СПОСОБ РЕЗКИ БЛОКА ГУБЧАТОГО ТИТАНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
PROCEDURE OF CUTTING BLOCK OF SPONGY TITANIUM AND FACILITY FOR IMPLEMENTATION OF THIS PROCEDURE

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам и устройствам резки блока губчатого титана, который получают магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана.
Известны способ и устройство для резки титанового блока (пат. РФ №2167760, опубл. 27.09.2000 г.). Способ резки блока заключается в установке на стол титанового блока, подачу давления в гидроцилиндры, подсоединение зажима к блоку, перемещение ползуна вместе с зажатым блоком к неподвижно установленному ножу, направление блока на нож и снятие стружки по всей ширине блока за один проход.
Устройство для резки блока губчатого титана включает станину с направляющими, приемный стол для титанового блока, установленный на станине, режущий инструмент, основной рабочий гидроцилиндр и зажимы, расположенные против друг друга с возможностью взаимного сближения на механизме совместного перемещения зажимов с титановым блоком, при этом один из зажимов связан с гидроцилиндром его перемещения, режущий инструмент установлен неподвижно на станине, а механизм совместного перемещения зажимов с титановым блоком выполнен в виде ползуна, связанного с основным рабочим гидроцилиндром и установленного на направляющих станины с возможностью перемещения относительно режущего инструмента и обеспечения контакта титанового блока с режущим инструментом по всей ширине титанового блока, при этом второй зажим смонтирован в выполненной в ползуне расточке.
Недостатком устройства является то, что при первых же рабочих ходах происходит износ режущей кромки инструмента из-за неравномерного усилия титанового блока на неподвижно установленный режущий инструмент, при этом образуется наклонная плоскость в верхней части инструмента. При последующих рабочих ходах ползун с механизмом зажима и блоком приподнимаются за счет зазоров между направляющих станины и ползуном, а при обратном ходе режущая плоскость с ползуном (несколько десятков тонн) скользит по ножу. Происходит интенсивный нагрев инструмента и блока, что сказывается на стойкости режущего инструмента и на качестве получаемого губчатого металла.
Известны способ и устройство для резки блока тугоплавкого металла (пат. РФ 2242332, опубл. 20.12.2004 г.). Способ резки блока заключается в установке на стол титанового блока, подачу давления в гидроцилиндры, подсоединение зажима к блоку, перемещение ползуна вместе с зажатым блоком к неподвижно установленному ножу, направление блока на нож и снятие стружки по всей ширине блока за один проход.
Устройство для резки блока тугоплавкого металла включает станину, на которой смонтированы приемный стол для размещения блока, режущий инструмент, установленный неподвижно по всей ширине блока и механизм перемещения зажимов с блоком, выполненный в виде ползуна с приводом от рабочего гидроцилиндра, при этом режущий инструмент выполнен составным из нескольких ножей, режущие кромки которых смещены в направлении резания блока на величину не менее толщины сходящей стружки, а передние углы соседних ножей выполнены разновеликими.
Недостатком устройства является то, что при первых же рабочих ходах происходит износ режущей кромки инструмента из-за неравномерного усилия титанового блока на неподвижно установленный режущий инструмент. При последующих рабочих ходах ползун с механизмом зажима и блоком приподнимаются за счет зазоров между направляющих станины и ползуном, а при обратном ходе режущая плоскость с ползуном (несколько десятков тонн) скользит по ножу. Происходит интенсивный нагрев инструмента и блока, что сказывается на стойкости режущего инструмента и на качестве получаемого губчатого металла.
Известны способ и устройство для резки блока губчатого металла (Патент РФ №2179506, опубл. 20.02.2002, бюл.5) по количеству общих признаков, принятые за ближайший аналог-прототип. Способ включает размещение блока на столе, предварительно установленном на заданную высоту стола, зажим блока, срез дефектного слоя по всей ширине блока перемещением его горизонтально с направлением на режущий инструмент, установку новой высоты среза после среза дефектного слоя и резку оставшейся части блока послойно, при этом срез дефектного слоя осуществляют при пониженной скорости резки в пределах 15-30 мм/сек, а оставшуюся часть - при повышенной скорости в пределах 45-60 мм/сек.
Устройство для резки блока тугоплавкого металла включает станину, режущий инструмент, стол, предназначенный для размещения блока тугоплавкого металла и установленный с возможностью горизонтального перемещения, устройство вертикального перемещения стола, силовую раму с ползуном, зажимом, упором и приводом перемещения силовой рамы, при этом силовая рама установлена с возможностью горизонтального перемещения с зажатым блоком тугоплавкого металла, а режущий инструмент выполнен в виде клинового ножа и жестко закреплен на станине параллельно горизонтальной поверхности стола.
