Спосіб виготовлення литих металевих прутків вакуумним усмоктуванням та пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до ливарного виробництва і може бути використаним для одержання литих металевих прутків діаметром менш 10мм із різних сталей, сплавів і кольорових металів методом вакуумного усмоктування. Відома литтєво-вижимна машина, що включає напівкокіль, рухливу і нерухому створи й електромеханічний привід [1]. Литтєво-вижимна машина дозволяє одержувати складні тонкостінні деталі великих габаритів. Однак, використання литтєво-вижимної машини для одержання металевих прутків економічно недоцільно. Відома також установка для лиття вакуумним усмоктуванням, що включає тигель, циліндричний вакуумний кристалізатор, вакуум-акумулятор з манометром, вакуум-насос і систему тр убопроводів з вентилями [2]. Однак, недоліком відомої установки є те, що використання її при виготовленні малих партій або одиничних прутків діаметром менш 10мм економічно недоцільно, тому що для одержання кожного розміру прутка необхідно виготовити свій вакуумний кристалізатор, затративши на це значні засоби. Відомий спосіб одержання литих заготовок, у тому числі круглого поперечного переріза, що включає розплавлювання металу, заповнення металом виливниці, кристалізацію його і наступний витяг заготовки з виливниці [3]. Однак цей спосіб не здійснимо при одержанні прутків малих діаметрів (менш 10мм). Відомий також спосіб одержання литих заготовок з використанням методу вакуумного усмоктування, що включає розплавлювання металу, занурення частини циліндричного кристалізатора в рідкий метал, створення в кристалізаторі розрідження, заповнення його металом, кристалізацію металу і наступне видалення заготовки з кристалізатора [2]. Недоліком відомого способу є те, що при виготовленні малих партій або одиничних прутків діаметром від 5 до 10мм він економічно недоцільний, тому що відрізняється великими витратами на оснащення, а, отже, великими питомими витратами при виробництві прутків. В основу винаходу поставлена задача, шляхом використання недорогих разових кристалізаторів і нового способу виготовлення, істотно зменшити витрати на оснащення при виготовленні одиничних або малих партій прутків і за рахунок цього зменшити питомі витрати на виробництво прутків діаметром менш 10мм. Поставлена задача досягається тим, що в пристрої для лиття вакуумним усмоктуванням, що включає тигель, циліндричний вакуумний кристалізатор, вакуум-акумулятор з манометром, вакуум-насос і систему трубопроводів з вентилями, новим є те, що в якості вакуумного кристалізатора використовують кварцову тр убку з діаметром отвору 5-10мм, при цьому трубка закріплена в шта тиві так, що один її кінець розташовується в тиглі, а інший кінець трубки за допомогою гнучкого вакуумного шланга з’єднаний з вакуум-акумулятором. Поставлена задача досягається також тим, що в способі виготовлення литих металевих прутків, що включає розплавлювання металу, занурення частини циліндричного кристалізатора в рідкий метал, створення в кристалізаторі розрідження, заповнення його металом, кристалізацію металу, витяг заготовки з кристалізатора і відрізання дефектних кінцевих ділянок заготовки, новим є те, що витяг заготовки з кристалізатора здійснюють його розбиванням. На фіг.1 представлена схема лиття металевих заготовок усмоктуванням за допомогою нового пристрою. Патентуємий пристрій для лиття усмоктуванням складається з кварцової трубки 1, використовуваної в якості вакуумного кристалізатора, тигля 2 (фіг.1). Кварцова трубка 1 закріплена в штативі 5, одним кінцем занурена в рідкий метал, що знаходиться в тиглі 2, а іншим кінцем, за допомогою гнучкого вакуумного шланга 6 з'єднана з вакуум-акумулятором 4. Вентиль 3 відкриває або закриває вакуумний шланг 6, з'єднаний з