RU2353470C2 - Method and facility for liquid forging for casting of reactive metal with usage of method of induction keeping of melt - Google Patents
Method and facility for liquid forging for casting of reactive metal with usage of method of induction keeping of melt Download PDFInfo
- Publication number
- RU2353470C2 RU2353470C2 RU2004120440/02A RU2004120440A RU2353470C2 RU 2353470 C2 RU2353470 C2 RU 2353470C2 RU 2004120440/02 A RU2004120440/02 A RU 2004120440/02A RU 2004120440 A RU2004120440 A RU 2004120440A RU 2353470 C2 RU2353470 C2 RU 2353470C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- disk
- inductor
- stamp
- melting
- Prior art date
Links
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для литья любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные.The present invention relates to the field of foundry and can be used for casting any metals, including refractory and chemically active.
В качестве аналога предлагаемого изобретения принят способ [1], где получение расплава производится в проплавляемой заготовке с последующим воздействием на него повышенного давления для перемещения его в штамп, находящийся на некотором расстоянии ниже заготовки, при этом штамп перемещают на встречу падающему расплаву до соударения с заготовкой. Данный аналог позволяет обрабатывать любые металлы, включая тугоплавкие и химически активные.As an analogue of the present invention, the method [1] is adopted, where the melt is produced in a melted billet with subsequent exposure to increased pressure to move it into a stamp located at a certain distance below the workpiece, while the stamp is moved to meet the falling melt before impacting the workpiece . This analogue allows you to process any metals, including refractory and chemically active.
Наиболее близким техническим решением, в качестве прототипа, является способ индукционной плавки металла во взвешенном состоянии, при котором происходит хорошее усреднение расплава, его очистка от легких и тяжелых примесей, а при литье образуется бездефектная кристаллическая структура. Способ включает приготовление расплава в специальном индукторе с последующим его сливанием и кристаллизацией в изложнице или кристаллизаторе [2]. Методы плавки во взвешенном состоянии с отливкой слитков обеспечивают высокую плотность слитков, однородный химический состав, высокую чистоту металла и достаточно однородную кристаллическую структуру. Данный способ нашел применение для изготовления круглых и плоских слитков небольшого сечения [2].The closest technical solution, as a prototype, is a method of induction smelting of metal in suspension, in which there is a good averaging of the melt, its purification from light and heavy impurities, and when cast, a defect-free crystalline structure is formed. The method includes the preparation of the melt in a special inductor with its subsequent pouring and crystallization in the mold or mold [2]. Suspended smelting methods with ingot casting provide high ingot density, uniform chemical composition, high metal purity and a fairly uniform crystalline structure. This method has found application for the manufacture of round and flat ingots of small cross section [2].
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования и расширение технических возможностей за счет снижения энергозатрат, сокращения производственного цикла, увеличения массы металла при плавлении, уменьшения габаритов оборудования.The task of the invention is to increase the efficiency of use and expand technical capabilities by reducing energy consumption, shortening the production cycle, increasing the mass of metal during melting, and reducing the dimensions of the equipment.
Поставленная задача достигается тем, что способ жидкой штамповки, который включает получение расплава в проплавляемой дисковой заготовке, фиксирование момента расплавления дисковой заготовки датчиком, перемещение расплава в штамп, воздействие на расплав при перемещении в штамп и при кристаллизации избыточным давлением, отличающийся тем, что получение расплава осуществляют путем нагрева и плавления дисковой заготовки индуктором, при этом дисковую заготовку устанавливают нижним торцом на пуансон, а верхнюю часть дисковой заготовки располагают ниже индуктора, после нагрева верхней части дисковой заготовки до заданной температуры, контролируемой датчиком, ее перемещают внутрь индуктора со скоростью, обеспечивающей синхронное со скоростью перемещения образование плоского фронта расплава, до момента расплавления дисковой заготовки, при этом расплавленную боковую поверхность дисковой заготовки удерживают от растекания за счет сил поверхностного натяжения электромагнитного воздействия индуктора. Устройство для жидкой штамповки, содержащее камеру плавления, штамп, пуансон, перемещаемый силовым поршнем, проплавляемую дисковую заготовку, установленную на пуансоне и бесконтактные датчики, отличающееся тем, что камера плавления выполнена из кварцевого стекла, а индуктор расположен в центральной части камеры плавления или в медном концентраторе магнитного поля и выполнен с возможностью плавления дисковой заготовки и удержания расплавляемой ее боковой поверхности во взвешенном состоянии. Штамп закреплен на скользящей раме, которая