CZ2017527A3 - Odstředivá licí jednotka s integrovaným pohonem - Google Patents

Abstract

Odstředivá licí jednotka s integrovaným pohonem obsahující tavící vakuovou komoru (2) a licí vakuovou komoru (3), přičemž obě komory jsou prostorově oddělitelné šoupátkem (6), přičemž do licí vakuové komory zasahuje hřídel (12) hydraulické ustavovací jednotky (13), která je vertikálně posuvná a v hydraulické ustavovací jednotce (13) je uspořádaná otočně a je napojena na elektrický pohon (7), kdy na hřídeli (12) je uspořádaná spodní spojková část (18) opatřená po obvodu své horní čelní plochy ozubením (19), přičemž seshora je na prstencovém držáku (24) licího stolu (16) uspořádaná horní spojková část (15) opatřená po obvodu své spodní čelní plochy ozubením (20), přičemž po dosažení kontaktu spolu ozubení (19, 20) zabírají, přičemž horní plocha horní spojkové části (15) je spojena s licím stolem (16).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vakuové tavící pece pro odlévání odlitků z materiálu typu superslitin na bázi niklu metodou ztraceného vosku, zvláště odstředivé licí jednotky s integrovaným pohonem, kterou je vybavena.

Dosavadní stav techniky

Metoda odlévání ve vakuu je již dlouho známá. Stávající vakuové produkční pece jsou dvoukomorové, přičemž horní komora slouží k roztavení vsázkového materiálu za předem stanoveného vakua a dolní komora slouží k vlastnímu odlití stromečku - odlitku se vtokovou soustavou, rovněž při stanovené výšce vakua. Takové vakuové pece jsou známy např. ze spisů US 3788382, US 3862356 nebo GB 984054.

V provozu slévárny přesného lití jsou využívány produkční vakuové pece, které jsou vybaveny taviči komorou, kde se připraví tavenina a komorou pro uložení formy. Tyto komory jsou odděleny ovladatelnou přepážkou - šoupátkem. Ta se odsune až před počátkem odlévání, kdy se vyrovná vakuum v obou komorách, tedy nejen v taviči, ale později i v komoře s formou.

Spis US 5101547 A představuje odstředivé licí zařízení pro odlitky ze superslitiny uspořádané na rotujícím stole připevněném na otáčecím zařízení, přičemž zařízení obsahuje svislý rotující hřídel, který soustředně na svém horním konci podpírá stůl s formou na odlitek, která je uložena plovoucím způsobem na ocelových kuličkách, takže forma může i vibrovat a je uspořádána ve dvou soustředných válcových členech. Stěny vnějšího válcového členu jsou uspořádány na horním stole a vnitřní válcový člen je uspořádán kolem členu a kolem formy a člen je připevněn k vnějšímu válcovému členu pomocí vícero pružin uspořádaných radiálně v prostoru mezi válcovými členy a tento vnitřní válcový člen tedy vymezuje vibrační pohyb formy. Je zde také představena metoda výroby součástí ze superslitiny. Tavenina se nalije do formy a forma se roztočí při současném vibračním pohybu. Tavenina postupně tuhne a vzniká jemnozmná Struktura Odlitku. Licí a taviči proces probíhá v uzavřené komoře, v ochranné atmosféře nebo ve vakuu. Jako další krok se odlitek umístí do kovací zápustky sestávající ze dvou dílů, přičemž horní část zápustky je naklopitelná vůči kovanému materiálu. Nicméně ve spise není konkrétněji řešen způsob pohonu licího stolu z hlediska přenosu síly a možnost spojení či odpojení licího stolu od pohonu. Není také řešeno oddělení prostoru pro tavení a odstředivé odlévání.

Spis US 4590983 A popisuje licí zařízení s taviči a nad ní uspořádanou licí komorou, kde mezi komorami se nachází ventilová komora s vakuovým ventilem. Pod taviči komorou je uspořádáno zvedací zařízení se zvedací plošinou pro posunování formy z tavící komory do licí a naopak. Ke spodní stěně ventilové komory je připevněna svislá trubka a v ní je uspořádaná aktivační tyč, kterou se ovládá vakuový ventil, čímž se propojí licí komora s tavící komorou. Jak tyč, tak trubka jsou vně komor. Opět není ve spise konkrétněji řešen způsob pohonu pro otáčení formy.

Ze spisu US 5931214 A je známo zařízení obsahující tavící a pod ní umístěnou licí komoru, přičemž v licí komoře je uspořádán otočný stůl, který je po obvodu poháněn blíže nespecifikovaným motorovým pohonem a na stole je připevněn kruhový chladicí prstenec, uvnitř kterého je umístěna forma. Zespodu do licí komory vstupuje hřídel se zdvihem, jejíž pomocí se může forma zvedat do tavící komory a zpět. Opět není ve spise nijak konkrétněji specifikován tento pohon ani způsob jeho spojení a odpojení s otočným stolem.

