Кокильная машина с тепловой трубой

Кокильная машина с тепловой трубой направлена на повышение эффективности охлаждения металла и повышение срока эксплуатации металлического стержня. В кокильной машине, содержащей станину, стержень, механизм разъема кокиля, стержень, механизм перемещения металлического стержня, собственно стержень выполнен в виде тепловой трубы с зонами нагрева и охлаждения. Зона охлаждения стержня представляет оребренную трубу с диаметром «Д_р ». Стержень в зоне нагрева имеет полость с внутренним «Д _вн» и наружным «Д_н» диаметрами и связанными соотношениями Д_вн/Д _н=0,6-0,85; Д_р/Д_н =0,9-0,95. Длина зоны нагрева стержня «L_н » и оребренной трубы «L_o» связаны соотношением L_о/L_н=2-4. Дополнительно наружный диаметр трубы «Д_нт» и диаметр оребрения «Д_р» связаны соотношением Д _нт/Др=0,85-0,95.

Полезная модель относится к литейному производству, а именно к конструкции кокилей.

Известен кокильный станок [1. А.с. № 707686, СССР. В 22 Д 15/04. Кокильный станок /С.К. Дубиковский, И.С. Шилин, Е.М. Шинкарев и др. Опубл. Бюллетень № 1. 1980.], включающий кокиль, закрепленные на станине механизмы разъема кокиля и выталкивания отливки, механизм перемещения металлического стержня и механизм съема отливки с захватывающими рычагами с приводами их поворота.

Недостатки известной кокильной машины заключаются в возможности перегрева металлического стержня при длительной заливке в него металла по причине отсутствия эффективного его охлаждения. Перегрев металлического стержня, с одной стороны, ухудшает теплообмен в центре отливки и снижает ее качество по причине получения крупнозернистой структуры, а с другой стороны, уменьшается срок службы металлического стержня.

Заявляемая кокильная машина с тепловой трубой направлена на повышение эффективности охлаждения металла и повышение срока эксплуатации металлического стержня.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой кокильной машины, заключается в возможности регулирования в широких пределах температуры металлического стержня и повышении качества структуры отливки.

Заявляемая кокильная машина с тепловой трубой характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: кокиль: станина; металлический стержень; механизм разъема кокиля; механизм перемещения металлического стержня.

Отличительные признаки: стержень выполнен в виде тепловой трубы с зонами нагрева и охлаждения; зона охлаждения стержня представляет собой оребренную трубу с диаметром «Д _р»; стержень в зоне нагрева имеет полость с внутренним диаметром «Д_вн» и наружным диаметром «Д _н»; внутренний диаметр полости «Д_вн » и наружный диаметр стержня «Д_н» связаны соотношениями Д_вн/Д_н =0,6-0,85; диаметр оребренной трубы «Д_р » и наружный диаметр стержня «Д_н» связаны соотношением Д_р/Д_н =0,9-0,95; длина зоны нагрева стержня «L_н » и оребренной трубы «L₀» связаны соотношением L₀/L_н=2-4;

наружный диаметр трубы «Д_нт» и диаметр оребрения связаны соотношением Д_нт/Д _р=0,85-0,95.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой кокильной машины и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Выполнение стержня в виде тепловой трубы с зонами нагрева и охлаждения [2. Семена М.Г., Гершуни А.Н., Зарипов В.К. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. К.: Вища школа. Головное изд-во, 1984. -215 с.] позволяет эффективно отводить тепло металла из середины отливки, а также исключается перегрев стержня.

Выполнение зоны охлаждения стержня в виде оребренной трубы с диаметром «Д _р» позволяет эффективно сбрасывать передаваемое тепло в окружающую среду за счет естественной и принудительной конвекции воздуха.

Изготовление стержня в зоне нагрева с полостью с внутренним диаметром «Д_вн» и наружным диаметром «Д_н» позволяет заправлять в нее заданное количество теплоносителя, необходимого для передачи тепла.

Уменьшение соотношения Д_вн /Д_н<0,6 (где Д_вн - внутренний диаметр полости стержня в зоне нагрева, Д _н - наружный диаметр стержня) приводит к нерациональному увеличению массы стержня, что увеличивает время его разогрева и термическое сопротивление передачи тепла. Кроме этого, нерационально уменьшается объем полости, заполняемой теплоносителем и его парами в процессе работы, а также количество переносимого тепла паром.

