RU76264U1 - DEVICE FOR MANUFACTURE OF Billets of hollow parts with bends, mainly tees - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию литейного производства, и предназначена для центробежного электрошлакового литья крупногабаритных деталей трубопроводной арматуры, в частности тройников для соединения участков труб. Устройство для изготовления заготовок полых деталей с отводами, преимущественно тройников, содержит смонтированную на планшайбе центробежной машины форму с вертикальной осью вращения, содержащую сообщенные между собой основную формообразующую полость и полость, формирующую отвод. Форма смонтирована так, что ее основная формообразующая полость ориентирована вертикально, причем через нее проходит ось вращения. На рабочей стенке основной полости напротив полости, формирующей отвод, выполнено углубление, размеры и форма которого рассчитаны из условия размещения центра масс получаемой отливки на оси вращения. 3 з.п. ф-лы, 8 илл.The utility model relates to foundry equipment, and is intended for centrifugal electroslag casting of large-sized parts of pipe fittings, in particular tees for connecting pipe sections. A device for the manufacture of blanks of hollow parts with bends, mainly tees, contains a mold mounted on the faceplate of a centrifugal machine with a vertical axis of rotation, containing a main forming cavity and a cavity forming a branch that are interconnected. The mold is mounted so that its main forming cavity is oriented vertically, and the axis of rotation passes through it. On the working wall of the main cavity opposite the cavity forming the outlet, a recess is made, the dimensions and shape of which are calculated from the condition of placing the center of mass of the obtained casting on the axis of rotation. 3 s.p. f-ly, 8 ill.

Description

Полезная модель относится к оборудованию литейного производства, и предназначена для центробежного электрошлакового литья крупногабаритных деталей трубопроводной арматуры, в частности тройников для соединения участков труб.The utility model relates to foundry equipment, and is intended for centrifugal electroslag casting of large-sized parts of pipe fittings, in particular tees for connecting pipe sections.

Уровень техникиState of the art

Известна литейная форма для центробежного литья фланцев (см. книгу Янишевская А.Г., Жеребцов С.Н. Электрошлаковое литье: Монография. М.: Изд-во «Машиностроение-1», 2006 г, стр.80, рис.3.6) с вертикальной осью вращения, устанавливаемая на планшайбе центробежной машины и содержащая донышко, верхнее и нижнее кольца, формирующие тело фланца, крышку и прижимную плиту, соединенные между собой посредством шпилек, клиньев и других крепежных элементов. Достоинством формы является возможность получения заготовки с центральным отверстием, близкой по форме и размерам готовому изделию, т.е. практически не требующей дальнейшей механической обработки. Однако фланец является фасонной, но симметричной относительно оси вращения деталью, что не вызывает затруднений, связанных с уравновешиванием литейной формы.A well-known casting mold for centrifugal casting of flanges (see the book Yanishevskaya AG, Zherebtsov SN Electroslag casting: Monograph. M: Publishing House "Engineering-1", 2006, p. 80, Fig. 3.6) with a vertical axis of rotation, mounted on the faceplate of the centrifugal machine and containing a bottom, upper and lower rings forming the body of the flange, a cover and a pressure plate connected to each other by means of studs, wedges and other fasteners. The advantage of the form is the possibility of obtaining a workpiece with a central hole close in shape and size to the finished product, i.e. virtually no further machining. However, the flange is shaped, but symmetrical about the axis of rotation of the part, which does not cause difficulties associated with balancing the mold.

Известно устройство для центробежного литья несбалансированных заготовок (см. авторское свидетельство на изобретение №517390, МПК: В22D 13/04, опубл. 15.06.76 г.), содержащее закрепленную на планшайбе центробежной машины металлическую форму, через которую проходит вертикальная ось вращения, и размещенные вне формы осенесимметричные грузы. Дебаланс, возникающий при заливке металла в форму из-за наличия в последней с одной стороны полости, компенсируется за счет перемещения (удаления) грузов от оси по мере вращения формы. Известное устройство позволяет отливать широкую номенклатуру подобных изделий, однако размещение грузов с внешней стороны формы усложняет устройство, и при этом не безопасно.A device is known for centrifugal casting of unbalanced workpieces (see copyright certificate for the invention No. 517390, IPC: B22D 13/04, published June 15, 1976) containing a metal mold fixed to the centrifugal plate of the machine through which the vertical axis of rotation passes, and asymmetric loads placed outside the mold. The imbalance that occurs when pouring metal into the mold due to the presence of a cavity in the latter on one side is compensated by the movement (removal) of loads from the axis as the mold rotates. The known device allows casting a wide range of similar products, however, the placement of goods from the outside of the form complicates the device, and it is not safe.