в процессе образования расплава в верхней части устройства, а в момент штамповки расплава - опущена к индуктору и зафиксирована в нижнем положении. Вертикально перемещающийся штамп герметизируется посредством гофрированной трубы, закрепленной к корпусу установки.The problem is achieved in that the method of liquid stamping, which includes obtaining a melt in the melted disk billet, fixing the moment of melting the disk billet with a sensor, moving the melt into the stamp, affecting the melt when moving into the stamp and during crystallization by excess pressure, characterized in that the melt is obtained carried out by heating and melting the disk billet with an inductor, while the disk billet is installed with the lower end on the punch, and the upper part of the disk billet they are positioned below the inductor, after heating the upper part of the disk billet to a predetermined temperature controlled by the sensor, it is moved inside the inductor at a speed that ensures the formation of a flat melt front synchronous with the speed of movement until the disk billet is melted, while the molten side surface of the disk billet is kept from spreading due to the surface tension forces of the electromagnetic action of the inductor. A device for liquid stamping containing a melting chamber, a stamp, a punch moved by a power piston, a melted disk blank mounted on a punch and proximity sensors, characterized in that the melting chamber is made of quartz glass, and the inductor is located in the central part of the melting chamber or in copper a magnetic field concentrator and is configured to melt a disk blank and hold its molten side surface in suspension. The stamp is mounted on a sliding frame, which during the formation of the melt in the upper part of the device, and at the time of stamping the melt is lowered to the inductor and fixed in the lower position. A vertically moving stamp is sealed by means of a corrugated pipe fixed to the installation body.
Предложенный способ реализует установка, представленная на чертеже.The proposed method implements the installation shown in the drawing.
Установка включает камеру плавления 1, в которой размещен охлаждаемый индуктор 2, в который снизу постепенно поступает проплавляемая заготовка (диск) 3. Индуктор может быть одновитковым или многовитковым, а также с раздельным питанием витков. Диск 3 установлен непосредственно на охлажденном пуансоне 4. Диск 3 установлен на пуансон 4 таким образом, что его торцевая нижняя часть опирается на торцевую верхнюю часть пуансона, а боковая часть находится открытой и ничем не экранируется. Плавление заготовки 3 происходит сверху вниз до момента достижения расплавом нижней части заготовки, после чего происходит штамповка расплава в штамп 5, небольшая часть диска 3 остается в виде шайбы на пуансоне 4. Индуктор 2 охватывает расплав металла таким образом, что способен удержать его боковую поверхность в полувзвешенном состоянии, при этом весь объем расплава не может покинуть своего места плавления, пока не расплавится основная часть диска 3.The installation includes a melting chamber 1, in which a cooled inductor 2 is placed, into which the melt billet (disk) 3 gradually flows from below. The inductor can be single-turn or multi-turn, as well as with separate power supply for the turns. The disk 3 is mounted directly on the chilled punch 4. The disk 3 is mounted on the punch 4 in such a way that its end lower part rests on the end upper part of the punch, and the side part is open and is not shielded. Melting of the workpiece 3 occurs from top to bottom until the melt reaches the lower part of the workpiece, after which the melt is stamped into stamp 5, a small part of the disk 3 remains in the form of a washer on the punch 4. The inductor 2 covers the molten metal in such a way that it can hold its side surface in half-weighed state, while the entire volume of the melt cannot leave its melting point until the bulk of the disk 3 melts.
Скорость нагрева и момент штамповки расплава регулируется за счет бесконтактных датчиков слежения 6. В момент штамповки расплава на него воздействует давление пуансона 4, который движется за счет поршня 7, а в штампе 5 создается вакуум, через патрубок 8.The heating rate and the moment of stamping of the melt is controlled by non-contact tracking sensors 6. At the time of stamping of the melt, it is influenced by the pressure of the punch 4, which moves due to the piston 7, and a vacuum is created in the stamp 5 through the pipe 8.
Последовательность работы установки следующая. В корпус 9 установки, который открыт сверху, устанавливается штамп 5. Для того чтобы штамп 5 не нагревался от индуктора 2, он установлен на скользящей раме 10 и загерметизирован гофрой 11. В момент достижения расплавом заданного объема пуансон 4 идет вверх, а штамп вместе с рамой идут вниз.The installation sequence is as follows. A stamp 5 is installed in the installation case 9, which is open from above, so that the stamp 5 does not heat up from the inductor 2, it is mounted on a sliding frame 10 and sealed with a corrugation 11. At the moment the melt reaches a predetermined volume, the punch 4 goes up, and the stamp with go down the frame.
