RU67901U1

RU67901U1 - INSTALLATION FUSION AND FILLING FOR CASTING OF ARTICLES FROM NON-FERROUS METALS

Info

Publication number: RU67901U1
Application number: RU2007124148/22U
Authority: RU
Inventors: Виталий Константинович Дубровин; Ольга Михайловна Пашнина; Борис Алексеевич Кулаков
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2007-11-10

Abstract

Полезная модель относится к области литейного производства и может быть использована при изготовлении художественных отливок из цветных металлов. Цель полезной модели - создание плавильно-заливочной установки, конструкция которой обеспечивает повышение качества отливок. Указанная цель достигается тем, что в установке плавильно-заливочной для литья художественных изделий из цветных металлов, содержащей тигель, генератор наносекундных электромагнитных импульсов, один вывод которого подключен к металлическому электроду в диэлектрической оболочке, находящейся в рабочем объеме тигля, а второй вывод генератора соединен с тиглем, согласно полезной модели, диэлектрическая оболочка металлического электрода является стопором, в нижней части тигля выполнено стопорное отверстие, а под плавильной камерой размещена заливочная камера. Введение стопора, стопорного отверстия и заливочной камеры позволяет плавить и заливать металл в контролируемой атмосфере с принудительным заполнением формы, при этом производить обработку расплава наносекундными электромагнитными импульсами с целью увеличения жидкотекучести расплава, улучшения заполняемости тонких стенок отливок, увеличения плотности металла, уменьшения газовой пористости, и, тем самым, повышения качества отливок. Предложенное техническое решение дает возможность совместить преимущества плавки в контролируемой защитной атмосфере, принудительной стопорной заливки формы и обработки расплава наносекундными электромагнитными импульсами. 1 н.п., 1 ил.The utility model relates to the field of foundry and can be used in the manufacture of artistic castings from non-ferrous metals. The purpose of the utility model is the creation of a melting and casting plant, the design of which provides an increase in the quality of castings. This goal is achieved by the fact that in the installation of melting and casting for casting non-ferrous metal art products containing a crucible, a nanosecond electromagnetic pulse generator, one output of which is connected to a metal electrode in a dielectric shell located in the working volume of the crucible, and the second output of the generator is connected to According to the utility model, the crucible, the dielectric sheath of the metal electrode is a stopper, a stopper hole is made in the bottom of the crucible, and under the melting chamber puppy filling chamber. The introduction of a stopper, a stopper hole and a pouring chamber allows the metal to be melted and poured in a controlled atmosphere with forced filling of the mold, while processing the melt with nanosecond electromagnetic pulses in order to increase the fluidity of the melt, improve the fillability of the thin walls of castings, increase the density of the metal, reduce gas porosity, and thereby improving the quality of castings. The proposed technical solution makes it possible to combine the advantages of melting in a controlled protective atmosphere, forced stop casting of the mold and processing of the melt with nanosecond electromagnetic pulses. 1 n.p., 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области литейного производства и может быть использована при изготовлении художественных отливок из цветных металлов.The utility model relates to the field of foundry and can be used in the manufacture of artistic castings from non-ferrous metals.

Известна установка S 10/GA 1000 производства немецкой фирмы «Линн Электроник» (Магницкий О.Н., Пирайнен В.Ю. Художественное литье - СПб.: Политехника, 1996. - с.179-180), содержащая плавильную и заливочную камеру, тигель и стопор.Known installation S 10 / GA 1000 produced by the German company "Lynn Electronics" (Magnitsky ON, Pirainen V.Yu. Art casting - St. Petersburg: Polytechnic, 1996. - p.179-180), containing a melting and casting chamber, crucible and stopper.

В данном устройстве плавка металла производится в среде аргона в графитовом тигле. При достижении необходимой температуры заливки стопор поднимается, и металл непосредственно из тигля через стопорное отверстие перетекает в литейную форму, находящуюся в вакуумируемой заливочной камере.In this device, metal is melted in an argon medium in a graphite crucible. When the required pouring temperature is reached, the stopper rises, and the metal flows directly from the crucible through the stopper hole into the mold located in the evacuated pouring chamber.