Известна форма для центробежного литья (см. патент на изобретение №419013, МПК: В22D 13/10, опубл. 05.03.74 г.), предназначенная для получения отливок в виде несимметричных тел, в которой устранение биения и уравновешивание массы отливки относительно оси вращения формы осуществляют за счет выполнения в футеровочном A known form for centrifugal casting (see patent for invention No. 419013, IPC: B22D 13/10, published 05.03.74), designed to produce castings in the form of asymmetric bodies, in which the elimination of runout and balancing the mass of the casting relative to the axis of rotation the forms are carried out by performing in the lining

слое формы полостей, соединенных с полостью формы литниковыми каналами. Однако при центробежном электрошлаковом литье футеровочный слой отсутствует.a layer of the shape of the cavities connected to the cavity of the form by the sprue channels. However, in centrifugal electroslag casting, the lining layer is absent.

В качестве ближайшего аналога для заявляемого устройства принято устройство для изготовления заготовок тройников методом ЦЭШЛ, (см. справочник В.А.Ефимов, Специальные способы литья./ М.: Машиностроение, 1991 г, стр.413, рис.23). Устройство включает закрепленную на планшайбе центробежной машины литейную форму с вертикальной осью вращения, содержащую сообщенные между собой основную формообразующую полость и полость, формирующую отвод. В верхней части формы расположено заливочное отверстие, выполненное соосно оси вращения формы. Проблему уравновешивания формы решают за счет ее вращения относительно продольной оси (оси симметрии) полости, формирующей отвод. В этом случае основная формообразующая полость расположена перпендикулярно оси вращения и симметрично относительно упомянутой оси, за счет чего соблюдается равновесие.As the closest analogue for the inventive device, a device for the manufacture of tee blanks by the CESH method was adopted (see the reference book of V.A. Efimov, Special casting methods. / M: Engineering, 1991, p. 413, Fig. 23). The device includes a casting mold mounted on the faceplate of a centrifugal machine with a vertical axis of rotation, containing the main forming cavity and the cavity forming the outlet, interconnected. In the upper part of the mold there is a filling hole made coaxially with the axis of rotation of the mold. The problem of balancing the form is solved due to its rotation relative to the longitudinal axis (axis of symmetry) of the cavity forming the branch. In this case, the main forming cavity is located perpendicular to the axis of rotation and symmetrically with respect to the axis, due to which equilibrium is maintained.

Недостатком устройства является невозможность получения в такой форме заготовки с проходным отверстием. Чтобы получить проходное отверстие, заготовка подлежит дополнительной обработке, при этом значительное количество металла идет в отходы. Решение проблемы экономного расходования металла особенно значимо в случае производства крупногабаритных заготовок, с диаметром проходного отверстия 200-500 мм и более.The disadvantage of this device is the inability to obtain in this form a workpiece with a through hole. To get a through hole, the workpiece is subject to additional processing, while a significant amount of metal goes to waste. The solution to the problem of economical metal consumption is especially significant in the case of the production of large-sized workpieces, with a bore diameter of 200-500 mm or more.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей заявляемой полезной модели является решение проблемы экономичного использования металла при изготовлении методом ЦЭШЛ заготовок полых деталей с отводами, преимущественно тройников, большого диаметра, за счет формирования основной проходной полости одновременно с литьем заготовки.The objective of the claimed utility model is to solve the problem of the economical use of metal in the manufacture of blanks of hollow parts with bends, mainly tees, of large diameter by the CESH method, by forming the main passage cavity simultaneously with casting the workpiece.

Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для изготовления заготовок полых деталей с отводами, преимущественно тройников, содержащем закрепленную на планшайбе центробежной машины форму с вертикальной осью вращения, содержащую сообщенные между собой основную формообразующую полость и полость, формирующую отвод, согласно заявляемой полезной модели, форма смонтирована так, что ее основная формообразующая полость ориентирована вертикально, причем вертикальная ось вращения проходит через нее, при этом на рабочей стенке основной формообразующей полости, на участке напротив полости, формирующей отвод, выполнено углубление, размеры и форма которого рассчитаны из условия размещения центра масс получаемой отливки на оси вращения.The problem is solved due to the fact that in the device for the manufacture of preforms of hollow parts with bends, mainly tees, containing a mold with a vertical axis of rotation fixed on the faceplate of a centrifugal machine, containing a main forming cavity and a cavity forming a branch according to the claimed utility model , the form is mounted so that its main forming cavity is oriented vertically, and the vertical axis of rotation passes through it, while on the working wall of the new forming cavity, in the area opposite the cavity forming the branch, a recess is made, the dimensions and shape of which are calculated from the condition of placing the center of mass of the obtained casting on the axis of rotation.

Под «основной формообразующей полостью» принята полость формы, формирующая часть заготовки, содержащую проходное отверстие, т.е. часть, соответствующую трубной заготовке.Under the "main forming cavity", a mold cavity is adopted, forming a part of the workpiece containing a passage hole, i.e. the part corresponding to the pipe billet.

Вышеприведенная совокупность существенных признаков позволяет получить новый положительный технический результат, а именно: получить заготовку, близкую к размерам готового изделия, с практически сформированными проходными отверстиями, требующими лишь незначительной доработки, что позволяет значительно сократить расход металла и свести до минимума механическую обработку. Это способствует уменьшению трудоемкости и снижению себестоимости деталей.The above set of essential features allows you to get a new positive technical result, namely: to get a workpiece close to the size of the finished product, with practically formed passage holes that require only minor refinement, which can significantly reduce metal consumption and minimize mechanical processing. This helps to reduce the complexity and cost of parts.

Установка формы с вертикальной ориентацией основной полости вдоль оси вращения, проходящей через эту полость, позволяет сразу при литье сформировать проходное отверстие, что особенно важно в случае изготовления крупногабаритной детали с проходным отверстием большого диаметра. Однако наличие боковой полости, формирующей отвод, вызывает при заливке расплава дисбаланс формы, который устраняется в заявляемом устройстве за счет углубления на рабочей стенке основной формообразующей полости, на ее участке напротив полости, формирующей отвод, размеры и форму которого рассчитывают, исходя из условия размещения центра масс получаемой отливки на оси вращения. Масса расплава, заполняющего это углубление, уравновешивает массу расплава, формирующего отвод. Объем углубления равен объему расплава, формирующего отвод.Setting the mold with the vertical orientation of the main cavity along the axis of rotation passing through this cavity allows you to immediately form a bore during casting, which is especially important in the case of manufacturing a large part with a large bore. However, the presence of a lateral cavity forming an outlet causes a shape imbalance when pouring the melt, which is eliminated in the inventive device by deepening on the working wall of the main forming cavity, in its section opposite the cavity forming the outlet, the dimensions and shape of which are calculated based on the conditions of center placement masses of the obtained casting on the axis of rotation. The mass of the melt filling this recess balances the mass of the melt forming the outlet. The volume of the recess is equal to the volume of the melt forming the tap.

