Установка для изготовления отливок направленной кристаллизацией

 

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к получению отливок направленной кристаллизацией в вакууме. Может быть использовано для получения крупногабаритных деталей турбин энергетического назначения. Установка содержит плавильно-заливочное устройство для выплавки и заливки металла, механизм вертикального перемещения керамических форм, керамическую форму, емкость для поврежденных форм, кристаллизатор, погрузоразгрузочное устройство. Погрузоразгрузочное устройство выполнено в виде подъемника на вертикальной направляющей с кареткой, передвижного контейнера для транспортировки каркаса с керамической формой и манипулятора с вращательно-поступательным движением. Керамическую форму устанавливают в каркас на монтажной плите, а затем - в контейнер. Подъемником перемещают форму на верхний уровень рабочей площадки. Манипулятором снимают каркас с формой с подъемника и поворотом на 180° заводят в вакуумную камеру. Приемная часть механизма вертикального перемещения формы плотно соединяется с каркасом и надежно фиксирует необходимое положение формы в течение технологического цикла. Тем самым обеспечивается возможность получения крупногабаритных отливок. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к получению отливок направленной кристаллизацией в вакууме, в частности крупногабаритных деталей турбин энергетического назначения методом высокоградиентной направленной кристаллизации.

Известно устройство для литья деталей из металлических жаропрочных материалов, содержащее вакуумную камеру в виде вертикального цилиндра с горизонтальной крышкой, через которую осуществляются загрузка и выгрузка форм, установка термопар, загрузка жаропрочного сплава (патент США N 4175609, кл. 164-60).

Данная установка лабораторного типа обеспечивает процесс отливки в условиях плоского фронта кристаллизации лишь одной неохлаждаемой лопатки небольших размеров (L=96 мм, диагональ замка 38 мм). Недостатком известной конструкции является невозможность ее применения для изготовления крупногабаритных изделий из жаростойких сплавов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является установка для изготовления направленной кристаллизацией, содержащая вакуумную горизонтальную камеру, в которой размещены плавильно-заливочное устройство для выплавки и заливки металла, механизм вертикального перемещения керамических форм, печь для нагрева керамических форм до рабочей температуры, погрузоразгрузочное устройство, кристаллизатор и емкость для поврежденных форм и металла (патент РФ N 2036049 МКИ B 22 D 27/4).

Недостатком известной установки является невозможность изготовления крупногабаритных отливок размером > 200 мм.

Кроме того, установка предусматривает многократную перестановку литейной формы по горизонтальным направляющим перед заливкой металла, что может привести к растрескиванию, частичному или полному разрушению формы.

Учитывая, что керамическая форма для изготовления крупногабаритных отливок имеет большие габариты, вес, а также высокую стоимость, необходима установка, включающая новую конструкцию погрузо-разгрузочного устройства, которая устранила бы недостатки существующих установок.

Технической задачей данного изобретения является разработка установки для изготовления качественны крупногабаритных отливок с заданной структурой при минимальных затратах.

Техническая задача достигается тем, что предложена установка для изготовления отливок направленной кристаллизацией, которая содержит вакуумную камеру, в которой размещены плавильно-заливочное устройство для выплавки и заливки металла, механизм вертикального перемещения керамических форм, печь для нагрева керамических форм, керамическая форма, кристаллизатор, погрузоразгрузочное устройство, емкость для поврежденных форм и металла. При этом погрузоразгрузочное устройство выполнено в виде вертикальной направляющей с кареткой, передвижного контейнера для транспортировки каркаса с керамической формой, закрепленной на монтажной плите, и манипулятора с вращательно-поступательным движением, а механизм вертикального перемещения формы состоит из привода с приемной частью, выполненной в виде горизонтальных направляющих с пазами и фиксирующих штырей для крепления монтажной плиты. Манипулятор включает захватывающее устройство, выполненное в виде вилочного рычага с гнездами для размещения передвижного контейнера с керамической формой, и поворотное устройство, позволяющее осуществлять вращение на 180^o вокруг вертикальной оси. Каркас с керамической формой прикреплен к монтажной плите, выполненной по размерам, совпадающим с пазами приемной части механизма вертикального перемещения и имеющей специальные посадочные отверстия, позволяющие жестко фиксировать монтажную плиту относительно посадочных штырей приемной части механизма вертикального перемещения на протяжении всего технологического цикла.

На фиг. 1 изображен общий вид установки, состоящей из следующих основных узлов, где: 1 - вакуумная камера, 2 - плавильно-заливочное устройство, 3 - механизм вертикального перемещения, 4 - печь для нагрева керамических форм, 5 - керамическая форма, 6 - кристаллизатор, 7 - емкость для поврежденных керамических форм и металла, 8 - погрузоразгрузочное устройство.

На фиг.2 показано погрузоразгрузочное устройство, включающее: 9 - подъемник,
10 - вертикальную направляющую,
11 - каретку,
12 - передвижной контейнер,
13 - манипулятор,
14 - вилочный рычаг,
15 - поворотное устройство,
16 - привод вертикального перемещения, а также выделено место 11 (разрез Б-Б), (см.фиг. 4).

На фиг. 3 изображено крепление каркаса с керамической формой к монтажной плите, где:
21 - монтажная плита,
22 - каркас с керамической формой.

