RU2131321C1

RU2131321C1 - Apparatus for manufacture of castings by directed crystallization

Info

Publication number: RU2131321C1
Application number: RU98102460A
Authority: RU
Inventors: В.А. Николаев; В.В. Кирсанов-Белов; В.В. Герасимов; И.М. Демонис
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
Priority date: 1998-02-11
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 1999-06-10

Abstract

FIELD: foundry, in particular, directed vacuum crystallization of large-sized parts of turbines used in power engineering. SUBSTANCE: apparatus has metal melting-pouring device, mechanism for vertical displacement of ceramic molds, ceramic mold, container for damaged molds, crystallizer, and handling device. Handling device has lift mounted on vertical guide with carriage, movable container for transporting carcass with ceramic mold and manipulator mounted so as to effectuate rotational and progressive motions. Ceramic mold is mounted in carcass on mounting plate which is positioned into container. Mold is moved by lift to upper level of working platform. Manipulator removes carcass with mold from lift and turns it through 180 deg with following transfer into vacuumizer. Receptacle of mechanism for vertical displacement of mold is tightly joined with carcass to reliably retain mold in predetermined position during the whole process cycle. EFFECT: increased efficiency in producing large-sized castings, simplified construction and enhanced reliability in operation. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству, преимущественно к получению отливок направленной кристаллизацией в вакууме, в частности крупногабаритных деталей турбин энергетического назначения методом высокоградиентной направленной кристаллизации. The invention relates to foundry, mainly to the production of castings by directional crystallization in vacuum, in particular large-sized parts of energy turbines by high-gradient directional crystallization.

Известно устройство для литья деталей из металлических жаропрочных материалов, содержащее вакуумную камеру в виде вертикального цилиндра с горизонтальной крышкой, через которую осуществляются загрузка и выгрузка форм, установка термопар, загрузка жаропрочного сплава (патент США N 4175609, кл. 164-60). A device is known for casting parts from heat-resistant metal materials, containing a vacuum chamber in the form of a vertical cylinder with a horizontal cover through which molds are loaded and unloaded, thermocouples are installed, heat-resistant alloy is loaded (US patent N 4175609, CL 164-60).

Данная установка лабораторного типа обеспечивает процесс отливки в условиях плоского фронта кристаллизации лишь одной неохлаждаемой лопатки небольших размеров (L=96 мм, диагональ замка 38 мм). Недостатком известной конструкции является невозможность ее применения для изготовления крупногабаритных изделий из жаростойких сплавов. This laboratory-type installation provides a casting process under conditions of a flat crystallization front of only one small uncooled blade (L = 96 mm, lock diagonal 38 mm). A disadvantage of the known design is the impossibility of its application for the manufacture of large-sized products from heat-resistant alloys.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является установка для изготовления направленной кристаллизацией, содержащая вакуумную горизонтальную камеру, в которой размещены плавильно-заливочное устройство для выплавки и заливки металла, механизм вертикального перемещения керамических форм, печь для нагрева керамических форм до рабочей температуры, погрузоразгрузочное устройство, кристаллизатор и емкость для поврежденных форм и металла (патент РФ N 2036049 МКИ B 22 D 27/4). Closest to the technical nature of the claimed is a plant for the production of directional crystallization, containing a horizontal vacuum chamber, which houses a melting and pouring device for smelting and pouring metal, a mechanism for the vertical movement of ceramic molds, a furnace for heating ceramic molds to operating temperature, a loading and unloading device, a mold and a container for damaged molds and metal (RF patent N 2036049 MKI B 22 D 27/4).

Недостатком известной установки является невозможность изготовления крупногабаритных отливок размером > 200 мм. A disadvantage of the known installation is the inability to manufacture large castings with a size> 200 mm.

Кроме того, установка предусматривает многократную перестановку литейной формы по горизонтальным направляющим перед заливкой металла, что может привести к растрескиванию, частичному или полному разрушению формы. In addition, the installation provides for multiple rearrangement of the mold along horizontal rails before pouring metal, which can lead to cracking, partial or complete destruction of the mold.

Учитывая, что керамическая форма для изготовления крупногабаритных отливок имеет большие габариты, вес, а также высокую стоимость, необходима установка, включающая новую конструкцию погрузо-разгрузочного устройства, которая устранила бы недостатки существующих установок. Given that the ceramic mold for the manufacture of large castings has large dimensions, weight, and also high cost, an installation is needed that includes a new design of the loading and unloading device, which would eliminate the disadvantages of existing installations.

