ИЗОСТАТ
ISOSTATIC

Изобретение относится к оборудованию для обработки материалов при комбинированном воздействии на них давления и температуры, создаваемых в системе газ-жидкость, и наиболее эффективно может быть использовано для компактирования дискретных и сплошных материалов при температуре до 100°С и давлении до 200 Мпа.
В качестве аналога может быть использован патент на изобретение №2151026 (кл. B22F 3/14, B22F 3/15 от 10.11.1999 г.) «Изостат для обработки материалов в жидкости». Недостатком аналога является то, что обрабатываемый материал помещается в заполненный водой сосуд, имеющий большую открытую площадь его верхнего торца, что при температуре превышающей 100°С и давлении ниже критического приводит к активному парообразованию, а при контакте пара с охлаждаемыми стенками контейнера и пробок - к образованию конденсата. Процесс парообразования также имеет место при температуре 100°С и выше в широком диапазоне вакууметрического давления (от 0,1 до 0,03 МПа), практически используемом в процессе откачивания рабочего газа из камеры изостата перед извлечением из нее обработанной заготовки. В обоих случаях образующийся конденсат оседает на элементах донного нагревателя и разрушает их.
Прототипом изобретения является изостат, описанный в авторском свидетельстве №1292258, кл. B22F 3/04, 3/14, F27B 14/00 от 08.04.1985 г. Изостат-прототип содержит силовую станину, закрытый с торцов пробками контейнер, закрепленный на горизонтальных балках, проходящих снаружи (по бокам) его нижнего фланца, узел загрузки-выгрузки заготовок выполнен в виде рамки, вертикально перемещающейся в направляющих, жестко связанных с силовой станиной, а опора нижней пробки выполнена в виде площадки, закрепленной в нижней части рамки и консольно выступающей в направлении перемещения станины.
Недостатком прототипа является то, что при креплении горизонтальных балок моста к боковым поверхностям нижнего фланца контейнера увеличивается расстояние между стойками силовой станины, при этом значительно возрастает ее масса. Другим недостатком прототипа является то, что по мере опускания рамки с нижней пробкой и заготовкой, установленной консольно на площадке рамки, увеличивается нагрузка на подшипники и ролики, остающиеся в контакте с рамкой. В нижнем положении пробки полная нагрузка воспринимается ограниченным числом роликов, что в случае обработки заготовок значительной массы в крупных промышленных изостатах приводит к быстрому износу и разрушению их подшипников.
Кроме того, привод перемещения рамки выполнен в виде гидроцилиндра, расположенного асимметрично к оси силовой станины, что вызывает перекос и осложнение ввода нижней пробки в контейнер.
Еще одним недостатком прототипа является отсутствие средств центрирования сосуда с заготовкой на нижней пробке, затрудняющее его загрузку в контейнер с гарантированным всесторонним между внутренней стенкой контейнера и сосудом.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение упомянутых недостатков и создание изостата более простого в обслуживании с длительным сроком действия.
Достигаемый при этом технический эффект: снижение массы изостата, уменьшение нагрузки на подшипники и ролики рамки, увеличение активной поверхности нагрева заготовки с возможностью ее центрирования, улучшение условий обслуживания и эксплуатации машины.
Выполнение поставленной задачи и получаемый при этом технический эффект обеспечиваются тем, что в предлагаемой конструкции изостата передняя и задняя плоскости нижнего фланца контейнера соединены с горизонтальными балками моста, не выходящими за габариты фланца, тем самым полностью освобожден нижний торец контейнера для обслуживания и уменьшено расстояние между стойками силовой рамы, что позволяет снизить ее массу, а силовая станина, перемещаемая по рельсам, соединена с гидроцилиндром, установленным на основании изостата. Механизм загрузки заготовки выполнен в виде замкнутой каретки, вертикально перемещаемой по направляющим рамы, использованной в качестве базового элемента этого механизма, с помощью двух симметрично расположенных гидроцилиндров и реечных передач, рейки которых размещены на каретке и силовой станине, при этом все ролики на протяжении хода каретки находятся в контакте с направляющими, а нагрузка на подшипники не меняется в процессе ее перемещения из крайнего нижнего положения в верхнее и наоборот. Конструктивные элементы каретки, взаимодействующие с нижней пробкой, выполнены в виде ножевых захватов, располагающихся с зазорами в пазах нижней пробки, обеспечивающих возможность продольно-поперечного смещения в процессе ее самоцентрирования при взаимодействии с направляющей конической поверхностью втулки контейнера. Индукционный донный нагреватель выполнен конусным или криволинейным (сферическим, параболическим или гиперболическим) с целью увеличения его активной поверхности нагрева и возможности центрирования сосуда с заготовкой относительно нижней пробки.
Изостат (фиг.1) содержит контейнер 1 с размещенными в нем и герметично уплотненными верхней 2 и нижней 3 пробками, силовую станину 4 (фиг.3) со стойками 5 и ригелями 6, скрепленными обмоткой из высокопрочной ленты 7 (фиг.2).