Недостатками указанных способа и устройства для резки блока тугоплавкого металла являются:
- высокая энергоемкость и ограниченная скорость, требующаяся для перемещения силовой рамы с зажатым блоком,
- недостаточная стойкость режущего инструмента в результате его перегрева при обратном ходе силовой рамы с блоком, при этом происходит частичное окисление срезаемой поверхности блока,
- сложные и труднодоступные механизмы горизонтального и вертикального перемещения стола.
Технический результат направлен на повышение производительности способа и устройства для резки блока губчатого титана за счет повышения скорости резки блока, снижения времени монтажа и демонтажа режущего инструмента, на повышение срока службы режущего инструмента, что позволит снизить простои на его замену и также повысить производительность, на упрощение конструкции устройства. Кроме того, данное устройство позволяет производить повторное измельчение кусков губчатого титана, что приводит к исключению дополнительного оборудования для резки кусков блока губчатого титана. За счет исключения перегрева губчатого титана в процессе резки блока значительно улучшится его качество.
Технический результат достигается тем, что в известном способе резки блока губчатого титана, включающем размещение блока на столе, зажим блока, срез режущим инструментом дефектного слоя по всей ширине блока и послойную резку с разными скоростями, новым является то, что блок размещают осью параллельно опорной поверхности стола, перемещают блок с помощью манипулятора в горизонтальном положении по опорной поверхности стола до выдвижения части блока за стол и до соприкосновения с подвижным упором, отделяют режущим инструментом с выдвинутой части блока дефектный слой, затем режущий инструмент поднимают вертикально над блоком, вновь манипулятором перемещают блок в горизонтальном положении до подвижного упора и проводят дискретно послойную резку блока.
Кроме того, куски губчатого титана после первичной резки загружают на стол с боковыми стенками и подвергают дополнительному измельчению.
Кроме того, дефектный слой с блока срезают со скоростью подачи режущего инструмента до 20 мм/сек.
Кроме того, послойную резку блока проводят со скоростью подачи режущего инструмента 20-80 мм/сек.
Для осуществления способа предложено устройство для резки блока губчатого титана, включающее станину, режущий инструмент, стол, предназначенный для установки блока, силовую раму, служащую для зажима блока, с гидроцилиндром и с ползуном, новым является то, что оно содержит размещенный на столе манипулятор с захватом для горизонтального перемещения блока по столу с приводом от гидроцилиндра, подвижный упор, прикрепленный к силовой раме и выполненный с возможностью его перемещения к плоскости резания, при этом стол с одной стороны жестко прикреплен к станине, его опорная поверхность совмещена с рабочей поверхностью станины и снабжена боковыми стенками, между которыми установлен блок, ползун прикреплен к силовой раме с возможностью вертикального перемещения совместно с режущим инструментом.
Кроме того, шаг дискретного перемещения манипулятора равен 30-40 мм, а шаг дискретного перемещения манипулятора при резке верха блока равен 50-60 мм.
Кроме того, на станине выполнены выемка и лоток для сбора измельченного губчатого титана.
Кроме того, на станине выполнены выемка и кромка, расположенная со стороны выемки.
Кроме того, высота боковых стенок неподвижного стола равна 0,9-1,2 расстояния до оси блока губчатого титана.
Предложенный способ резки блока губчатого титана за счет новой последовательности действий: установка блока осью, параллельно опорной поверхности стола, перемещение блока манипулятором в горизонтальном положении на столе до выдвижения части блока за стол, срезка с выдвинутой части блока дефектного слоя режущим инструментом, подъем режущего инструмента вертикально над блоком, вновь дискретное перемещение блока в горизонтальном положении манипулятором до упора и дискретная послойная резка блока - позволяет увеличить производительность способа и устройства за счет увеличения скоростей перемещения инструмента как при рабочем ходе, так и холостом ходе (масса подвижных частей многократно меньше), увеличить срок службы режущего инструмента за счет исключения трения между блоком и инструментом при обратном его ходе, уменьшить время на монтаж и демонтаж режущего инструмента, производить резку кусков после первичной резки блока. Для осуществления способа предложена новая совокупность конструктивных элементов устройства для резки блока губчатого титана:
- стол, выполненный неподвижным и снабженный боковыми стенками, между которыми установлен блок, позволяет ориентировать блок относительно режущего инструмента (в плане ось блока перпендикулярна плоскости резания). Особенно это необходимо при срезке дефектного слоя,
- размещенный на столе манипулятор с захватом для горизонтального перемещения блока по столу позволяет ориентировать блок относительно режущего инструмента (ось блока горизонтальна поверхности стола) и выполнять функции толкателя,
- упор, прикрепленный к силовой раме и обеспечивающий заданную величину срезаемого слоя, позволяет вести резку кусков после первичной резки блока,
- режущий инструмент, жестко прикрепленный к ползуну перпендикулярно горизонтальной поверхности стола и выполненный с возможностью вертикального перемещения в плоскости силовой рамы, позволяет исключить нагрузку на режущий инструмент при его обратном ходе, тем самым уменьшить износ инструмента и повысить срок его службы.