Основные недостатки использования данной конструкции заключаются в следующем:The main disadvantages of using this design are as follows:

- данная конструкция не позволяет получать расплав с высокой жидкотекучестью для получения особотонкостенных отливок;- this design does not allow to obtain a melt with high fluidity to obtain extra-thin-walled castings;

- для получения тонкостенных отливок требуется значительный перегрев металла, который может привести к повышенной дефектности по усадочным раковинам и пористости отливок.- to obtain thin-walled castings, significant overheating of the metal is required, which can lead to increased defectiveness in shrinkage cavities and porosity of the castings.

Наиболее близким по технической сущности является установка для воздействия электромагнитным излучением на расплавленный металл (Патент РФ на изобретение №2198945, МПК⁷ С22В 9/22, С21В 10/00, С22А 3/00, опубл. 20.02.2003, бюл. №5 «Способ воздействия электромагнитным излучением на расплавленный металл и установка для его осуществления»), содержащая тигель, генератор наносекундных электромагнитных импульсов The closest in technical essence is the installation for exposure to molten metal by electromagnetic radiation (RF Patent for the invention No. 2198945, IPC ⁷ С22В 9/22, С21В 10/00, С22А 3/00, published on 02.20.2003, bull. No. 5 " The method of exposure to molten metal and installation for its implementation "), containing a crucible, a generator of nanosecond electromagnetic pulses

(далее НЭМИ), один вывод которого подключен к металлическому электроду в диэлектрической оболочке, находящейся в рабочем объеме тигля, а второй вывод генератора соединен с тиглем.(hereinafter NEMI), one terminal of which is connected to a metal electrode in a dielectric shell located in the working volume of the crucible, and the second terminal of the generator is connected to the crucible.

К недостаткам данного устройства следует отнести отсутствие заливочного узла, так как для заливки форм тигель с обработанным металлом необходимо извлекать из плавильной установки и производить разливку вне рабочего пространства печи. При этом теряются преимущества стопорной заливки в контролируемой защитной атмосфере с принудительным заполнением литейной формы (вакуум + аргон), происходит окисление сплава кислородом воздуха, насыщение водородом, образование неметаллических включений, плен и попадание их в тело отливки с образованием дефектов, следовательно, ухудшается качество отливок.The disadvantages of this device include the lack of a casting unit, since for pouring molds, the crucible with the treated metal must be removed from the smelter and cast outside the working space of the furnace. At the same time, the advantages of stopping pouring in a controlled protective atmosphere with forced filling of the mold (vacuum + argon) are lost, the alloy is oxidized with atmospheric oxygen, saturated with hydrogen, the formation of non-metallic inclusions, captivity and their ingress into the body of the casting with the formation of defects, therefore, the quality of castings is impaired .

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является создание плавильно-заливочной установки, конструкция которой обеспечивает повышение качества отливок.The task to which the proposed device is directed is to create a melting and casting plant, the design of which provides an increase in the quality of castings.

Указанная задача достигается тем, что в установке плавильно-заливочной для литья художественных изделий из цветных металлов, содержащей тигель, генератор наносекундных электромагнитных импульсов, один вывод которого подключен к металлическому электроду в диэлектрической оболочке, находящейся в рабочем объеме тигля, а второй вывод генератора соединен с тиглем, согласно полезной модели, диэлектрическая оболочка металлического электрода является стопором, в нижней части тигля выполнено стопорное отверстие, а под плавильной камерой размещена заливочная камера.This task is achieved by the fact that in the installation of melting and casting for casting non-ferrous metal art products containing a crucible, a nanosecond electromagnetic pulse generator, one output of which is connected to a metal electrode in a dielectric shell located in the working volume of the crucible, and the second output of the generator is connected to According to the utility model, the dielectric sheath of the metal electrode is a stopper, a stopper hole is made in the bottom of the crucible, and once under the melting chamber the filling chamber is located.

Введение стопора и стопорного отверстия в тигле, а также заливочной камеры позволяет плавить и заливать металл в контролируемой защитной атмосфере с принудительным заполнением литейной формы, при этом производить обработку расплава наносекундными электромагнитными импульсами с целью увеличения жидкотекучести расплава, улучшения заполняемости тонких сечений стенок отливок, увеличения плотности The introduction of a stopper and a stopper hole in the crucible, as well as a pouring chamber, allows melt and pour metal in a controlled protective atmosphere with forced filling of the mold, while processing the melt with nanosecond electromagnetic pulses in order to increase the fluidity of the melt, improve fillability of thin sections of the walls of castings, increase density

металла, уменьшения газовой пористости, и, тем самым, повышения качества отливок.metal, reducing gas porosity, and, thereby, improving the quality of castings.