-1CZ 2017 - 527 A3

Cílem vynálezu je navrhnout speciální zařízení s přídavnými možnostmi, které by umožnilo dosažení vyšší kvality rotačních odlitků ze superslitin na bázi niklu poměrně komplikovaných tvarů z hlediska lepší zabíhavosti kovu a požadované velikosti zrn v celém objemu odlitku.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje odstředivá licí jednotka s integrovaným pohonem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na hřídeli je uspořádaná spodní spojková část opatřená po obvodu své horní čelní plochy ozubením, přičemž seshora je na prstencovém držáku licího stolu uspořádaná horní spojková část opatřená po obvodu své spodní čelní plochy ozubením, přičemž po dosažení kontaktu spolu ozubení zabírají, přičemž horní plocha horní spojkové části je spojena s licím stolem.

Ve výhodném provedení je horní spojková část zespodu uprostřed opatřena středícím kolíkem, který spolupůsobí s otvorem vytvořeným na horní ploše spodní spojkové části poté, co se spojkové části spojí.

V dalším výhodném provedení je elektrický pohon součástí hydraulické ústavovací jednotky a tvoří s ní jeden celek pro zajištění rotačního pohybu hřídele s možností reverzace otáček a takto provedená kompaktní hydraulická ustavovací komora je součástí vakuové licí komory.

Objasnění výkresů

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje schéma vakuové tavící pece s odstředivou licí jednotkou s integrovaným pohonem podle vynálezu, obr. 2 je perspektivní pohled na vzájemně oddálené spodní a horní části mechanické zubové spojky vakuové pece z obr. 1, obr. 3 je perspektivní pohled na horní část mechanické zubové spojky a obr. 4 je perspektivní pohled na spodní část mechanické zubové spojky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr.l je vidět vakuová tavící pec 1, která sestává z horní tavící vakuové komory 2 a z dolní licí vakuové komory 3. Obě komory 2, 3 jsou uspořádány nad sebou a jsou vzájemně oddělitelné, resp. uzavíratelné pomocí šoupátka 6, které funguje jako uzávěr a zároveň přepážka mezi komorami 2, 3. Ve výchozím stavu jsou tyto komory 2, 3 pomocí šoupátka 6 odděleny. Nad tavící vakuovou komorou 2 je uspořádáno zavážecí zařízení 4, pomocí kterého je ingot, určený ke zpracování, resp. k tavení, dodáván do tavící komory 2. V tavící komoře 2 je uspořádán tavící kelímek 11, kolem kterého je uspořádán induktor 8, provedený jako indukční cívka, ve které se indukuje elektrický proud a vzniká kolem ní elektromagnetické pole, které způsobuje tavení ingotu při vzniku taveniny 9 s hladinou 10. Ve spodní licí komoře 3 je uspořádán licí stůl 16, na který se založí skořepinová forma 5.

Poté je z vakuové tavící komory 2 vyčerpán vzduch a vznikne vakuum. Po roztavení ingotu je vyčerpán vzduch i z licí vakuové komory 3. Poté jsou prostory komor 2, 3 propojeny tak, že se odsune šoupátko 6, a odstraní se přepážka mezi komorami 2, 3. Z naklopitelného tavícího kelímku 11 se tavenína 9 nalije do rotující, případně vibrující skořepinové formy 5, což znamená, že je možné provést rotaci skořepinové formy nebo s formou vibrovat, tedy kmitat nebo třepat. Před vlastním nalitím taveniny 9 do keramické skořepinové formy 5 se totiž roztočí licí stůl 16 způsobem uvedeným níže.

Zabíhavost a zlepšená makrostruktura je zabezpečená díky zavedení rotujícího licího stolu 16 přes mechanickou zubovou spojku 22, zobrazenou na obr. 2. Ta sestává ze dvou částí, z horní

-2CZ 2017 - 527 A3 spojkové části 15, zobrazené samostatně na obr. 3 a spodní spojkové části 18, zobrazené samostatně na obr. 4. Spodní spojková část 18 je nasazena na hřídeli 12, která se jednak vertikálně posouvá v rámci hydraulické ústavovací jednotky 13, a také je poháněna schématicky znázorněným elektrickým pohonem 7, který s ní otáčí.

Pomocí hřídele 12 je tedy možno posunovat spodní spojkovou částí 18 nahoru a dolů vůči horní spojkové části 15, uložené na prstencovém držáku 24. Ta je spojena s licím stolem 16, který je uložen pevně na její horní ploše. Ve spodní poloze hřídele 12 se mechanická zubová spojka 22 rozpojí a v horní poloze se mechanická zubová spojka 22 spojí a v této funkční poloze se licí stůl 16 může otáčet. To, proto, že horní spojková část 15 je opatřena na své spodní čelní ploše ozubením 20 a dolní spojková část 18 je na své horní ploše opatřena odpovídajícím ozubením 19 tak, aby při příslušném přiblížení obou spojkových částí 15, 18 spolu ozubení 19, 20 zabíraly.

Horní spojková část 15 je zespodu uprostřed opatřena středícím kolíkem 21, který spolupůsobí s otvorem 23 vytvořeným na horní ploše spodní spojkové části 18 poté co se spojkové části 15, 18 spojí.

