Установка для формирования холста из металлических волокон
Полезная модель относится к металлургии и может быть использована для получения волокон и холстов из них.
Предлагаемая полезная модель позволяет получать холст из пористо-волокнистого материала заданной толщины и пористости, а также многослойные холсты с различными толщинами волокон в слое.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием установки для формирования холста из металлических волокон, в которой, согласно полезной модели, оси вращения механизма наматывания волокна и кристаллизатора расположены в параллельных плоскостях, при этом скорости вращательного и возвратно - поступательного движения барабана определяют из равенства
Vo/Vвр.=dп/2
Dб, где
Vo - осевая скорость возвратно - поступательного движения барабана;
Vвр - скорость вращения барабана вокруг оси;
dп - диаметр пятна падения волокна расплава на поверхность барабана;
Dб - диаметр барабана
Полезная модель относится к металлургии и может быть использована для получения волокон и холстов из них.
Известна установка для производства волокна из неорганических материалов, содержащая вакуумную камеру, установленные в ней с возможностью вращения кристаллизатор и контейнер для сбора волокон, устройство подачи заготовки в направлении кристаллизатора, устройство нагрева, расположенное над кристаллизатором и выполненное в виде корпуса с отверстием для прохода заготовки, пазом для выхода волокна и нагревательными элементами, установленными по контуру отверстия, и механизм наматывания волокна, выполненный в виде двух барабанов, связанных лентой, причем один из барабанов является приводным, и установленный в контейнере (патент РФ №2148477, кл. В22F 9/10, 2000 г)
Недостатком данной конструкции является низкая однородность распределения волокна по ленте и отсутствие механической прочности в холсте.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является установка для производства волокна из неорганических материалов, содержащая вакуумную камеру, в которой установлен кристаллизатор с возможностью вращения, устройство подачи, как минимум, одной заготовки в направлении кристаллизатора, устройство нагрева, контейнер для сбора волокон, внутри которого расположен механизм наматывания волокна, выполненный в виде цилиндра с рифленой поверхностью, связанного с приводом, обеспечивающим его вращательное и возвратно - поступательное движение одновременно (см. патент РФ №54321, 2005 г.).
Известная конструкция позволяет получать холсты из металлических волокон, а механизм наматывания волокна может быть использован в качестве механизма формирования холста.
Недостатком известной конструкции - является невозможность получения пористо-волокнистого холста заданной толщины и пористости, а также многослойных холстов с различными толщинами слоев волокон.
Задачей, предлагаемой полезной модели, является создание установки для формирования холста из металлических волокон, лишенной вышеуказанного недостатка.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием установки для формирования холста из металлических волокон, содержащей вакуумную камеру, установленные в ней с возможностью вращения кристаллизатор и контейнер для сбора волокон, устройство подачи заготовки в направлении кристаллизатора, устройство нагрева, механизм наматывания волокна, установленный в контейнере и выполненный в виде барабана с рифленой поверхностью, имеющего возможность одновременного вращательного и возвратно - поступательного движения, в которой, согласно полезной модели, оси вращения механизма наматывания волокна и кристаллизатора расположены в параллельных плоскостях, при этом скорости вращательного и возвратно - поступательного движения барабана определяют из равенства
Vo/Vвр.=dп/2Dб, где
Vo - осевая скорость возвратно - поступательного движения барабана;
Vвр - скорость вращения барабана вокруг оси;
dп - диаметр пятна падения волокна расплава на поверхность барабана;
Dб - диаметр барабана
При проведении патентных исследований не обнаружены решения идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеприведенным описанием и чертежами, где
На фиг.1 показана схема устройства для формирования холста из металлических волокон.
На фиг.2 схема процесса формирования холста из металлических волокон
Установка для формирования холста из металлических волокон содержит вакуумную камеру 1, в которой расположен кристаллизатор 2, выполненный в виде диска, установленного на шпинделе 3, связанным через привод 4 с двигателем 5.
Кристаллизатор 2 может иметь одну или несколько рабочих кромок. Он может быть выполнен как цельным, так и сборным.
В вакуумной камере 1 установлено устройство для подачи заготовки 6, которое может быть выполнено, например, в виде 2-х валков, устройство нагрева 7.
В контейнере 8 установлен механизм наматывания волокна, выполненный в виде барабана 9 с рифленой поверхностью и связанный с приводом 10, обеспечивающим его вращательное и возвратно-поступательное движение одновременно.
