Устройство для изготовления образцов с объемной координатной сеткой

 

И.Н. Потапов, A.Ã. Лунев, Э.Н. Ларин, С.A.. Козерадский, В.И. Внуков, А.А. Снегирев,. А.М. Уманский и В.А. Правиков (72) Авторы изобретения

Московский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового (71) Заявитель . КРасного Знамени .йнститут стали и сплавов (Я) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ

С ОБЪЕИНОЙ КООРДИНАТНОЙ СЕТКОЙ

Изобретение относится к исследованию напряженно-деформированного со-, стояния литого металла, методом координатной сетки в процессе высокотем» пературной обработки давлением.

Известно устройство для изготовления образцов .из порошка тугоплавких металлов, выполненное в виде пакета рамок, по наружному периметру которых нарезаны зубья, охватываемые пре10 волокой образующей объемную координатную сетку (1);

Реопогические свойства литых ме" таллов коренным образом отличны от аналогичных свойств порошковых меМл" лов. Однако известное устройство не пригодно для изготовления литых об" раэцов, так как в процессе изготовления жидкий металл не задерживается в устройстве, вытекая эа его пределы иэ отверстий, обусловленных особенностью конструкции устройства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для изготовления образцов с объемной координатной сеткой; включающее цилиндрический кристаллиэатор, съемные крышки с отверстиями, соединенные hoсредством стержней. В верхней и ниж" ней крышках устройства в определенном порядке просверлены отверстия, через которые пропускаются медные проволочки, образующие координатную сетку. 8 верхней крышке имеется отверс" тие для заливки свинца во внутреннюю полость устройства. Для центрирова" ния верхней и нижней крышек друг к другу, с целью уменьшения искажений координатной сетки в процессе йэготовления образца в устройстве преду" смотрено резьбовое соединение обеих крышек с полым цилиндром при поцци винтов (2) .

Однако с. помощью данного устройства нельзя изготовить образец для исследования процесса деформирования с неравномерным характером истечения металла по всему объему образ3 92044 ца, характерным для многих процессов обработки металлов давлением. Наличие в верхней крышке отверстия для заливки металла приводит к тому, что в известном устройстве координатная сетка расположена не по всему объему кристаллизатора, а лишь в части одного квадрата. Конструкция устройства не позволяет расположить коорди-. натную сетку по всему сечению образ- 10 ца. Известно, что в процессе самопроизвольного остывания горячего металла в кристаллизаторе, в верхней части формирующегося слитка образуется усадочная раковина, а в осевой И ,зоне рыхлость вследствие уменьшения

1объема металла при его переходе из жидкого состояния в твердое, причем, чем меньше отношение диаметра

d слитка к его длине 1, тем на боль- рв шую глубину проникают пороки. При выплавке длинных (d/1 « -0,25) слитков осевая рыхлость прони.зывает почти весь слиток, изменяя тем самым реологические свойства образца, что иска- 25 жает картину процессов, происходящих в реальном металле при его плас" тической деформации. Способ устране, ния раковин заключается в медленной заливке свинца и большой скорости зв его охлаждения, непригоден для образцов с малым отношением djl, так как повышенная .скорость охлаждения в этом случае (вследствие большой поверхности охлаждения металла и малого его объема) увеличивает глубину проникновения усадочной раковины и осевой рыхлости.

Цель изобретения - расширение диа- о пазона исследования образцов и повышение точности при изучении процессов пластического деформирования.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для изготовления образцов с объемной координатной сеткой, включающее цилиндрический кристаллизатор, съемные крышки с отверстиями, соединенные посредством стержней, снабжено съемной платформой с упругими элементами, закрепленной на стержнях, приспособлением для сифон.ной заливки, металла, а кристаллизатор выполнен в виде двух полуцилиндров с нагревательными элементами, расположенными на его наружной поверхности.

На чертеже изображено устройство для изготовления образцов.