Место фиксации штампа в верхнем и нижнем положении осуществляется за счет фиксатора 12. После того как осуществилась штамповка металла в штамп, открываются эксцентрики 13 и штамп достается вверх. На пуансон 4 устанавливается новый диск 3, который отводится в нижнее положение, сверху устанавливается штамп 5, при этом закрываются эксцентрики 13. После чего откачивается вакуум через патрубок 8 и снова происходит процесс нагрева заготовки до ее заштамповки в штамп.The place of fixation of the stamp in the upper and lower position is carried out by the latch 12. After the metal has been stamped into a stamp, the eccentrics 13 open and the stamp extends upward. A new disk 3 is installed on the punch 4, which is retracted to the lower position, the stamp 5 is installed on top, and the eccentrics 13 are closed. After that, the vacuum is pumped out through the nozzle 8 and the workpiece is heated again until it is stamped into the stamp.
Для того чтобы был контроль за процессом плавления и для того чтобы индуктор не терял своей мощности, камеру 1 можно выполнить из кварцевого стекла. Если сделать индуктор с концентрическим выводом, в виде охлаждаемой трубы, внутри которой проходит меньшая охлаждаемая труба, к которым и подключается индуктор, а вокруг него охлаждаемое медное кольцо, соединенное с охлаждаемой трубой, то рабочее пространство также изменится. При этом плотность магнитного поля внутри индуктора также увеличится. То есть охлаждаемое кольцо и труба, развернутые вокруг индуктора, будут представлять из себя концентратор магнитного поля.In order to have control over the melting process and so that the inductor does not lose its power, chamber 1 can be made of quartz glass. If you make an inductor with a concentric output, in the form of a cooled pipe, inside which a smaller cooled pipe passes, to which the inductor is connected, and around it a cooled copper ring connected to the cooled pipe, then the working space will also change. In this case, the magnetic field density inside the inductor will also increase. That is, the cooled ring and pipe, deployed around the inductor, will be a magnetic field concentrator.
Данный способ и устройство позволяют очень эффективно получать необходимый расплав металла и перемещать его в полость штампа. Данное изобретение особенно эффективно для применения его при штамповке сложных деталей из химически активных металлов. Установка, созданная для его осуществления, очень компактна, за счет чего в ее внутренней полости достаточно легко создать вакуум и достаточно быстро ее можно подготовить к новой штамповке. Широко применяемые в промышленности центробежные установки, при создании в их полости вакуума, требуют значительных энергетических и временных затрат, так как их внутреннее пространство превышает пространство установки жидкой штамповки в десятки раз. Кроме того, конструктивно достаточно сложно обеспечить их герметизацию из-за большой площади сопряженных камер и наличии в установке деталей вращения. Силовое воздействие, которое обеспечивает центробежное устройство, в переводе на давление газа составляет 0,5-2 атм, при этом динамика его воздействия на расплав металла, при поступлении в форму, достаточно плавная, а именно максимальное давление от вращения достигается через достаточно большой промежуток времени.This method and device can very effectively obtain the necessary molten metal and move it into the die cavity. This invention is particularly effective for use in stamping complex parts of chemically active metals. The installation created for its implementation is very compact, due to which it is easy enough to create a vacuum in its internal cavity and it can be prepared quickly enough for a new stamping. Centrifugal plants, widely used in industry, when creating a vacuum in their cavity, require significant energy and time costs, since their internal space exceeds the space of a liquid stamping installation by tens of times. In addition, it is structurally difficult to ensure their sealing due to the large area of the conjugate chambers and the presence of rotation components in the installation. The force provided by the centrifugal device, in terms of gas pressure, is 0.5-2 atm, while the dynamics of its effect on the metal melt, upon entering the mold, is quite smooth, namely, the maximum pressure from rotation is achieved after a sufficiently long period of time .
В случае использования способа жидкой штамповки динамика воздействия на расплав при его поступлении в штамп достаточно высокая, так как на расплав непосредственно действует давление прессования. Следовательно, при одинаковом силовом воздействии на расплав в данном случае можно обеспечить получение изделий более сложной формы. Кроме того, если потребуется, давление прессования может достигать нескольких тонн на см2, что позволит качественно заполнять не только керамические формы, но и медные холодные формы и штампы.In the case of using the liquid stamping method, the dynamics of the impact on the melt when it enters the stamp is quite high, since the pressing pressure directly affects the melt. Therefore, with the same force on the melt in this case, it is possible to obtain products of a more complex shape. In addition, if required, the pressing pressure can reach several tons per cm 2 , which will qualitatively fill not only ceramic forms, but also copper cold forms and dies.