В предлагаемой полезной модели оси вращения механизма наматывания волокна и кристаллизатора расположены в параллельных плоскостях, при этом скорости вращательного и возвратно - поступательного движения барабана определяют из равенства
Vo/Vвp.=dп./2Dб, где
Vo - осевая скорость возвратно - поступательного движения барабана;
Vвp - скорость вращения барабана вокруг оси;
dпят - диаметр пятна падения волокна на поверхность барабана;
Dбар - диаметр барабана
Установка снабжена системами вакуумирования 11 и охлаждения 12.
Работа предлагаемой полезной модели основана на методе формирования пористого волокнистого материала (ПВМ) на перемещаемом относительно зоны падения волокна барабане (подложке) в
процессе получения волокна методом экстракции висящей капли расплава кристаллизатором.
Плотность и пористость, получаемого холста, зависит от скорости экстракции волокна и длины пролета волокна до барабана. Текстура ПВМ зависит от направления и скорости перемещения барабана относительно зоны контакта волокна с барабаном и длины волокна.
Каждый слой формируют за один или нескольких проходов барабана через зону падения волокна.
Формирование связей между каплями в слое происходит за счет перекрытия последовательно укладываемых частиц (в случае формирования ПВМ из дискретных волокон), либо последовательного наложения волокна при перегибе вследствие его деформации. Уровень перекрытия и толщину слоя определяют соотношением скорости экстракции (скорости вращения кристаллизатора) и скорости перемещения барабана Vo/Vвp=dп/2Dб.
Формирование связей в слое ПВМ и межслойное взаимодействие происходит в различных условиях, и определяют различной природой: в слое протекают термодинамические и диффузионные процессы, так как частица при ударе о поверхность ПВМ взаимодействует с частицами, температура которых сравнима с температурой самой частицы, межслойное взаимодействие определяется механическим взаимодействием частиц.
Соотношение связей в ПВМ определяют формой пятна контакта волокна с барабаном и скоростью перемещения барабана относительно пятна контакта и скоростью экстракции.
Пятно контакта волокна с барабаном представляет собой зону, вытянутую вдоль плоскости вращения барабана (размах) с шириной от 1 до 3 мм (ширину зоны определяют, главным образом, устойчивостью капли расплава). Размах пятна контакта зависит от скорости экстракции, длины пролета волокна до подложки и длины волокна. Задавая скорость перемещения барабана относительно пятна контакта можно регулировать ориентацию волокна в ПВМ, степень перекрытия слоев в нем и толщину
холста.
Перед началом работы по приведенной выше формуле рассчитывают скорость перемещения барабана и начинают работу.
Работу начинают с создания в вакуумной камере 1 вакуума с помощью системы вакуумирования 11, затем включают систему охлаждения 12, устройство нагрева 7 и двигатель 5, от которого через привод шпинделя 4 передают вращательное движение кристаллизатору 2.
Устройством нагрева 7 разогревают заготовку до температуры, при которой на ее торце образуется капля расплава. Нижняя часть капли контактирует с выступом кристаллизатора и переносится на него. При охлаждении на кристаллизаторе тонкий слой расплава материала заготовки затвердевает, сформированное волокно отделяется от диска и ударяется о внешнюю поверхность барабана 9.
Вследствие вращения и возвратно-поступательного движения барабана 9 относительно зоны падения волокна на его поверхности происходит послойное формирование пористого холста заданной толщиной.
Таким образом, удается уложить необходимое количество волокна для получения холста заданной толщиной.
Холст получается с однородным распределением волокна и обладает более высокими механическими параметрами.
Был изготовлен опытный образец предлагаемого устройства, и результаты испытаний показали, что устройство обеспечивает возможность получения холстов длиной до 1,2 м и шириной до 0,3 м. Также были получены многослойные холсты с различными толщинами волокон в слое.
Установка для формирования холста из металлических волокон, содержащая вакуумную камеру, установленные в ней с возможностью вращения кристаллизатор и контейнер для сбора волокон, устройство подачи заготовки в направлении кристаллизатора, устройство нагрева, механизм наматывания волокна, установленный в контейнере и выполненный в виде барабана с рифленой поверхностью, имеющего возможность одновременного вращательного и возвратно-поступательного движения, отличающаяся тем, что оси вращения механизма наматывания волокна и кристаллизатора расположены в параллельных плоскостях, при этом осевую скорость возвратно-поступательного движения барабана определяют из равенства:
Vo=V вр·dп/2Dб,
где Vo - осевая скорость возвратно-поступательного движения барабана;
Vвр - скорость вращения барабана вокруг оси;
dп - диаметр пятна падения волокна на поверхность барабана;
Dб - диаметр барабана.