За счет наличия углубления на рабочей поверхности формы на отливке образуется прибыльная часть (или прибыль). Предпочтительным является выполнение прибыльной части вытянутой по наружной поверхности отливки. Вытягивая прибыльную часть добиваются ее распределения на более широкую площадь поверхности отливки, выполняя углубление соответствующей формы (т.е. в виде вогнутости поверхности рабочей стенки основной формообразующей полости), при этом соблюдают выполнение условия нахождения центра масс отливки на оси вращения. В силу того, что решение предназначено для получения крупногабаритных деталей, то разница между размерами (диаметром и высотой) основной части детали и размерами отвода велика, следовательно, и прибыль, соответствующая отводу, значительно меньше размеров самой детали. При вытягивании прибыли, ее распределении по наружной поверхности отливки, происходит только некоторое утолщение стенки детали при сохранении размера ее проходного отверстия. Это позволяет не производить последующего удаления прилива с заготовки, а подвергать Due to the presence of a recess on the working surface of the mold, a profitable part (or profit) is formed on the casting. It is preferable to perform a profitable part elongated on the outer surface of the casting. By pulling the profitable part, it is distributed over a wider surface area of the casting, performing a recess of the corresponding shape (i.e., in the form of concavity of the surface of the working wall of the main forming cavity), while observing the condition for the casting center of mass on the axis of rotation. Due to the fact that the solution is intended for obtaining large-sized parts, the difference between the dimensions (diameter and height) of the main part of the part and the dimensions of the branch is large, therefore, the profit corresponding to the branch is much smaller than the dimensions of the part itself. When profit is drawn, it is distributed over the outer surface of the casting, only a certain thickening of the wall of the part occurs while maintaining the size of its passage opening. This allows not to produce subsequent removal of the tide from the workpiece, but to expose

механической обработке лишь внутреннюю поверхность, образующую проходное отверстие детали, размеры которого строго регламентируются. Незначительное же наружное утолщение стенок будет обеспечивать дополнительный запас прочности детали.machining only the inner surface forming the passage hole of the part, the dimensions of which are strictly regulated. A slight external thickening of the walls will provide an additional margin of safety for the part.

В соответствие с вышесказанным, упомянутое углубление (вогнутость) основной полости выполняют на малую глубину, но на максимально возможную площадь цилиндрической поверхности, при соблюдении условия расположения центра масс отливки на оси вращения (см. пример ниже).In accordance with the above, the aforementioned recess (concavity) of the main cavity is performed to a shallow depth, but to the maximum possible area of the cylindrical surface, subject to the condition of the location of the center of mass of the casting on the axis of rotation (see example below).

С целью облегчения извлечения отливки целесообразным является исполнение формы в виде состоящей из двух полуформ с горизонтальной плоскостью разъема.In order to facilitate the extraction of the casting, it is advisable to execute the mold in the form of two half-forms with a horizontal plane of the connector.

Целесообразным является также использование вставки для формирования отверстия отвода, размещаемой между полуформами.It is also advisable to use an insert to form a tap hole located between the half-molds.

Краткое описание чертежей Заявляемое устройство для изготовления заготовок полых деталей с отводами поясняется чертежами, гдеA brief description of the drawings The inventive device for the manufacture of blanks of hollow parts with bends is illustrated by drawings, where

На фиг.1 - схематично показан общий вид устройства;Figure 1 - schematically shows a General view of the device;

На фиг.2 - показана литейная форма в разрезе (начало процесса заливки);Figure 2 - shows the mold in the context (the beginning of the pouring process);

На фиг.3 - тройник вид сбоку в разрезе;Figure 3 is a sectional side view of a tee;

На фиг.4 - тройник вид сверху;Figure 4 - tee top view;

На фиг.5 - получаемая отливка вид сбоку в разрезе;Figure 5 - the resulting cast side view in section;

На фиг.6 - получаемая отливка вид сверху;Figure 6 - the resulting casting top view;

На фиг.7 - литейная форма в разрезе (процесс кристаллизации отливки);7 is a sectional mold (crystallization process of the casting);

На фиг.8 - показана объемная модель получаемой заготовки - два исполнения прибыльной части (а) и (б).On Fig - shows a three-dimensional model of the resulting workpiece - two versions of the profitable part (a) and (b).

Осуществление полезной модели Для осуществления заявляемого решения может быть использовано серийно выпускаемое оборудование для электрошлакового переплава и центробежного литья и специально изготовленная форма. На фиг.1 представлена схема установки для центробежного электрошлакового литья (ЦЭШЛ). Установка включает колонну 1 с электрододержателем 2, для подачи расходуемого (переплавляемого) электрода 3 в плавильную емкость (тигель) 4 и центробежную машину (ЦМ) 5. На валу 6 ЦМ 5 смонтирована планшайба 7, на которой установлена и закреплена литейная форма 8 с вертикальной осью вращения 9, установленная и выполненная согласно заявляемой полезной модели.Implementation of the utility model. For the implementation of the proposed solutions can be used commercially available equipment for electroslag remelting and centrifugal casting and a specially made form. Figure 1 presents the installation diagram for centrifugal electroslag casting (CESHL). The installation includes a column 1 with an electrode holder 2, for feeding a consumable (remelted) electrode 3 into a melting tank (crucible) 4 and a centrifugal machine (CM) 5. A faceplate 7 is mounted on the shaft 6 of the CM 5, on which the mold 8 is mounted and fixed with a vertical the axis of rotation 9, installed and made in accordance with the claimed utility model.