Технической задачей данного изобретения является разработка установки для изготовления качественны крупногабаритных отливок с заданной структурой при минимальных затратах. The technical task of this invention is to develop an installation for the manufacture of high-quality large-sized castings with a given structure at minimal cost.

Техническая задача достигается тем, что предложена установка для изготовления отливок направленной кристаллизацией, которая содержит вакуумную камеру, в которой размещены плавильно-заливочное устройство для выплавки и заливки металла, механизм вертикального перемещения керамических форм, печь для нагрева керамических форм, керамическая форма, кристаллизатор, погрузоразгрузочное устройство, емкость для поврежденных форм и металла. При этом погрузоразгрузочное устройство выполнено в виде вертикальной направляющей с кареткой, передвижного контейнера для транспортировки каркаса с керамической формой, закрепленной на монтажной плите, и манипулятора с вращательно-поступательным движением, а механизм вертикального перемещения формы состоит из привода с приемной частью, выполненной в виде горизонтальных направляющих с пазами и фиксирующих штырей для крепления монтажной плиты. Манипулятор включает захватывающее устройство, выполненное в виде вилочного рычага с гнездами для размещения передвижного контейнера с керамической формой, и поворотное устройство, позволяющее осуществлять вращение на 180^o вокруг вертикальной оси. Каркас с керамической формой прикреплен к монтажной плите, выполненной по размерам, совпадающим с пазами приемной части механизма вертикального перемещения и имеющей специальные посадочные отверстия, позволяющие жестко фиксировать монтажную плиту относительно посадочных штырей приемной части механизма вертикального перемещения на протяжении всего технологического цикла.The technical problem is achieved by the fact that the proposed installation for the manufacture of directional crystallization castings, which contains a vacuum chamber, which houses a melting and casting device for smelting and pouring metal, a mechanism for the vertical movement of ceramic molds, a furnace for heating ceramic molds, a ceramic mold, mold, loading device, capacity for damaged forms and metal. Moreover, the loading and unloading device is made in the form of a vertical guide with a carriage, a mobile container for transporting the frame with a ceramic mold fixed on the mounting plate, and a manipulator with rotational-translational motion, and the vertical movement mechanism of the form consists of a drive with a receiving part made in the form of horizontal guides with grooves and fixing pins for mounting the mounting plate. The manipulator includes a gripping device made in the form of a fork lever with sockets for accommodating a mobile container with a ceramic shape, and a rotary device that allows rotation through 180 ^o around a vertical axis. The frame with a ceramic shape is attached to a mounting plate made in sizes that coincide with the grooves of the receiving part of the vertical movement mechanism and having special mounting holes that allow rigidly fixing the mounting plate relative to the mounting pins of the receiving part of the vertical movement mechanism throughout the entire technological cycle.

На фиг. 1 изображен общий вид установки, состоящей из следующих основных узлов, где:
1 - вакуумная камера,
2 - плавильно-заливочное устройство,
3 - механизм вертикального перемещения,
4 - печь для нагрева керамических форм,
5 - керамическая форма,
6 - кристаллизатор,
7 - емкость для поврежденных керамических форм и металла,
8 - погрузоразгрузочное устройство.In FIG. 1 shows a General view of the installation, consisting of the following main components, where:
1 - vacuum chamber
2 - melting and casting device,
3 - vertical movement mechanism,
4 - furnace for heating ceramic molds,
5 is a ceramic form,
6 - mold
7 - capacity for damaged ceramic molds and metal,
8 - loading device.

На фиг.2 показано погрузоразгрузочное устройство, включающее:
9 - подъемник,
10 - вертикальную направляющую,
11 - каретку,
12 - передвижной контейнер,
13 - манипулятор,
14 - вилочный рычаг,
15 - поворотное устройство,
16 - привод вертикального перемещения, а также выделено место 11 (разрез Б-Б), (см.фиг. 4).Figure 2 shows a loading device, including:
9 - lift
10 - vertical guide
11 - carriage
12 - mobile container
13 - manipulator
14 - fork lever
15 - rotary device
16 - drive vertical movement, and also allocated space 11 (section BB), (see figure 4).

На фиг. 3 изображено крепление каркаса с керамической формой к монтажной плите, где:
21 - монтажная плита,
22 - каркас с керамической формой.In FIG. 3 shows the fastening of the frame with a ceramic form to the mounting plate, where:
21 - mounting plate
22 - frame with ceramic shape.

