Способ штамповки и импульсной обработки жидкого металла - "импульсной объемной штамповки"
Изобретение относится к литейному производству. В камеру плавления помещают заготовку, при нагревании которой образуется ванна расплава. Момент проплавления заготовки фиксируют датчиком и штамп, находящийся ниже заготовки перемещают навстречу движущемуся расплаву. После соприкосновения штампа с заготовкой на расплав воздействуют газовым давлением, давлением прессования и ковки через пуансон. При кристаллизации на расплав накладывают механические и электромагнитные колебания. Способ обеспечивает получение изделий особо сложной формы из любых металлов, а также композиционных изделий типа металл-неметалл. 2 ил.
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для литья любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные. Наиболее близким техническим решением является способ литья с кристаллизацией под давлением [1, (стр.342-344)], при котором давление используется как фактор эффективного воздействия на затвердевание и протекающие при этом процессы - усадку, газовыделение, трещинообразование, ликвацию, включающий приготовление расплава в отдельной плавильной камере, перемещение расплава из плавильной камеры с помощью разливного устройства в штамп с последующим его прессованием с помощью поршня или пуансона. Методы литья с кристаллизацией под давлением обеспечивают высокую плотность отливок, близкую к плотности деформируемых заготовок, и достаточно однородную структуру.
В качестве ближайшего аналога способа штамповки жидкого металла принимается способ, включающий получение расплава в проплавляемой заготовке, перемещение его в штамп, перемещение штампа навстречу движущемуся расплаву до соприкосновения с заготовкой, последующее воздействие на него повышенного давления (заявка SU 96121304, кл. B 22 D 18/2, опубл. 20.01.1999) - [2]. Данные способы нашли применение для изготовления клапанов, шатунов, фланцев, шестерен, поршней, блоков цилиндров, вставок штампов и пресс-форм. Целью изобретения является повышение эффективности использования и расширения технических возможностей за счет получения изделий особо сложной формы из любых металлов, включая тугоплавкие и химически активные, а также композиционных изделий типа металл-неметалл. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе штамповки жидкого металла, включающем получение расплава в проплавляемой заготовке, перемещение его в штамп, перемещение штампа навстречу движущемуся расплаву до соприкосновения с заготовкой, последующее воздействие на него повышенного давления, отличающемся тем, что перемещение штампа начинают в момент проплавления заготовки, который фиксируют датчиком, после чего на расплав воздействуют газовым давлением, давлением прессования и ковки через пуансон, при этом при кристаллизации накладывают на расплав механические и электромагнитные колебания. Предложенный способ реализует установка, представленная на фиг.1 и 2. Установка включает камеру плавления 1, в которой размещена переплавляемая металлическая заготовка 2, при нагревании которой за счет нагревателя 3 (плазмотрон, электронно-лучевая пушка, электродуга, электросопротивление, индуктор и т. д. ) образуется ванна расплава 4. По достижении расплавом 4 нижней части заготовки 2, он выливается в штамп 5, который находится на некотором расстоянии ниже заготовки 2. В момент проплавления заготовки, который фиксируется датчиком 6, начинается движение штампа 5 навстречу движущемуся расплаву 4 до соприкосновения с заготовкой 2. После чего на расплав металла 4 можно воздействовать газовым давлением 7, поступающим в верхнюю камеру плавления 1, низкочастотными и высокочастотными колебаниями от вибрационных устройств 8 и 9, электромагнитными полями за счет индукторов 10 и 11, а кроме того, прессованием за счет пуансонов 12, а также ковкой за счет бойков 13. Нижняя камера 14 производит поджим и отжатие от верхней камеры 1 за счет пневмоцилиндров 15 и 16. Принимая определенные габариты установки и силовые параметры энергоносителей, проведем расчет усилий воздействия на металл. - Находим max. скорость Vm металла в конце падения. Расстояние свободного падения металла h = 0,3 м. Vm =![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8730.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8730.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/247.gif)
масса бойка mб = 5 кг. - Импульс силы I, действующей на пуансон:
I = mб
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/53/531190.gif)
F= I/
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Рд = 4
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
- получая расплав в проплавляемой заготовке, удается избежать его перегрева и сократить время на перемещение в штамп;
- в момент перехода расплава из жидкого состояния в твердое производится его обработка электромагнитными, вибрационными, импульсными и т.п. воздействиями, которые очень сильно влияют на получение бездефектной мелкокристаллической структуры изделия;
- время перехода от жидкой фазы к твердой сокращается и поэтому энергозатраты при воздействии на металл, практически всеми методами внешних воздействий, будут незначительные. Принципиальная конструкция установки ИОШ для осуществления способа позволяет быстро заполнить расплавом штамп за счет сложения скорости его свободного падения и встречного разгона штампа, тем самым нет необходимости применения сужения в конструкции литниковой системы, оказывающей негативное влияние на конечную структуру изделия. Кроме того, вакуумизация установки ИОШ позволяет рафинировать расплав и снижает сопротивление при заполнении металлом штампа. Способ ИОШ обеспечивает сокращение интервала кристаллизации при одновременном воздействии в этот момент на металл низкочастотных и ультрозвуковых колебаний, тем самым появляется возможность управления процессом формирования микро-макро структуры изделия и повышения его физико-механических свойств. Возможность воздействовать на металл во время формообразования электромагнитным полем и газовым давлением, используя установку ИОШ, приводит к уменьшению интервала кристаллизации и большому переохлаждению расплава, а следовательно, увеличивается качество получаемых изделий. Кроме того, применяя электромагнитное поле, появляется возможность концентрировать поток металла, попадаемого в штамп, и увеличивать способность по более сложному формозаполнению. В отличие от способа литья с кристаллизацией под давлением, где при производстве изделий металл готовят в отдельной емкости, перегревая его для транспортировки, а затем воздействуя на него в штампе статическим давлением, предлагаемый способ позволяет достичь следующих преимуществ:
- избежать перегрева ванны расплава;
- достигает очень быстрого перемещения расплава в штамп. В отличие от ближайшего аналога (заявка SU 96121304, кл. B 22 D 18/2, опубл. 20.01.1999), [2] , заявленный способ позволяет обрабатывать металл более эффективно, так как способ более точно определяет момент проплавления, тем самым давление на расплав накладывается в более короткий промежуток времени. При этом, для достижения того же эффекта обработки металла потребуется меньшее давление, чем в ближайшем аналоге. Общими преимуществами перед аналогами являются следующие:
- в момент кристаллизации расплава возможно воздействовать на него практически всеми известными методами внешнего воздействия, позволяющими улучшить конечную структуру изделия;
- уменьшать энергозатраты при воздействии различных давлений на расплав за счет сокращения времени затвердевания изделия;
- получать особомелкозернистую и плотноупакованную структуру изделия с одновременным сложным формозаполнением. На фиг. 2 показана одна из схем обработки расплава металла в закрытом штампе, где можно достигать особенно высоких давлений, превышающих давления высокоскоростных ковочных машин. Все это позволяет считать предлагаемый способ экономически выгодным и полезным для применения в производстве, особенно для изготовления качественных изделий из тугоплавких и химически активных металлов. ЛИТЕРАТУРА
1. Ефимов В.А. и др. - Специальные способы литья. Справочник, М.: Из-во "Машиностроение". 1991 г. 2. Заявка SU 96121304, кл. B 22 D 18/2, опубл. 20.01.1999 г.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2