Особенностью способа является то, что он обеспечивает получение плоского фронта расплава в заготовке, который движется сверху вниз, что позволяет с высоким КПД использовать энергию индуктора на плавление заготовки, при этом излишне не нагревая пуансон, включая металлический штамп и форму. Использование гофрированных сильфонов для перемещения рамы со штампом и формой резко повышают надежность устройства, снижают внутреннее рабочее пространство и уменьшают количество необходимых деталей установки.A feature of the method is that it provides a flat melt front in the workpiece, which moves from top to bottom, which allows high energy efficiency to use the inductor energy to melt the workpiece, without unnecessarily heating the punch, including a metal stamp and mold. The use of corrugated bellows to move the frame with a stamp and shape dramatically increase the reliability of the device, reduce the internal working space and reduce the number of necessary installation parts.
Использование кварцевого колпака в качестве камеры плавления также резко упрощает конструкцию установки, снижает время откачки вакуума, потери в индукторе и упрощает систему слежения за процессом плавления.The use of a quartz cap as a melting chamber also greatly simplifies the design of the installation, reduces the time of vacuum evacuation, losses in the inductor and simplifies the tracking system for the melting process.
Если сравнивать заявленное изобретение с известным способом плавления во взвешенном состоянии и способом [1], то оно энергетически более эффективно.If we compare the claimed invention with the known method of melting in suspension and method [1], then it is energetically more efficient.
В отличие от прототипа [2], где расплав полностью удерживается во взвешенном состоянии индуктором, в предлагаемом изобретении у расплава удерживается только его боковая поверхность, при этом основной столб жидкости опирается на охлаждаемый пуансон. Данное отличие позволяет удерживать в полувзвешенном состоянии очень большие массы металла, превосходящие прототип, при равных мощностях индуктора, в десятки раз. Что в значительной степени снижает затраты на оборудование и производство изделий, а кроме того, увеличивает массу и скорость выплавки расплава.In contrast to the prototype [2], where the melt is completely held in suspension by the inductor, in the present invention only the side surface of the melt is retained, while the main column of liquid rests on a cooled punch. This difference makes it possible to keep very large masses of metal superior to the prototype, with equal powers of the inductor, by a factor of tens in half-suspended state. This significantly reduces the cost of equipment and product manufacturing, and in addition, increases the mass and speed of melt smelting.
В связи с этим предлагаемое изобретение может считаться полезным и эффективным для применения в производстве, снижая себестоимость оборудования и производимой продукции, при этом позволяя получать не только полуфабрикаты, но и изделия повышенной сложности с высоким качеством структуры металла.In this regard, the present invention can be considered useful and effective for use in production, reducing the cost of equipment and manufactured products, while allowing to obtain not only semi-finished products, but also products of high complexity with high quality metal structure.
В отличие от аналога и прототипа предлагаемое изобретение обеспечивает:Unlike analogue and prototype, the present invention provides:
- получение изделий особосложной формы высокого качества;- obtaining products of particularly complex shape of high quality;
- компактность устройства и высокую экономию электроэнергии;- compact device and high energy savings;
- автоматическую организацию штамповки расплава из расплавляемой заготовки в кристаллизаторы, формы и т.п.;- automatic organization of stamping of the melt from the molten billet into molds, molds, etc .;
- интенсивное охлаждение расплава при его кристаллизации и воздействии на него давления прессования;- intensive cooling of the melt during its crystallization and the pressure on it;
- надежную автоматизацию и управление процессом. Поэтому предлагаемое изобретение целесообразно считать полезным для применения в промышленности, при получении сложных высококачественных изделий из титана, ниобия, циркония и т.п. металлов.- reliable automation and process control. Therefore, the present invention is expediently considered useful for industrial applications in the production of complex high-quality products from titanium, niobium, zirconium, etc. metals.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
[1]. А.Е.Волков - Патент RU 2194595 С2, B22D 18/02, 27.12.2001 г.[one]. A.E. Volkov - Patent RU 2194595 C2, B22D 18/02, 12/27/2001
[2]. А.А Фогель - Индукционный метод удержания жидких металлов во взвешенном состоянии, - Л.: Из-во "Машиностроение". 1989 г.[2]. A.A. Vogel - Induction method for the retention of liquid metals in suspension, - L .: Izd-vo "Mechanical Engineering". 1989 year
[3]. Фрэнк У. Уилсон - Высокоскоростное деформирование металлов, - М.: Из-во "Машиностроение". 1966 г.[3]. Frank W. Wilson - High-speed deformation of metals, - M.: From "Engineering". 1966