Форма 8 (см. фиг.2) предназначена для изготовления заготовки тройника и содержит верхнюю и нижнюю полуформы 10 и 11, образующие после сборки две сообщающиеся между собой формообразующие полости - основную формообразующую полость 12 и полость 13, формирующую отвод. Между полуформами 10 и 11 размещена вставка 14 для формирования отверстия отвода.Form 8 (see figure 2) is intended for the manufacture of a tee blank and contains the upper and lower half-molds 10 and 11, forming after assembly two interconnecting forming cavities - the main forming cavity 12 and the cavity 13 forming the branch. Between the half-molds 10 and 11, an insert 14 is placed to form an outlet opening.

Ось вращения 9 проходит через полость 12. В крышке 15 и прижимной плите 16 выполнено заливочное отверстие 17, соосное оси вращения 9. На рабочей стенке 18 основной полости 12 напротив полости 13 выполнено углубление 19.The axis of rotation 9 passes through the cavity 12. In the lid 15 and the pressure plate 16 there is a filling hole 17, coaxial to the axis of rotation 9. On the working wall 18 of the main cavity 12 opposite the cavity 13, a recess 19 is made.

Расчет и проектирование формы осуществляют на основании исходных параметров магистрали, в которой будет установлена готовая деталь (тройник), используя известные методики, формулы, коэффициенты и т.д.The calculation and design of the form is carried out on the basis of the initial parameters of the line in which the finished part (tee) will be installed using known methods, formulas, coefficients, etc.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Путем переплава под слоем шлака расходуемого электрода 3 в плавильной емкости 4 накапливают порцию жидкого металла. Жидкий металл вместе со шлаком через отверстие 17 заливают во вращающуюся предварительно нагретую литейную форму 8 (см. фиг.2). Попадая в форму, некоторая часть жидкого шлака при соприкосновении с относительно холодной формой кристаллизуется на ее внутренней поверхности, образуя шлаковый гарнисаж 23, предохраняющий отливку 21 от приваривания к форме. Остальная часть шлака 24 вытесняется металлом к оси вращения 9, т.е. на внутреннюю поверхность отливки (см. фиг.7).By remelting under a slag layer of a sacrificial electrode 3, a portion of the molten metal is accumulated in the melting tank 4. Liquid metal together with slag through the hole 17 is poured into a rotating preheated mold 8 (see figure 2). Once in the mold, some of the liquid slag in contact with the relatively cold form crystallizes on its inner surface, forming a slag skull 23, which protects the casting 21 from welding to the mold. The rest of the slag 24 is displaced by the metal to the axis of rotation 9, i.e. on the inner surface of the casting (see Fig.7).

Формообразование и кристаллизация отливки происходит под действием центробежных сил, в десятки раз превышающих силу тяжести. Имеющее место мощное гравитационное поле уплотняет металл, способствуя образованию заготовок без пор и рытвин. Вовлекаемый во вращение жидкий металл отжимается центробежными силами на периферию, при этом вдоль вертикальной оси вращения 9 в отливке 21 образуется полость 25 без использования каких-либо приспособлений - стержней, дорнов и других.The molding and crystallization of the casting occurs under the influence of centrifugal forces, tens of times greater than the force of gravity. The powerful gravitational field taking place compacts the metal, contributing to the formation of blanks without pores and potholes. The liquid metal involved in the rotation is squeezed by centrifugal forces to the periphery, while along the vertical axis of rotation 9, a cavity 25 is formed in the casting 21 without the use of any devices — rods, mandrels, and others.

