of the forming surface of the plunger. The Central shaft 4 of the working body is supported by the console 10, mounted on the column 11.

Работа данного устройства заключается в следующем. The operation of this device is as follows.

Перед заливкой вначале производится сборка и подготовка устройства (к заливке). Для этого на поддон 1 устанавливают изложницу 2, разливочную емкость 3 и на валу 4 с возможностью вращения центральный стержень 5, снабженный плунжерами 6, имеющими форму сегментов, симметрично расположенными вдоль продольной оси центрального стержня 5 и закрепленными на радиальных осях 7 посредством цилиндрических шарниров 8 с возможностью смещения сегментов плунжеров 6 под действием металлостатического давления и усилий усадки металла (фиг.1, 2). Before pouring, the device is first assembled and prepared (for pouring). For this purpose, a mold 2, a casting tank 3 are mounted on a pallet 1, and a central rod 5 is rotatably mounted on the shaft 4, provided with plungers 6 having the shape of segments symmetrically located along the longitudinal axis of the central rod 5 and secured to the radial axes 7 by means of cylindrical joints 8 s the possibility of displacement of the segments of the plungers 6 under the influence of metallostatic pressure and forces of shrinkage of the metal (figure 1, 2).

После сборки и подготовки устройства для получения полых слитков центральному валу 4 сообщается вращательное движение. Под действием центробежных сил сегменты плунжеров 6 расходятся в радиальном направлении и занимают раскрытое жестко фиксированное положение. При этом крайние образующие сегментов плунжеров 6 будут описывать поверхность вращения (цилиндрическую, коническую или другую), которую воспринимает залитый жидкий металл, контактирующий с рабочим органом. After assembly and preparation of the device for receiving hollow ingots, the central shaft 4 is rotationally driven. Under the action of centrifugal forces, the segments of the plungers 6 diverge in the radial direction and occupy an open, rigidly fixed position. In this case, the extreme generators of the segments of the plungers 6 will describe the surface of rotation (cylindrical, conical or other), which is perceived by the molten liquid metal in contact with the working body.

После заливки металла под действием металлостатического давления плунжеры 6 повернутся вокруг радиальных осей 7 цилиндрических шарниров 8 в направлении, противоположном вращению. В этом же направлении сместятся геометрические центры 9 сегментов плунжеров 6. По мере постепенного перехода металла из жидкого состояния в твердое под действием возникающей линейной усадки, направленной к центру формируемого полого слитка, смещение геометрических центров 9 сегментов плунжеров 6 будет продолжаться до полного охлаждения залитого металла. Плунжеры 6 будут смещаться к центру, чем обеспечивается саморегулирование податливости центрального стержня 5 при сохранении его необходимой жесткости. Формирование полого слитка происходит в условиях свободной усадки металла. After pouring the metal under the influence of metallostatic pressure, the plungers 6 will rotate around the radial axes 7 of the cylindrical joints 8 in the opposite direction to the rotation. In the same direction, the geometric centers of the 9 segments of the plungers 6 will shift. As the metal gradually transitions from the liquid state to the solid under the action of the linear shrinkage directed to the center of the formed hollow ingot, the shift of the geometric centers of the 9 segments of the plungers 6 will continue until the filled metal is completely cooled. The plungers 6 will be shifted to the center, which ensures self-regulation of the compliance of the Central rod 5 while maintaining its necessary rigidity. The formation of a hollow ingot occurs in conditions of free shrinkage of the metal.

При достижении температуры металла слитка, равной температуре солидуса и ниже, плунжерный рабочий орган после его остановки беспрепятственно извлекается из сформированной внутренней полости (отверстия) в литой заготовке (слитке, отливке). When the temperature of the ingot metal is equal to the solidus temperature and lower, the plunger working body after it stops is freely removed from the formed internal cavity (hole) in the cast billet (ingot, casting).

Claims

A device for producing hollow ingots, comprising a tray, a casting container, a mold and a central rod mounted on a shaft rotatably, characterized in that the central rod is provided with plungers having segment shapes symmetrically located along the axis and pivotally mounted on the radial axes of the central rod with the possibility of displacements under the influence of metallostatic pressure and metal shrinkage forces.