ПЛАВИЛЬНО-ЗАЛИВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ СПЛАВОВ ТИТАНА

Полезная модель относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии и может быть использована для отливки зубных протезов из сплавов титана.
Известны плавильно-заливочные установки ( ПЗУ) для плавки и заливки сплавов титана в малых объемах { положительное решение о выдаче патента от 02.10.96 по заявке №96103566(006034); положительное решение о выдаче свидетельства на полезную модель от11.11.96 по заявке№ 96121774/20(028484)
Наиболее близкий аналог ПЗУ ( положительное решение о выдаче свидетельства на полезную модель от 11.11.96 по заявке № 96121774/20(028484) ), состоящая из плавильно-заливочной камеры, источника постоянного тока, вакуумных насосов и пульта управления. Стенка тигля выполнена из двух слоев: опорного медного толщиной 20-30 мм и гарнисного титанового толщиной 8-10 мм, причем гарниссажный слой имеет химический состав, аналогичный составу наплавляемого сплава. Электродержатель выполнен для одновременного крепления от трех до пяти электродов. Стенки корпуса плавильно-заливочной камеры выполнены пустотелыми и вакуумируемыми. Плавка металла осуществляется с использованием дугового нагрева.
Данная ПЗУ имеет ряд недостатков: не обеспечивается значительный перегрев жидкого металла; неоднородность по химическому составу слоев расплава; невозможность плавки разнокускс ой шихты, в том числе и отходов
литья. Кроме того, процесс дуговой плавки сопряжен с трудностью перемешивания ванны, высокой взрывоопасностью из-за присутствия открытого источника энергии, неоднородностью температуры по высоте в ванне с зеркалом расплава, неустойчивостью процесса нагрева.
Индукционная плавка имеет ряд несомненных преимуществ перед дуговой: надежность и устойчивость процесса нагрева , значительный перегрев жидкого металла путем выдержки расплава в тигле за счет вьюокой устойчивости тигля; интенсивное перемешивание расплавленного металла в тигле электромагнитным потоком, что позволяет получить однородный по температуре и химическому составу расплав; возможность плавки разнокусковой шихты; универсальность с точки зрения возможности плавки любых сплавов.
В промышленности используется ПЗУ ИПХТ для индукционной плавки титана и его сплавов .В состав ПЗУ ИПХТ входит плавильно-заливочная камера с тиглем объемом 50 л, преобразователь частоты ВГО-250-2,4 , вакуумные насосы. Тигель данной ПЗУ представляет из себя цельнометаллический ( медный ) каркас с вертикальными разрезами со сливом расплава через носок { Кудрявцев Ю.Н. , Кузьмин В.А. Индукционная плавка титана / Современные формы и сплавы для специальных методов литья: Межвузовский сборник научных трудов. Пермский политехн. ин-т, 1984.-132 с.).
Данная ПЗУ имеет ряд недостатков: невозможность наплавления малых порции ( 0,1-0,3кг) жидкого сплава; значительные габариты, требующие для ее установки относительно больших призводственных площадей; из-за значительных габаритов возникают трудности поворота ПЗУ для слива металла; большая энергоемкость процесса плавки (1,5-3,0 кВт ч/кг). Полезная модель направлена на решение следующих задач: уменьшение габаритов ПЗУ, возможность наплавления малых порций металла (0,1-0,3 кг), улучшение качества изготавливаемых отливок (протезов) из титана за счет оптимального прогрева расплава при использования гарниссажного тигля секционной конструкции из медных трубок. Указанные задачи достигаются за счет плавильно-заливочного устройства, содержащего плавильно-заливочную камеру, гарниссажный «холодный тигель Bt $ oxjid)i«&ae/4t/tJ HH&fiicrop для накопления титанового расплава,Х|4ентробежный стол. Новым в устройстве является то, что тигель выполнен в виде секционной конструкции из медных трубок, в которых циркулирует вода для охлаждения; имеется дополнительно устройство для дозагрузки шихты и экранирования; стенки тигля покрыты тонким слоем огнеупорного изолятора. Полезная модель изображена на схеме, где на фиг. 1 представлен общий вид ПЗУ, на фиг.2- плавильно-заливочная камера, на фиг.