Новая плавильно-заливочная установка совмещает преимущества плавки в контролируемой защитной атмосфере, стопорной заливки формы за счет перепада давления в плавильной камере, находящейся в атмосфере инертного газа аргона, и вакуумируемой заливочной камере, а также обработки расплава в жидком состоянии наносекундными электромагнитными импульсами.The new melting and pouring installation combines the advantages of melting in a controlled protective atmosphere, stop casting due to the pressure drop in the melting chamber in an atmosphere of inert argon gas, and a vacuum casting chamber, as well as processing the melt in the liquid state with nanosecond electromagnetic pulses.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где приведена схема установки.The utility model is illustrated in the drawing, which shows the installation diagram.

Установка состоит из плавильной и заливочной камер. В плавильную камеру 1 помещают графитовый тигель 2, окруженный нагревателем 3. В дне тигля 2 выполнено стопорное отверстие 4, перекрываемое во время плавки стопором 5. Стопор 5 выполнен пустотелым из огнеупорного керамического материала на основе оксида алюминия. Внутрь стопора 5 помещен металлический электрод 6, который при подключении к генератору НЭМИ 7 является излучателем наносекундных электромагнитных волн. Второй вывод генератора НЭМИ подключен к графитовому тиглю 2. Температура металла контролируется термопарой 8.The installation consists of a melting and filling chamber. A graphite crucible 2 is placed in the melting chamber 1, surrounded by a heater 3. In the bottom of the crucible 2, a stopper 4 is made, which is blocked by the stopper 5 during melting. Stopper 5 is hollow from a refractory ceramic material based on aluminum oxide. A metal electrode 6 is placed inside the stopper 5, which, when connected to the NEMI 7 generator, is a radiator of nanosecond electromagnetic waves. The second output of the NEMI generator is connected to a graphite crucible 2. The temperature of the metal is controlled by a thermocouple 8.

В заливочную камеру 9 устанавливают литейную форму 10, изготовленную по выплавляемым моделям из кремнеземисто-гипсовой или кремнеземисто-цементной наливной самотвердеющей формовочной смеси.In the casting chamber 9, a casting mold 10 is installed, which is made by investment casting of siliceous-gypsum or siliceous-cement self-hardening molding sand mixture.

Работа предлагаемой установки осуществляется следующим образом. В заливочную камеру 9 устанавливают литейную форму 10. В тигель 2 загружают металлическую шихту, из плавильной 1 и заливочной 9 камер откачивается воздух, в плавильную камеру 1 подается аргон. Металл расплавляется. Затем производится обработка жидкого расплава наносекундными электромагнитными импульсами в течение 8...15 минут. Обработка расплава позволяет увеличить жидкотекучесть расплава, улучшить заполняемость тонких сечений стенок отливок, увеличить The work of the proposed installation is as follows. A mold 10 is installed in the pouring chamber 9. A metal charge is loaded into the crucible 2, air is pumped out from the melting 1 and pouring 9 chambers, argon is fed into the melting chamber 1. The metal is melted. Then the liquid melt is processed by nanosecond electromagnetic pulses for 8 ... 15 minutes. Processing of the melt allows to increase the fluidity of the melt, to improve the fillability of thin sections of the walls of the castings, to increase

плотность затвердевшего металла, уменьшить газосодержание металла, и, тем самым, повысить качество отливок. Стопорная заливка способствует тому, что неметаллические включения в процессе обработки всплывают наверх, а в литейную форму заливается чистый, с нижних горизонтов тигля металл. После обработки НЭМИ стопор 5 поднимается, и металл заполняет литейную форму 10. После затвердевания металла в форме 10 рабочая полость установки соединяется с атмосферой, и форма 10 извлекается из заливочной камеры 9.the density of the hardened metal, reduce the gas content of the metal, and thereby improve the quality of castings. Stop casting ensures that non-metallic inclusions float up during processing and a clean metal is poured into the mold from the lower horizons of the crucible. After NEMI treatment, the stopper 5 rises and the metal fills the mold 10. After the metal has solidified in mold 10, the working cavity of the installation is connected to the atmosphere, and mold 10 is removed from the casting chamber 9.