Устройство состоит из крышек 1, представляющих собой стальные пластины с выступами, форма и размер которых соответствуют форме и размеру внутренней поверхности кристаллизатора 2 так, что выступы фиксируют кристаллизатор от. перемещений. В крышках на участке размещения кристаллизатора в определенном порядке, зависящем от выбранной системы координат (прямоугольной или цилиндрической) просверлены отверстия так, что пропущенная через них проволока 3 образует объемную координатную сетку, пронизывающую весь объем кристаллизатора 2. В крышках имеются отверстия, через которые устанавливаются центрирующие стержни 4. Кристаллизатор 2 состоит из двух полуцилиндров, которые состыковываются и скрепляются при помощи хомутов.

Применение кристаллизатора такой конструкции обусловлено необходимостью установки его в устройство после того, как будет натянута проволока, образующая координатную сетку, а так же облегчает процесс извлечения .гото" вого образца из устройства.

В одном из полуцилиндров, в его нижней части имеетсяаотверстие 5 с отводным патрубком 6, на конечной части которого нарезана резьба для соединения патрубка с трубчатым коленом 7 при помощи резьбового соединения. Отверстие 5 необходимо для заливки металла во внутреннюю полость кристаллизатора. Стержни 4 предназначены для установки верхней и нижней крышки 1 кристаллизатора 2 и центрирования их относительно друг друга с целью устранения искажений координатной сетки, а также для крепления платформы 8 с упругими элементами 9.

Платформа 8 упругих элементов представляет собой стальную пластику, на поверхности которой прикреплены крючки 10, с которыми одним концом соединены упругие элементы 9. Упругие элементы 9 представляют собой пружины, одним концом соединенные с крючками 10 платформы 8, а другим - с со"" ответствующей парой проволоки 3, через соединяющую их проволоку 11.

Упругие элементы 9 предназначены для устранения искажения координатной сетки, появляющегося после заливки расплавленного металла вследствие теплового удлинения проволоки. Из-за неравномерного охлаждения металла

5 .9204 по всему объему кристаллизатора, ripoволочки координатной сетки удлиняются на различную величину, соответствующую температуре нагрева данного объема металла. Поэтому устранить s появляющееся искажение координатной сетки можно только путем индивидуального нагружения каждой проволочной пары. Растягиваясь, пружины нагружают проволоку координатной сетки, не давая ей изгибаться во время заливки металла. Натяжение проволоки регулируется при помощи гаек. Трубчатое ко" лено 7 предназначено для заливки ме" талла во внутреннюю полость кристал- 1э лизатора сифонным способом. На одном конце трубчатого колена имеется стакан, в который непосредственно заливается металл, на другом конце нарезана резьба для соединения колена с 26 патрубком 6. Для обеспечения определенных условий охлаждения в устройстве предусмотрено примененив для на" грева, поверхности кристаллиэатора нагревательных элементов 12, например, И в виде спиралей, укрепленных на на" ружной поверхности кристаллизатора.

Спираль питается от сети переменного тока. Нагрев спиралей и, следовательно, участков поверхности кристалли" ЗО затора регулируется при помощи авто- трансформатора. Контроль за температурой нагрева поверхности кристалли« затора осуществляется при помощи термопар. 35

Устройство работает следующим образом.

На центрирующие стержни 4 устанавливается верхняя и нижняя крышки 1, которые жестко соединяются .со 4о стержнями при помощи гаек. Во избе" жание искажений координатной сетки смещение крышек после их эакрепле" ния на стержнях не допустимы. Затем используя отожженную и протравлен- . 4З ную медную проволоку (диаметром

0,5 мм) натягивается объемная коорди" натная сетка. Диаметр проволоки для координатной сетки выбирается с учетом наименьшего влияния проволоки у» на деформационные процессы в образце, т.е, на точность результатов, а также с учетом устранения возможности обрыва натянутой проволоки во время заливки расплавленного металла в кристаллизатор.