На фиг. 4 дана схема фиксации монтажной плиты с каркасом и приемной части механизма вертикального перемещения, где:
17 - приемная часть,
18 - горизонтальная направляющая с пазами,
19 - фиксирующие штыри,
20 - посадочные отверстия.In FIG. 4 is a diagram of the fixing of the mounting plate with the frame and the receiving part of the vertical movement mechanism, where:
17 - receiving part,
18 - horizontal guide with grooves,
19 - fixing pins,
20 - landing holes.

На фиг. 5 представлена схема транспортировки передвижного контейнера на рабочую площадку установки, состоящую из следующих основных узлов, где:
9 - подъемник,
10 - вертикальная направляющая,
11 - каретка,
12 - передвижной контейнер,
а также выделено место 1, представленное на фиг. 3.In FIG. 5 presents a diagram of the transportation of a mobile container to the installation site, consisting of the following main nodes, where:
9 - lift
10 - vertical guide
11 - carriage
12 - mobile container
and also the place 1 shown in FIG. 3.

Установка содержит вакуумную камеру 1, в которой размещены плавильно-заливочное устройство 2, механизм вертикального перемещения 3 керамических форм, печь для нагрева керамических форм 4. керамическая форма 5, кристаллизатор 6, емкость для поврежденных керамических форм и металла 7, погрузоразгрузочное устройство 8. Погрузоразгрузочное устройство 8 включает подъемник 9 на вертикальной направляющей 10 с кареткой 11, передвижной контейнер 12 для транспортировки и манипулятор 13. Манипулятор 13 включает в себя захватывающее устройство, выполненное в виде вилочного рычага 14, закрепленного на поворотном устройстве 15. Механизм вертикального перемещения формы 3 состоит из привода 16 и приемной части 17, которая в свою очередь состоит из горизонтальной направляющей с пазами 18 и фиксирующих штырей 19, на которые посадочными отверстиями 20 устанавливается монтажная плита 21, к которой прикреплен каркас 22 с керамической формой 5. The installation comprises a vacuum chamber 1, in which a melting and filling device 2, a vertical movement mechanism 3 of ceramic molds, a furnace for heating ceramic molds 4. a ceramic mold 5, a mold 6, a container for damaged ceramic molds and metal 7, a loading device 8. Loading and unloading device 8. device 8 includes a lift 9 on a vertical rail 10 with a carriage 11, a mobile container 12 for transportation and a manipulator 13. The manipulator 13 includes a gripping device, made in the form of a fork lever 14, mounted on a rotary device 15. The mechanism for vertical movement of the form 3 consists of a drive 16 and a receiving part 17, which in turn consists of a horizontal guide with grooves 18 and fixing pins 19, on which a mounting plate is installed by the mounting holes 20 21, to which the frame 22 with the ceramic mold 5 is attached.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Керамическую форму 5 устанавливают в каркас 22, который крепят к монтажной плите 21 и устанавливают в передвижной контейнер 12. Контейнер 12 закатывают на подъемник 9 и по вертикальной направляющей 10 поднимают его на третий уровень рабочей площадки установки. Манипулятор 13 на каретке 11 подкатываеется к монтажной плите 21, и вилочный рычаг 14 манипулятора 13 заводится под нее. Съем монтажной плиты с каркасом осуществляется за счет перемещения платформы подъемника 9 вниз. Далее манипулятор перемещается от вертикальной направляющей 10 к вакуумной камере 1. Каркас 22 с керамической формой разворачивается на вилочном рычаге 14 манипулятора 13 на 180^o и заводится в камеру так, что монтажная плита 21 с каркасом 22 входит в горизонтальный паз направляющей 18 приемной части 17 механизма вертикального перемещения 3. Перемещением вверх механизм вертикального перемещения 3 снимает монтажную плиту 21 с вилочного рычага 14 и фиксирующие штыри 19 входят в посадочные отверстия 20 монтажной плиты 21. Таким образом каркас с формой плотно соединяется с приемной частью механизма вертикального перемещения, и это плотное соединение надежно обеспечивает необходимое положение заливаемой металлом форме на всем протяжении технологического цикла. После установки каркаса с формой на место подключают необходимые термопарные вводы, в камере создается вакуум, и форма опускается в печь нагрева формы, где и нагревается до рабочей температуры. В плавильно-заливочном устройстве 2 расплавляют необходимое количество жаропрочного сплава и производят заливку формы 5. Во время заливки металла емкость для поврежденных керамических форм и металла 7 выдвигается из своей ниши под печь для нагрева керамических форм 4, при этом кристаллизатор 6 опущен вниз. После определенной выдержки керамической формы в печи, убедившись в ее целостности, емкость для поврежденных керамических форм и металла 7 убирается, кристаллизатор 6 поднимается под печь для нагрева керамических форм; начинается процесс направленной кристаллизации. После того, как керамическая форма 5 полностью перейдет из зоны нагрева в зону охлаждения, отключается печь для нагрева керамических форм, и керамическая форма быстро выводится вверх, в зону выгрузки. Выгрузка залитой формы производится в обратном процессу загрузки порядке.Ceramic mold 5 is installed in the frame 22, which is attached to the mounting plate 21 and installed in a movable container 12. The container 12 is rolled onto the lift 9 and lifted to the third level of the installation platform along the vertical guide 10. The manipulator 13 on the carriage 11 rolls up to the mounting plate 21, and the fork lever 14 of the manipulator 13 starts under it. The removal of the mounting plate with the frame is carried out by moving the platform of the elevator 9 down. Next, the manipulator moves from the vertical guide 10 to the vacuum chamber 1. The frame 22 with a ceramic shape is deployed on the fork lever 14 of the manipulator 13 by 180 ^° and inserted into the chamber so that the mounting plate 21 with the frame 22 enters the horizontal groove of the guide 18 of the receiving part 17 of the mechanism vertical movement 3. By moving upward, the vertical movement mechanism 3 removes the mounting plate 21 from the fork lever 14 and the fixing pins 19 enter the mounting holes 20 of the mounting plate 21. Thus, the frame with the shape of a raft a receiving portion connected to the vertical moving mechanism, and this provides reliably tight connection required position cast metal shape throughout the process cycle. After installing the frame with the mold in place, the necessary thermocouple inputs are connected, a vacuum is created in the chamber, and the mold is lowered into the mold heating furnace, where it is heated to operating temperature. In the melting and pouring device 2, the required amount of heat-resistant alloy is melted and the mold 5 is cast. During metal pouring, the container for damaged ceramic molds and metal 7 is pulled out of its niche under the furnace to heat the ceramic molds 4, while the mold 6 is lowered down. After a certain exposure of the ceramic mold in the furnace, making sure its integrity, the container for damaged ceramic molds and metal 7 is removed, the mold 6 rises under the furnace to heat the ceramic molds; begins the process of directed crystallization. After the ceramic mold 5 has completely transferred from the heating zone to the cooling zone, the furnace for heating the ceramic molds is turned off, and the ceramic mold is quickly displayed up in the discharge zone. Unloading the filled form is performed in the reverse order of the loading process.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет получать качественные крупногабаритные > 300 мм (преимущественно 600-800 мм) отливки стационарных газотурбинных энергетических установок с заданной структурой. Thus, the proposed design allows to obtain high-quality large-sized> 300 mm (mainly 600-800 mm) castings of stationary gas turbine power plants with a given structure.