Пример применения установки. Литейную форму изготавливали по выплавляемым моделям из кремнеземисто-гипсовой смеси. После прокалки помещали в заливочную камеру. В графитовом плавильном тигле стопорное отверстие перекрывали керамическим пустотелым стопором, внутри которого находился медный электрод диаметром 5 мм, подключенный к генератору НЭМИ. Второй вывод генератора подсоединен непосредственно к графитовому тиглю. Сам генератор НЭМИ находится вне рабочего пространства печи, подсоединение проводов производится через специальные контакты в корпусе плавильной камеры. Источником НЭМИ служит генератор, обладающий следующими характеристиками: импульсы положительной полярности; амплитуда импульсов А=8000 В; частота повторения импульсов f=1000 Гц; продолжительность τ=0,5 нc; мощность одного импульса 1,3 МВт; потребляемая от источников мощность - не более 10 Вт; коэффициент полезного действия ≈0,5.Installation example. The mold was made by investment casting of a silica-gypsum mixture. After calcination, they were placed in a pouring chamber. In a graphite melting crucible, the stopper hole was blocked by a ceramic hollow stopper, inside which was a 5 mm diameter copper electrode connected to a NEMI generator. The second output of the generator is connected directly to the graphite crucible. The NEMI generator itself is located outside the working space of the furnace, the wires are connected through special contacts in the body of the melting chamber. The source of NEMI is a generator with the following characteristics: pulses of positive polarity; pulse amplitude A = 8000 V; pulse repetition rate f = 1000 Hz; duration τ = 0.5 ns; single pulse power 1.3 MW; power consumption from sources - no more than 10 W; coefficient of performance ≈0.5.

Заготовки сплава бронзы марки БрО5Ц5С5 ГОСТ 613-79 загружали в тигель, рабочие камеры установки вакуумировали до остаточного давления 10...100 Па, затем в плавильную камеру подавали аргон до рабочего давления 0,5·10⁵ Па и начинали процесс плавки. Температуру контролировали встроенной платино-платинородиевой термопарой. По достижении температуры металла 1100°С нагрев отключали, расплав обрабатывали наносекундными электромагнитными импульсами в течение 10 минут, за это время температура расплава опустилась до 1050°С. Затем Billets of bronze alloy grade BrO5TS5S5 GOST 613-79 were loaded into a crucible, the working chambers of the installation were evacuated to a residual pressure of 10 ... 100 Pa, then argon was fed into the melting chamber to a working pressure of 0.5 · 10 ⁵ Pa and the melting process was started. The temperature was controlled by a built-in platinum-platinum-rhodium thermocouple. Upon reaching a metal temperature of 1100 ° C, the heating was turned off, the melt was treated with nanosecond electromagnetic pulses for 10 minutes, during which time the melt temperature dropped to 1050 ° C. Then

стопор поднимали и заливали форму. Получали художественные отливки «Роза» массой 0,5 кг и минимальной толщиной стенки 0,8 мм. По сравнению с отливками, полученными на данной установке без обработки НЭМИ, а также при обработке НЭМИ в плавильном тигле в обычной атмосфере и последующей заливкой опок на воздухе (прототип), отмечается повышение качества литой поверхности, отсутствие дефектов по недоливам, газовым и неметаллическим включениям.the stopper was lifted and flooded. Received artistic castings "Rose" weighing 0.5 kg and a minimum wall thickness of 0.8 mm. Compared with castings obtained at this installation without processing of NEMI, as well as during processing of NEMI in a melting crucible in a normal atmosphere and subsequent pouring of flasks in air (prototype), there is an improvement in the quality of the cast surface, the absence of defects in underfilling, gas and non-metallic inclusions.

Claims

A melting-and-casting installation for casting non-ferrous metal artworks containing a crucible, a nanosecond electromagnetic pulse generator, one output of which is connected to a metal electrode in a dielectric shell located in the working volume of the crucible, and the second output of the generator is connected to the crucible, characterized in that the dielectric the shell of the metal electrode is a stopper, a stopper hole is made in the lower part of the crucible, and a pouring chamber is placed under the melting chamber.