З- «холодный тигель. ПЗУ ( фиг.. 1 ) состоит из плавильно-заливочной камеры 1, опирающейся на роликоопору, смонтированную на станине 2, в которой расположены вакуумные насосы 3 , системы подвода тока и водоохдаждения 4, пульта управления 5, а также специального высокочастотного источника тока ( не показан ). Основной частью плавильно-заливочной камеры 1 (фиг.2) является двухслойный водоохлаждаемый корпус 6 цилиндрической формы. Корпус 6 имеет стационарную заднюю стенку с отверстием для отсоса воздуха, ниппелем для закрепления гибкого шланга, соединяющего корпус с вакуумными насосами и переднюю стенку, выполненую в виде дверцы, подвешанной к корпусу с помощью шарнира. При открытой дверце обеспечивается свободный доступ ко всем устройствам внутри корпуса дпя их обслуживания, подготовки к плавке и извлечения формы. На корпусе 6 и внутри него смонтирован плавильно-заливочный узел, состоящий из многовиткового индуктора 7 и «холодного тигля 8. Над плавильным узлом на кронштейне закреплено устройство 9, выполняющее две функции: дозагрузки шихты во время плавки из автоматически открывающегося контейнера и экранирования (для снижения потерь тепла с поверхности зеркала расплава ). На торцевой стенке корпуса расположена система подвода тока 10 к индуктору и водоохлаждения 11 тигля. Имеется вакуумное уплотнение 12 вала электропривода к электродвигателю 13 центробежного стола 14. На другом кронштейне закреплена неподвижная литниковая чаша 15.
«Холодный тигель 3 (фиг.З) состоит из секций 16, выполненых из медных трубок, расположеных вертикально для того, чтобы не создавать дополнительный электромагнитный контур. Вода для охлаждения отводится из тигля через выходную трубу 17. Верхнее дно 18 ограничивает плавильную зону тигля. Секции тигля соеденены с нижним дном 19. Охлаждающая тигель вода подведена через входную трубу 20, распределяется по секциям тигля коллектором 21, разобщенным перемычкой 22 с целью равномерного распределения воды по секциям тигля и воизбежание возникновения дополнительного электромагнитного контура вокруг тигля. Секции тигля находятся внутри индуктора 23, изготовленного из медной трубки.
Действует ПЗУ следующим образом.
Устанавливается на центробежном столе 14 готовая к заливке литейная форма. В тигель 3 закладывают шихту металла. Закрепляется литниковая
чаша 15. Дверца плавильно-заливочной камеры 1 закрывается и включаются вакуумные насосы 3. На индуктор 7 подают ток по подводу тока к индуктору с водоохлаждением 10 и начинается расплавление шихты. Расчетный период плавки равен 1,5-2 мин. Через минуту после начала плавки включается электродвигатель 13 центробежного стола 14. После накопления металлического расплава корпус 6 поворачивается для слива расплава в литейную форму. Происходит запивка литейной формы металлическим расплавом.
После затвердевания и охлаждения отливок до температуры 300-350 градусов по Цельсию (20-30 мин) в плавильно-заливочной камере 1 восстанавливается атмосферное давление и дверца корпуса открывается. С центробежного стола 14 снимается литейная форма, которая поступает на выбивку отливок и их обработку. Полный цикл «плавки-заливки-охлаждения металла не превышает один час. Отличиями ПЗУ являются: -гарниссажный тигель секционной конструкции;
-секции тигля выполнены из медных водоохлаждаемых трубок, расположенных вертикально с зазорами, через которые электромагнитные волны проникают в плавильную зону тигля (зазоры равны толщине трубки), что снижает в 2 раза энергоемкость плавки в сравнении с цельнометаллическим тиглем с прорезями;
-имеется устройство для дозагрузки шихты во время плавки и экранирования потерь тепла с поверхности зеркала расплава, что также существенно снижает энергоемкость плавки; -стенки тигля покрыты тонким слоем огнеупорного изолятора (оксида
алюминия) , напыленного плазменным методом тощиной 0,5-1,0 мм , что обеспечивает одинаковую напряженность электромагнитного поля по всей поверхности садки, то есть более равномерный прогрев металла;
-малые габариты установки (138О80О1840 мм), что позволяет эксплуатировать ее в условиях стоматологических клиник; -возможность плавки малых порции (0,1- 0,3 кг) титановых сплавов; -возможность плавки других металлов и использования отходов; - простота и надежность в эксплуатации.