Jsou-li ozubení 19, 20 vzájemně v záběru, může se od elektrického pohonu 7 přes mechanickou spojku 22 otáčet i licí stůl 16, a tedy i skořepinová forma 5 se vznikajícím odlitkem 17. Elektrický pohon 7, hydraulická ustavovací jednotka 13 a část hřídele 12 jsou uspořádány pod úrovní podlahy 14, viz obr. 1.

Ve výhodném provedení je elektrický pohon 7 součástí hydraulické ustavovací jednotky 13 a tvoří s ní jeden celek pro zajištění rotačního pohybu hřídele 12 s možností reverzace otáček a takto provedená hydraulická ustavovací jednotka 13 je součástí vakuové licí komory 3.

Také je možné při záběru obou spojkových částí 15, 18 přiblížit při vysunutí tyče 12 nahoru licí stůl 16 k tavícímu kelímku 11, a tím usnadnit lití taveniny 9 z tavícího kelímku 11 do skořepinové formy 5.

Elektrický pohon 7 umožňuje vlastní rotaci licího stolu 16 přes hřídel 12 a neznázorněná ovládací elektronika umožňuje reverzaci pohybu, tedy možnost rychlé změny směru otáčení licího stolu 16. Kromě reverzace smyslu otáček je zde možnost brždění, takže může docházet k oscilacím v roztaveném kovu uvnitř keramické formy.

Po odlití se šoupátko 6 znovu zasune do výchozí polohy a zruší se vakuum minimálně v licí vakuové komoře 3.

Na obr. 2 je vidět, že aby bylo možné snadno na licí stůl 16 založit skořepinovou formu 5 a snadno vyjmout hotový odlitek 17 z vakuové pece 1, je horní spojková část 15 uložena na prstencovém držáku 24, který je uspořádán výkyvné na kloubu 25, přes horizontální rameno 26. Prstencový držák 24 je podepřen na svislé opěrné stojně 27 ukončené kolečkem 28, které je vedeno v kolejnici.

Na obr. 1 je jako odlitek 17 vznikající ve skořepinové formě 5 zobrazeno jako příklad axiální turbínové kolo, ale je zřejmé, že vakuovou tavící pec 1 s odstředivou licí jednotkou s integrovaným pohonem podle vynálezu lze použít i pro jiné rotační odlitky.

V představeném vynálezu je kompletní zařízení umístěno v rámci vakuové licí komory 3 a je umožněna rotace a oscilace taveniny ve skořepinové formě 5. Je tak zajištěna dostatečná zabíhavost taveniny 9 do nej slabších částí rotačních odlitků 17 z materiálů typu superslitin na bázi niklu, a dále je zajištěna požadovaná velikost zrn v celém objemu odlitku 17, nejenom na jeho povrchu, s daleko přesnějším ovládáním potřebných pohybů a také při menších rozměrech vakuové pece jako celku.

-3CZ 2017 - 527 A3

Průmyslová využitelnost

Vakuová taviči pec s odstředivou licí jednotkou s integrovaným pohonem je využitelná pro odstředivé lití rotačních odlitků ze slitin na bázi niklu, jako jsou axiální turbínová kola, ale i mnoho jiných odlitků. Výhodou vakuové tavící pece s odstředivou licí jednotkou s integrovaným pohonem je úspora pracovního prostoru, přesnější řízení rotace a reverzace, podstatné snížení zmetkovitosti z důvodu zvýšení zabíhavosti kovu do nej slabších stěn lopatek oběžných kol, významné zjemnění makrostruktury, zlepšení mechanických vlastností a tím zvýšení užitných vlastností odlitků.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (3)

1. Odstředivá licí jednotka s integrovaným pohonem obsahující taviči vakuovou komoru (2) a licí vakuovou komoru (3), přičemž obě komory jsou prostorově oddělitelné šoupátkem (6), přičemž do licí vakuové komory zasahuje hřídel (12) hydraulické ustavovací jednotky (13), která je vertikálně posuvná a v hydraulické ustavovací jednotce (13) je uspořádaná otočně a je napojena na elektrický pohon (7), vyznačující se tím, že na hřídeli (12) je uspořádaná spodní spojková část (18) opatřená po obvodu své horní čelní plochy ozubením (19), přičemž seshora je na prstencovém držáku (24) licího stolu (16) uspořádaná horní spojková část (15) opatřená po obvodu své spodní čelní plochy ozubením (20), přičemž po dosažení kontaktu spolu ozubení (19), (20) zabírají, přičemž horní plocha horní spojkové části (15) je spojena s licím stolem (16).

2. Odstředivá licí jednotka s integrovaným pohonem podle nároku 1, vyznačující se tím, že horní spojková část (15) je zespodu uprostřed opatřena středícím kolíkem (21), který spolupůsobí s otvorem (23) vytvořeným na horní ploše spodní spojkové části (18) poté, co se spojkové části (15),(18) spojí.

3. Odstředivá licí jednotka s integrovaným pohonem podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektrický pohon (7) je součástí hydraulické ustavovací jednotky (13) a tvoří s ní jeden celek pro zajištění rotačního pohybu hřídele (12) s možností reverzace otáček a takto provedená kompaktní hydraulická ustavovací komora (13) je součástí vakuové licí komory (3).