На фиг. 4 дана схема фиксации монтажной плиты с каркасом и приемной части механизма вертикального перемещения, где:
17 - приемная часть,
18 - горизонтальная направляющая с пазами,
19 - фиксирующие штыри,
20 - посадочные отверстия.

На фиг. 5 представлена схема транспортировки передвижного контейнера на рабочую площадку установки, состоящую из следующих основных узлов, где:
9 - подъемник,
10 - вертикальная направляющая,
11 - каретка,
12 - передвижной контейнер,
а также выделено место 1, представленное на фиг. 3.

Установка содержит вакуумную камеру 1, в которой размещены плавильно-заливочное устройство 2, механизм вертикального перемещения 3 керамических форм, печь для нагрева керамических форм 4. керамическая форма 5, кристаллизатор 6, емкость для поврежденных керамических форм и металла 7, погрузоразгрузочное устройство 8. Погрузоразгрузочное устройство 8 включает подъемник 9 на вертикальной направляющей 10 с кареткой 11, передвижной контейнер 12 для транспортировки и манипулятор 13. Манипулятор 13 включает в себя захватывающее устройство, выполненное в виде вилочного рычага 14, закрепленного на поворотном устройстве 15. Механизм вертикального перемещения формы 3 состоит из привода 16 и приемной части 17, которая в свою очередь состоит из горизонтальной направляющей с пазами 18 и фиксирующих штырей 19, на которые посадочными отверстиями 20 устанавливается монтажная плита 21, к которой прикреплен каркас 22 с керамической формой 5.

Установка работает следующим образом.

Керамическую форму 5 устанавливают в каркас 22, который крепят к монтажной плите 21 и устанавливают в передвижной контейнер 12. Контейнер 12 закатывают на подъемник 9 и по вертикальной направляющей 10 поднимают его на третий уровень рабочей площадки установки. Манипулятор 13 на каретке 11 подкатываеется к монтажной плите 21, и вилочный рычаг 14 манипулятора 13 заводится под нее. Съем монтажной плиты с каркасом осуществляется за счет перемещения платформы подъемника 9 вниз. Далее манипулятор перемещается от вертикальной направляющей 10 к вакуумной камере 1. Каркас 22 с керамической формой разворачивается на вилочном рычаге 14 манипулятора 13 на 180^o и заводится в камеру так, что монтажная плита 21 с каркасом 22 входит в горизонтальный паз направляющей 18 приемной части 17 механизма вертикального перемещения 3. Перемещением вверх механизм вертикального перемещения 3 снимает монтажную плиту 21 с вилочного рычага 14 и фиксирующие штыри 19 входят в посадочные отверстия 20 монтажной плиты 21. Таким образом каркас с формой плотно соединяется с приемной частью механизма вертикального перемещения, и это плотное соединение надежно обеспечивает необходимое положение заливаемой металлом форме на всем протяжении технологического цикла. После установки каркаса с формой на место подключают необходимые термопарные вводы, в камере создается вакуум, и форма опускается в печь нагрева формы, где и нагревается до рабочей температуры. В плавильно-заливочном устройстве 2 расплавляют необходимое количество жаропрочного сплава и производят заливку формы 5. Во время заливки металла емкость для поврежденных керамических форм и металла 7 выдвигается из своей ниши под печь для нагрева керамических форм 4, при этом кристаллизатор 6 опущен вниз. После определенной выдержки керамической формы в печи, убедившись в ее целостности, емкость для поврежденных керамических форм и металла 7 убирается, кристаллизатор 6 поднимается под печь для нагрева керамических форм; начинается процесс направленной кристаллизации. После того, как керамическая форма 5 полностью перейдет из зоны нагрева в зону охлаждения, отключается печь для нагрева керамических форм, и керамическая форма быстро выводится вверх, в зону выгрузки. Выгрузка залитой формы производится в обратном процессу загрузки порядке.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет получать качественные крупногабаритные > 300 мм (преимущественно 600-800 мм) отливки стационарных газотурбинных энергетических установок с заданной структурой.

Преимуществом предлагаемой конструкции является также снижение вероятности разрушения дорогостоящих керамических литейных форм, что значительно уменьшает стоимость готовых изделий.

Формула изобретения

1. Установка для изготовления отливок направленной кристаллизацией, содержащая вакуумную камеру с размещенными в ней плавильно-заливочным устройством, механизмом вертикального перемещения керамических форм, печью для нагрева керамических форм, емкостью для поврежденных форм и металла и кристаллизатором, и погрузоразгрузочное устройство, отличающаяся тем, что погрузоразгрузочное устройство содержит подъемник в виде вертикальной направляющей с кареткой, манипулятор, имеющий возможность вращательно-поступательного движения, монтажную плиту с закрепленным на ней каркасом для установки керамической формы, передвижной контейнер для транспортировки каркаса с керамической формой, а механизм вертикального перемещения керамических форм содержит привод и приемную часть, выполненную в виде горизонтальных направляющих с пазами и фиксирующими штырями для крепления монтажной плиты.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что манипулятор имеет видочный рычаг, закрепленный на поворотном устройстве, обеспечивающем вращение рычага на 180^o вокруг вертикальной оси.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что монтажная плита выполнена совпадающей по размерам с пазами приемной части механизма вертикального перемещения керамических форм и в ней выполнены посадочные отверстия для фиксирования на штырях приемной части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5