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку заявленные способ резки блока губчатого титана и устройство для его осуществления образуют единый изобретательский замысел. Действительно, осуществление способа резки блока губчатого титана возможно только при наличии специального устройства для резки блока губчатого титана.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе резки блока губчатого титана и устройстве для его осуществления, изложенных в пунктах формулы изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна"
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства и способа его монтажа. В результате поиска не было обнаружено новых источников и заявленные объекты не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень"
На фиг.1-4 показано устройство для резки блока губчатого титана, причем
на фиг.1 изображен общий вид устройства, момент начала реза,
на фиг.2 - вид сверху на устройство,
на фиг.3 - вид на рабочую поверхность станины,
на фиг.4 - разрез по столу.
Устройство включает станину 1 с рабочей поверхностью 2, режущий инструмент 3, стол 4, предназначенный для установки блока 5 губчатого титана, жестко прикрепленный к станине, силовую раму 6, выполненную с возможностью вертикального перемещения в ней ползуна 7 от гидроцилиндров 8 и зажима 9 блока губчатого титана с приводом перемещения 10, манипулятор 11 с захватом 12 для горизонтального перемещения блока по опорной поверхности стола с приводом от гидроцилиндра 13, подвижный упор 14, прикрепленный к силовой раме и обеспечивающий заданную величину срезаемого слоя, при этом стол выполнен неподвижным, опорная поверхность 15 стола совмещена с рабочей поверхностью станины. Стол снабжен боковыми стенками 16, между которыми установлен блок. Режущий инструмент жестко прикреплен к ползуну. Режущая кромка инструмента перемещается в плоскости резания, которая проходит через верхнюю кромку 17 рабочей поверхности станины, расположенную со стороны выемки 18, лоток 19 и контейнер 20.
Пример осуществления способа и работы устройства для резки блока губчатого титана
Ползун 7, к которому жестко прикреплен, например болтовым соединением, режущий инструмент 3, устанавливают в крайнее верхнее положение, подвижный упор 14 устанавливают в положение заданной величины реза L (~20 мм). Блок 5 губчатого титана устанавливают на опорную поверхность 15 стола 4 с зазорами К (5-10 мм) относительно бортов 16 таким образом, чтобы ось блока была размещена параллельно опорной поверхности 15 стола 4. Гидроцилиндр 13 перемещает манипулятор 11 до соприкосновения с блоком 5, захваты 12 охватывают верхушку блока 5, фиксируя его ось. Далее блок 5 перемещают манипулятором 11 на рабочую поверхность 2 станины 1 до выдвижения части блока 5 за плоскость резания, проходящую через режущую кромку инструмента 3 и кромку 17 рабочей поверхности станины 1, расположенной со стороны выемки 18 до соприкосновения с упором 14, подают давление в гидроцилиндры 8 и ползун 7 с режущим инструментом 3 совершает рез дефектного слоя со скоростью ~20 мм/сек, при этом подвижный упор 14 убран. Режущая кромка инструмента 3 двигается к плоскости 2 станины 1 и в конце хода опускается на 5-10 мм ниже рабочей плоскости 2 станины 1, все усилие резания воспринимается рабочей поверхностью станины 1. После окончания реза ползун 7 с режущим инструментом 3 поднимают в верхнее положение. Далее настраивают подвижный упор 14 на величину срезаемого слоя 30-40 мм и осуществляют послойную резку со скоростью 40-60 мм/сек. После каждого дискретного реза манипулятором 11 продвигают блок 5 до подвижного упора 14 и осуществляют его прижим. При резке верха блока (примерно 1/3-1/4 части длины блока 5) подвижный упор 14 настраивают на величину срезаемого слоя 40-60 мм, остатки блока 5 продвигают до подвижного упора 14 без использования захватов, опускают зажим 9, убирают подвижный упор 14 и совершают резку со скоростью 80 мм/сек. В процессе резания куски продукта падают на лоток 19, расположенный в выемке 18 станины 1, а затем в контейнер 20. После первичной резки куски губчатого титана вторично загружают на стол 4 с боковыми стенками 16 и подвергают дополнительному измельчению.
Таким образом, предложенные способ и устройство для резки блока губчатого титана позволяют:
- повысить скорость резки блока и тем самым повысить его производительность,
- повысить срок службы режущего инструмента и тем самым снизить простои на его замену и повысить производительность,
- упростить конструкцию устройства.
Кроме того, данное устройство позволяет производить повторное измельчение кусков губчатого титана, что позволяет исключить использование дополнительного оборудования для резки кусков блока губчатого титана. За счет исключения перегрева губчатого титана в процессе резки блока значительно улучшается его качество.