Преимуществом предлагаемой конструкции является также снижение вероятности разрушения дорогостоящих керамических литейных форм, что значительно уменьшает стоимость готовых изделий. An advantage of the proposed design is also a decrease in the likelihood of destruction of expensive ceramic casting molds, which significantly reduces the cost of finished products.

Claims

1. Installation for the manufacture of castings by directional crystallization, containing a vacuum chamber with a melting and pouring device, a mechanism for vertical movement of ceramic molds, a furnace for heating ceramic molds, a container for damaged molds and metal and a mold, and a loading and unloading device, characterized in that the loading device comprises a lift in the form of a vertical guide with a carriage, a manipulator having the possibility of rotational-translational movement, mounting th plate having fixed thereto a scaffold for the ceramic mold, the transportable container to transport the carcass to form the ceramic, and the vertical movement mechanism comprises a ceramic molds and drive receiving portion formed in a horizontal guides with slots and locking pins for the fastening of the mounting plate.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the manipulator has a viewing lever mounted on a rotary device that provides rotation of the lever 180 ^o around a vertical axis.

3. Installation according to claim 1, characterized in that the mounting plate is made matching in size with the grooves of the receiving part of the vertical movement mechanism of the ceramic molds and the mounting holes are made in it for fixing on the pins of the receiving part.