Увеличение соотношения Д_вн/Д _н>0,85 приводит к недостаточной прочности стержня в зоне нагрева, с одной стороны, в результате разогрева стержня, а с другой стороны, в результате возможных высоких давлений пара теплоносителя в полости.

Уменьшение соотношения Д _р/Д_н<0,9 (где Д _р - диаметр оребренной трубы, Д_н - наружный диаметр стержня) приводит к нерациональному уменьшению охлаждаемой поверхности оребренной трубы и уменьшению количества тепла, передаваемого трубой в окружающую среду.

Увеличение соотношения Д_р/Д_н >0,95затрудняет извлечение стержня из кокиля после охлаждения металла и получения отливки.

Уменьшение соотношения L ₀/L_н<2 (где L_н - длина зоны нагрева стержня, L₀ - длина оребренной трубы) приводит к недостаточной площади охлаждения оребренной трубы, и как результат, недостаточное количество отводимого стержнем тепла.

Увеличение соотношения L ₀/L_н>4 приводит к нецелесообразному увеличению длины и массы стержня по причине ограничений передаваемого теплового потока, а также затрудняет работу на кокильной машине.

Уменьшение соотношения Д_нт/Д _р<0,85 (где Д_нт - наружный диаметр трубы, Д_р - диаметр оребрения) существенно уменьшает количество передаваемого с паром тепла из зоны нагрева стержня в зону его охлаждения и как результат, снижение эффективности охлаждения отливки и стержня.

Увеличение соотношения Д _нт/Д_р>0,95 приводит к недостаточной площади поверхности наружного охлаждения оребренной трубы и необходимость увеличения принудительной конвекции воздуха с дополнительным расходом энергоресурсов.

На фиг.1 приведен внешний вид кокильной машины с тепловой трубой, на фиг.2 - стержень в виде тепловой трубы.

Заявляемая кокильная машина с тепловой трубой на фиг.1 состоит из стержня 1 с кокилем 2, механизма разъема кокиля 3, станины 4 и механизма перемещения металлического стержня 5. Металлический стержень на фиг.2

выполнен в виде тепловой трубы с зоной охлаждения 6, представляющей оребренную трубу, и зоной нагрева 7 с полостью 8, частично заполненной теплоносителем.

Работа заявляемой кокильной машины с тепловой трубой осуществляется следующим образом. Предварительно в кокиль 2 устанавливается стержень 1 и с помощью механизма разъема кокиля 3 обеспечивается надежное закрепление стержня 1. Осуществляют запивку жидкого металла в верхнюю часть кокиля 2. В результате осуществляется разогрев зоны нагрева 7 стержня 1 и испарение теплоносителя в полости 8. Образующиеся пары теплоносителя за счет перепада давлений поступают в трубу зоны охлаждения 6 и конденсируются на внутренней поверхности трубы с ее разогревом. После разогрева трубы зоны охлаждения 6 осуществляют принудительную подачу воздуха с отводом тепла с оребренной поверхности трубы и охлаждением всего стержня 1. После формирования в кокиле 2 отливки механизмом перемещения стержня 5, связанного со станиной 4, осуществляется подрыв стержня 1, а с помощью механизма 3 осуществляют разъем кокиля 2 и извлечение отливки.

1. Кокильная машина с тепловой трубой, содержащая станину, кокиль, стержень, механизм разъема кокиля, механизм перемещения стержня, отличающаяся тем, что стержень выполнен в виде тепловой трубы с зонами нагрева и охлаждения, зона охлаждения стержня представляет собой оребренную трубу с диаметром Д _р, стержень в зоне нагрева имеет полость с внутренним Д _вн и наружным Д_н диаметрами, связанными соотношениями Д_вн/Д_н =0,6-0,85; Д_р/Д_н=0,9-0,95, а длина зоны нагрева стержня L_н и оребренной трубы L_о связаны соотношением L _о/L_н=2-4.

2. Кокильная машина с тепловой трубой по п.1, отличающаяся тем, что наружный диаметр трубы Д_нт и диаметр оребрения Д _р связаны соотношением Д_нт/Д _р=0,85-0,95.