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004120440/02A RU2353470C2 (en) | 2004-07-02 | 2004-07-02 | Method and facility for liquid forging for casting of reactive metal with usage of method of induction keeping of melt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004120440/02A RU2353470C2 (en) | 2004-07-02 | 2004-07-02 | Method and facility for liquid forging for casting of reactive metal with usage of method of induction keeping of melt |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004120440A RU2004120440A (en) | 2006-01-10 |
| RU2353470C2 true RU2353470C2 (en) | 2009-04-27 |
Family
ID=35871925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004120440/02A RU2353470C2 (en) | 2004-07-02 | 2004-07-02 | Method and facility for liquid forging for casting of reactive metal with usage of method of induction keeping of melt |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2353470C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517066C2 (en) * | 2009-09-24 | 2014-05-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device for production of high-quality metal |
| RU2555278C2 (en) * | 2011-03-24 | 2015-07-10 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device for pulse close-die forging of metals by induction melt retention |
| RU2608006C2 (en) * | 2012-07-13 | 2017-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Рутений" | Method of composite nano materials pulse die forging and device for composite nano materials pulse die forging |
| RU2764620C2 (en) * | 2018-07-10 | 2022-01-18 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Бетарут" | Method and device for liquid forging of double action |
| RU2813977C1 (en) * | 2023-11-10 | 2024-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Современные литейный технологии" | Device for moving punch drive for liquid metal forging |
-
2004
- 2004-07-02 RU RU2004120440/02A patent/RU2353470C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517066C2 (en) * | 2009-09-24 | 2014-05-27 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device for production of high-quality metal |
| RU2555278C2 (en) * | 2011-03-24 | 2015-07-10 | Анатолий Евгеньевич Волков | Method and device for pulse close-die forging of metals by induction melt retention |
| RU2608006C2 (en) * | 2012-07-13 | 2017-01-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Рутений" | Method of composite nano materials pulse die forging and device for composite nano materials pulse die forging |
| RU2764620C2 (en) * | 2018-07-10 | 2022-01-18 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Бетарут" | Method and device for liquid forging of double action |
| RU2813977C1 (en) * | 2023-11-10 | 2024-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Современные литейный технологии" | Device for moving punch drive for liquid metal forging |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004120440A (en) | 2006-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106148742B (en) | A kind of vacuum high undercooling rapid solidification test device | |
| CN201150980Y (en) | Composite crystallizer device for continuous casting of titanium-nickel alloy | |
| CN101428334B (en) | Casting device for ingot metal | |
| CN105014020B (en) | A kind of apparatus and method for preparing major diameter semi-solid alloy blank | |
| CN201760583U (en) | Vacuum melting aluminum casting furnace | |
| CN106735078B (en) | The continuous precision former and technique of a kind of amorphous alloy or its composite material | |
| RU2353470C2 (en) | Method and facility for liquid forging for casting of reactive metal with usage of method of induction keeping of melt | |
| CN101450377B (en) | Device for manufacture porous material | |
| CN101130207A (en) | Equipment for preparing semi-solid metal slurry and rheologic molding | |
| CN109604550B (en) | Magnesium alloy vertical semi-continuous casting device | |
| CN101570828B (en) | Energy saving two-stage electroslag refining system capable of outputting molten metal | |
| CN105772658B (en) | A kind of large scale magnesium alloy ingot running gate system and method | |
| CN205393483U (en) | Compound crystallizer for titanium -nickel alloy continuous casting | |
| RU2353472C2 (en) | Method and facility for disk-shaped bottom discharge for casing of reactive metals with usage of method of induction melt keeping | |
| CN214977629U (en) | Semi-solid pressure casting forming equipment | |
| CN1179808C (en) | Stepped cooling and continuous casting method of massive amorphous alloy | |
| RU2283205C2 (en) | Metal centrifugal casting process without turning off heat source | |
| RU2209841C2 (en) | Metal pouring method | |
| CN1305876A (en) | Process for preparing semi-solid metallic grout | |
| RU2319752C2 (en) | Method for induction melting of metal and apparatus for performing the same | |
| CN201316789Y (en) | Casting device for metal ingot | |
| RU2536307C2 (en) | Device for metal casting | |
| RU2338622C2 (en) | Method and device of disk bottom tapping of volkov's system | |
| RU2371279C1 (en) | Method and device for production of metal billers with globular structure | |
| CN101941065B (en) | Method forming endogenic crystal plasticized block amorphous base composite material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120703 |