На стержнях 4 закрепляется платформа 8 упругих элементов 9 при по41 6 мощи гаек. Упругие элементы (пружины)

9 закрепляются одним концом за крючки 10 платформы 8, растягиваются и другим концом закрепляются за проволоку 11, тем самым, нагружая проволоки 3 координатной сетки. Натяжение проволоки регулируется с помощью гаек. Две части кристаллиэатора 2 состыковываются таким образом, что ко- ординатная сетка оказывается внутри него. Плотное соединение обеих половинок в цилиндр фиксируется хомута" ми. Трубчатое колено 7 соедйняется с патрубком 6 полого цилиндра при помощи резьбового соединения, На бо- ковой поверхности кристаллизатора размещается нагревательный элемент 12, например, спираль таким образом, чтобы обеспечивался более интенсивный нагрев верхней, части кристаллиэатора. Чтобы обеспечить указанные условия нагрева, спираль размещается в верхней части кристаллизатора с меньшим шагом винтовой линии, чем в нижней. Спираль подключается к сети переменного тока. После нагрева поверхности кристаллиэатора в нижней части до температуры (1,01-1,2)T„>, где Т р- температура кристаллизации жидкого металла, и через трубчатое колено 7 заливается, металл. После кристаллизации осевой зоны формирующегося сли ка спираль отключается от сети беременного тока. Дальнейшее самопроизвольное медленное остыва" ние металла обеспечивает получение однородной структуры по всему объему образца беэ усадочной раковины в гоповной части. После остывания устройство раз(урают, образец обтачиварт до необходимых размеров.

Экономический эффект от применения устройства по сравнению с известным составляет 11 тыс. руб. в год.

Кроме того, устройство позволяет устранить недостатки в исследуемом образце.

При переходе металла из жидкого состояния в твердое в головной части слитка образуется усадочная раковина и осевая рыхпость, которые занимают значительную часть объема слитка, причем, чем меньше отношение диаметра кристаллизатора к его длине (d/1), тем больше усадочная раковина и осевая рыхлость, Устранить этот недостаток можно двумя путями. Первый путь - создание кристаллизатора с большим чем требуется для исследова920441 ния соотношением. После охлаждения металла в таком кристаллизаторе, чтобы. получить образец с малым отношением д/I, необходимо из слитка отре- . зать его головную часть с усадочной раковиной, после чего обточить его до требуемых размеров. Однако эта ведет к созданию громоздких устройств для изготовления образцов из"за больших размеров кристаллизатора, что саздает определенные. неудобства, а также к повышенному расходу металла, так как большое его количество уходит в отходы.

Второй путь - изменение условий охлаждения металла в кристаллизаторе.

Зто может осуществиться путем нагрева боковой поверхности кристаллизатора до температуры.Тн, превышающей

Т„ " температуру кристаллизации жидкого металла, причем нагрев верхней части кристаллизатора необходим более.интенсивный чем нижней. В этом

- случае металл охлаждается путем отвода теплового потока через нижнее основание кристаллизатора. Такое условие охлаждения-обеспечивает получение слитка без вышеуказанных пороков с однородной структурой по всему его объему. Таким образом, второй путь является более приемлемым чем первый, так как, во-nepwx, структура образца в этом случае отличается повышенной схожестью со структурой

I реальных металлов, что повышает точность проводимых с образцом исследований.и, во вторых, устраняет появление усадочной рыхлости, снижается расход металла и упрощается работа с устройством.

Формула изобретения

Устройство для изготовления обlo разцов с объемной координатной сеткой, включающее цилиндрический кристаллизатор, съемные крышки с отверстиями, соединенные посредством стержней, о т л и ч а ю щ е е с я тем, и что, с целью расширения диапазона исследования образцов и повышения точности при изучении процессов пластического деформирования металлов, устройство снабжено съемной платформа мой с упругими элементами, закреплен-. ной на стержнях, приспособлением для сифонной заливки металла, а кристаллизатор выполнен в виде двух полуцилиндров с нагревательными элемен2s таМи, расположенными на его наружной поверхности.

Источники информации, принятые во внимание при .экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Зе и 742747, кл. а 01 и 1/28, 1977.

2. Комнев ll.В. Повышение точности измерений усилий при ковке и штамповке. "Энергомашиностроение", 1" 2, 1970, с. 30.

920441

Составитель Л. Нечипоренко

Редактор H. Воловик Техре@ N.Tenep Корректор Н. Ввыдкаг

Заказ 2321/ 2 Тираж З Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэббретений и открытий

И)ОЯ Москва Ж-Я Ра аская наб. 6. 4Д

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4