Контейнер 1 с помощью горизонтальных балок 8 и 9, соединенных с его нижним фланцем 10, установлен на вертикальных опорах 11 моста 12. В поперечном направлении (поперек направления перемещения рамы) балки 8 и 9 не выходят за пределы габарита прямоугольного нижнего фланца 10 контейнера.
Узел загрузки изостата выполнен в виде каретки 13 (фиг.3), перемещающейся вертикально по четырем направляющим 14 силовой станины с помощью двух гидравлических цилиндров 15 и реечных передач. В нижней части каретки расположены два ножевых захвата 17, устанавливаемые в пазах нижней пробки с горизонтальным и вертикальным зазорами 16, обеспечивающими самоцентрирование пробки при контакте ее с конусной направляющей поверхностью 25 втулки контейнера.
На переднем листе каретки закреплены две (левая и правая) рейки 18. Такие же рейки 19 закреплены на нижнем ригеле силовой станины над левым и правым гидроцилиндрами 15. Обе пары реек входят в зацепление с шестернями 20, смонтированными на концах штоков гидроцилиндров 15.
На нижней пробке смонтирована конусная подставка 21, внутри которой расположен донный индукционный нагреватель 22. Между нагревателем и нижней пробкой расположена термоизоляция 29, уменьшающая тепловой поток от нагревателя к корпусу пробки. Нагреватель защищен от разрушающего воздействия расплескивающейся жидкости и образующегося конденсата обечайкой 30, закрепленной на подставке. Использование конусных подставки и нагревателя обеспечивает центрирование заполненного водой бака 23 с заготовкой 24 на нижней пробке.
Контейнер выполнен в виде гладкой втулки 31, предварительно сжатой бандажом из высокопрочной ленты 32.
Для уменьшения поверхности испарения жидкости и возможности ее расплескивания при загрузке и выгрузке заготовки вокруг нее устанавливается внутренний колпак 27 с герметичным верхним торцем. Для сбора конденсата в нижней части камеры предусмотрен кольцевой карман 28, из которого конденсат удаляется после окончания рабочего цикла и открытия рабочей камеры.
Внутреннее пространство рабочей камеры изостата соединено с вакуумным насосом 26, создающим в ней разряжение, достаточное для удержания нижней пробки в прижатом к торцу втулки контейнера состоянии при перемещении рамы из положения загрузки заготовки на ось контейнера и обратно.
Работа изостата осуществляется следующим образом.
Рама находится в крайнем правом положении (фиг.3), каретка вместе с нижней пробкой опущены в крайнее нижнее положение (положение загрузки). На конусной подставке 21 нижней пробки устанавливается бак 23. В бак с помощью крана опускается заготовка 24, а затем внутренний колпак 27. Бак заполняется жидкостью (водой) до необходимого уровня. Затем с помощью гидроцилиндра 31, установленного на основании изостата и соединенного своим штоком с рамой, она перемещается в крайнее левое положение, при этом нижняя пробка с баком располагаются на оси контейнера. Включаются гидроцилиндры 15, перемещающие бак с заготовкой внутрь рабочей камеры изостата. При контакте нижней пробки с конической направляющей поверхностью 25 втулки контейнера она самоустанавливается благодаря зазорам 16 между ножевыми захватами 17 и пазами пробки, создавая равномерный всесторонний зазор между втулкой контейнера и баком 23. Включается вакуумный насос 26, внутри контейнера создается необходимое разряжение, при этом обе пробки втягиваются внутрь до упора их фланцев в верхний и нижний торцы втулки контейнера. Использование реечной передачи позволяет в два раза уменьшить ход гидроцилиндров. Силовая рама гидроцилиндром 31 устанавливается на оси контейнера. С помощью газового привода (компрессоров, баллонов, запорно-регулирующей аппаратуры) в рабочей камере создается необходимое давление. Осевое усилие, при этом, передается через пробки на силовую раму. Включается система нагрева и рабочая жидкость разогревается до необходимой температуры. При заданных рабочих давлении и температуре заготовки выдерживаются в течение технологически необходимого времени. Затем отключается система нагрева, и рабочая жидкость с заготовкой охлаждаются.
Далее газ из рабочей камеры сбрасывается самотеком и откачивается компрессором в баллоны. Газ, имеющий низкое остаточное давление, сбрасывается в атмосферу. Контейнер вакуумируется с помощью вакуумного насоса 26, при этом обе пробки втягиваются в контейнер до упора в торцы его втулки. Рама сдвигается в крайнее левое положение, ножевые захваты 17 каретки входят в пазы нижней пробки. С помощью гидроцилиндров 15 каретка вместе с нижней пробкой опускаются в крайнее нижнее положение, а рама перемещается в крайнее правое положение - положение загрузки. Из бака удаляется внутренний колпак и заготовка, после чего рабочий цикл может быть повторен.