вакуум-акумулятором 4. За допомогою трубопроводу 7 вакуум-акумулятор 4 з'єднаний з вакуум-насосом 8. Патентуємий спосіб виготовлення литих металевих прутків здійснюють таким чином. Трубку 1 із кварцу з діаметром отвору 5-10мм занурюють на невелику глибину в рідкий метал, що знаходиться в тиглі 2, і відкриттям вентиля 3 з'єднують її з вакуум-акумулятором 4 (фіг.1). Повітря з вакуумакумулятора 4 увесь час відкачується вакуум-насосом 8. Тому повітря з трубки 1 швидко переміщається в акумулятор 4. У трубці 1 створюється розрідження, і вона заповнюється металом. Метал у кварцовій трубці 1 не повинний підніматися вище визначеного рівня усмоктування щоб уникнути влучення його в шланг, що з'єднує кварцову трубку 1 з вакуум-акумулятором 4. Трубка 1 утримується за допомогою штатива 5. Після заповнення трубки 1 металом її виймають з розплаву, відводять убік від тигля 2 і витримують нетривалий час до повної кристалізації металу. Потім перекривають вентиль 3 і від'єднують трубку 1 від шланга, по якому відкачувалося повітря. Для витягу готового литого прутка кварцову тр убку 1 розбивають. За рахунок високої температури плавлення кварцу таким способом можна одержувати литі прутки з різних сталей, сплавів і кольорових металів. Найбільше раціонально використовувати пропонований спосіб для одержання невеликих партій прутків діаметром від 5 до 10мм. Для цього використовують кварцові трубки з діаметром отвору від 5 до 10мм. Виготовляти в якості кристалізатора кварцові трубки з діаметром отвору менш 5 мм практично неможливо, тому що метал майже миттєво остигає, потрапляючи в трубку, і прутки виходять короткими. Кварцові трубки діаметром більш 10мм використовувати також важко, тому що зі збільшенням діаметра трубки утвориться значний градієнт температур по перетині усмоктуваного металу. Метал, що контактує з поверхнею трубки, швидко кристалізується, а в осьовій зоні, у цей же час, метал ще знаходиться в рідкій фазі. За рахунок цього метал з осьової зони починає усмоктува тися швидше, ніж з периферійної зони, що приводить до утворення зазору між зонами металу і процес усмоктування зупиняється. Приклад. Виготовили пристрій для лиття вакуумним усмоктуванням відповідно до формули винаходу. Виплавили сплав НХС (Si-1,5-2,0%; Cr-22-25%; Mo-10-12%; Ni-62-64%; Fe~0,5%; Al~0,5%). Перед початком лиття вакуумним усмоктуванням температура металу складала 1560°С. Один кінець кварцової трубки довжиною 1200мм із діаметром отвору 7,8мм занурили в розплав, а інший її кінець з'єднали шлангом з вакуумакумулятором. Робочий вакуум у вакуум-акумуляторі складав 10-4 мм рт.ст. Відкрили вентиль, що з'єднує вакуум-акумулятор із кварцовою трубкою і за рахунок вакуумного усмоктування заповнили трубку на довжину 1050мм. Після чого вентиль закрили, а трубку з металом витягли з розплаву. На повітрі трубку з металом витримали 10хв., після чого її розбили, витягли пруток діаметром 7,8мм і відрізали кінці прутка. Довжина готового прутка склала 1000мм. Таким способом виготовили 5 прутків зі сплаву Н ХС. Для порівняння одержали в пристрої, прийнятому як прототип і по способі-прототипі 5 прутків зі сплаву НХС, попередньо виготовивши спеціальний кристалізатор для прутків діаметром 7,8мм. Розрахунки показали, що витрати на виробництво 1 кг прутків діаметром 7,8мм зі сплаву НХС у патентуемому пристрої по патентуемому способі менше на 60% у порівнянні з витратами при виготовленні по способі-прототипі. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1. Специальные виды литья. Небогатов Ю.Е., Тамаровский В.И. М., "Машиностроение", 1965, с.152-153. 2. Специальные виды литья. Небогатов Ю.Е., Тамаровский В.И. М., "Машиностроение", 1965, с.153-155. 3. Общая металлургия. Изд. 3-е. Севрюков Н.Н., Кузьмин Б.А., Челищев Е.В. М., "Металлургия", 1976, с.558559.