По окончании процесса кристаллизации отливку 21 удаляют из литейной формы 8, очищают от шлакового гарнисажа и подвергают дальнейшей обработке.At the end of the crystallization process, the casting 21 is removed from the mold 8, cleaned from a slag skull and subjected to further processing.

Достоинством полученной заготовки является близость ее параметров к размерам готовой детали, в том числе наличие проходного отверстия и частично сформированного вставкой 14 отверстия отвода, что позволяет ее использовать практически без дальнейшей механической обработки.The advantage of the obtained workpiece is the proximity of its parameters to the dimensions of the finished part, including the presence of a through hole and partially formed by the insert 14 of the tap hole, which allows it to be used practically without further mechanical processing.

Форма углубления, а значит и вид сформированной прибыльной части может быть различным при соблюдении условия нахождения центра масс получаемой The shape of the recess, and therefore the form of the formed profitable part, can be different subject to the conditions for finding the center of mass obtained

отливки на оси вращения. На фиг.8 показаны примеры выполнения прибыльной части (прибыли) на поверхности отливки. На фиг.8а прибыль выполнена в виде выступа, а на фиг.8(б) прибыльная часть 22, равномерно распределена по наружной поверхности и образует утолщение, не влияющее на важные параметры детали, (для соединительных деталей трубопроводов это - внутренние диаметры отверстий и посадочные (стыковочные) поверхности). Вследствие чего, такую прибыль не нужно удалять с поверхности заготовки, напротив, она обеспечивает повышенную прочность детали.castings on the axis of rotation. On Fig shows examples of the execution of the profitable part (profit) on the surface of the casting. On figa the profit is made in the form of a protrusion, and on fig.8 (b) the profitable part 22 is evenly distributed on the outer surface and forms a bulge that does not affect the important parameters of the part (for the connecting parts of pipelines these are the internal diameters of the holes and landing (docking) surfaces). As a result of this, such profit does not need to be removed from the surface of the workpiece, on the contrary, it provides increased strength of the part.

Посредством заявляемого устройства было осуществлено изготовление равнопроходных и переходных (т.е. с разными диаметрами магистрали и отвода) тройников с диаметрами Dм: 219, 325, 377, 426 и 530 мм. Возможно изготовление переходных соединительных деталей трубопроводов с двумя и более отводами, несимметрично расположенными друг относительно друга.By means of the claimed device was made equal passage and transitional (i.e. with different diameters of the trunk and branch) tees with diameters Dm: 219, 325, 377, 426 and 530 mm. It is possible to manufacture transitional connecting parts of pipelines with two or more branches, asymmetrically located relative to each other.

Claims (4)

1. Устройство для изготовления заготовок полых деталей с отводами, преимущественно тройников, содержащее смонтированную на планшайбе центробежной машины форму с вертикальной осью вращения, содержащую сообщенные между собой основную формообразующую полость и полость, формирующую отвод, отличающееся тем, что форма смонтирована так, что ее основная формообразующая полость ориентирована вертикально, причем вертикальная ось вращения проходит через нее, при этом на рабочей стенке основной формообразующей полости, на участке напротив полости, формирующей отвод, выполнено углубление, размеры и форма которого рассчитаны из условия размещения центра масс получаемой отливки на оси вращения.1. A device for the manufacture of blanks of hollow parts with bends, mainly tees, containing a mold mounted on the faceplate of a centrifugal machine with a vertical axis of rotation, containing a main forming cavity and a cavity forming an outlet, characterized in that the mold is mounted so that its main the forming cavity is oriented vertically, and the vertical axis of rotation passes through it, while on the working wall of the main forming cavity, in the area opposite the strips the tee forming the tap, a recess is made, the dimensions and shape of which are calculated from the condition of the center of mass of the obtained casting on the axis of rotation. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объем углубления равен объему расплава, формирующего отвод.2. The device according to claim 1, characterized in that the volume of the recess is equal to the volume of the melt forming the tap. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форма выполнена состоящей из двух полуформ с горизонтальной плоскостью разъема.3. The device according to claim 1, characterized in that the form is made up of two half-forms with a horizontal plane of the connector. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно содержит размещаемую между полуформами вставку для формирования отверстия отвода.

4. The device according to claim 2, characterized in that it contains an insert placed between the half-molds to form a tap hole.