серпентин
методы разработки структуры разбиения работ проекта

Литье в вакууме под давлением. Индукционная вакуумная литейная установка УЛВК-10М

БЕКАР::Стоматология третьего тысячелетия. Установка литейная вакуумная УЛВК-10
 
Установка литейная вакуумно-компрессионная УЛВК-10М
Настольная вакуумная индукционная литейная установка УЛВК-10М предназначена для индукционной плавки в вакууме и последующего литья под давлением деталей зубных протезов из всех видов металлов и сплавов, применяемых в стоматологии (кроме титана).
Вакуумная литейная установка УЛВК-10М является глубоко модернизированным вариантом установки УЛВК-10, выпускавшейся в течение последних 5 лет и получившей признание специалистов зуботехнических лабораторий России и стран СНГ.
УЛВК-10М создана с использованием новейших конструкторских и схемотехнических решений. В ней применены высококачественные импортные комплектующие (электронные компоненты и элементы пневмосистемы).
Мощный высокочастотный генератор литейной установки УЛВК-10М, сконструирован на элементной базе, используемой в современной силовой электронике - мощные полевые транзисторы Роwer MOSFET, RISC-процессоры.
Рабочая частота генератора выбрана оптимальной для получения максимальной удельной мощности с целью минимизации времени плавки и предотвращения длительного перегрева металла поверхостными токами,
Вакуумная литейная установка УЛВК-10М оснащена встроенным вакуумным насосом.
Параметры индуктора и высокочастотного генератора обеспечивают равномерный нагрев металла во всём объёме тигля с оптимальной величиной силы электродинамического
перемешивания металла, препятствующего изменению металлографических свойств используемых сплавов.
В установке УЛВК-10М применена оригинальная система литья, которая исключает использование подвижных керамических стержней в тигле или раздвижных тиглей, что облегчает загрузку тигля металлом и дает возможность предварительного нагрева тигля с металлом.
Конструкция рабочей камеры обеспечивает независимый доступ к тиглю и опоке. Герметизация и разгерметизация плавильно-литейного блока происходит автоматически в соответствие с выполняемой программой без использования ручных механических затворов.
В вакуумной литейной установке УЛВК-10М используются широко распространенные керамические и графитовые тигли с литьевым отверстием на дне (типа Induret). Это обеспечивает быструю заливку металла непосредственно из зоны расплавления в опоку. В момент окончания истечения металла из тигля автоматически создаётся избыточное давление для подпрессовки жидкой фазы металла. Как дополнительная сила, давление активно воздействует на металл. Структура металла при этом получается очень плотной и однородной.
Именно донная заливка металла в вакууме с последующим прессованием обеспечивает самое качественное литьё.
При работе с вакумной литейной установкой УЛВК-10М допускается использование следующих опок:
с вкладышем: стандартных типоразмеров 1Х, 3Х, 6Х, 9Х (диаметр 35-80 мм, высота – 55 мм);
без вкладыша: нестандартных размеров, высотой не более 75мм и диаметром до 100мм.
На панели управления вакуумной литейной установке УЛВК-10М расположены кнопки управления "НАГРЕВ", "ЛИТЬЁ" и "СТОП", а также многофункциональный регулятор, с помощью которого задаются необходимые параметры программы, а при нагреве - регулируется уровень выходной мощности.
На установке регулируются три параметра: мощность генератора P , время литья t1 (промежуток между открытием затвора и подачей сжатого воздуха в плавильно-литейный блок) и время прессования t2. После первого проведенного процесса литья, внесенные в параметры литья
изменения сохраняются в энергонезависимой памяти.
Плавная регулировка мощности генератора позволяет оперативно выбрать оптимальный режим плавки в зависимости от типа сплава и его массы.
На двухстрочном алфавитно-цифровом дисплее воспроизводятся все параметры процесса литья.
Стрелочные приборы индицируют давление в пневмосистеме установки и разрежение в режиме вакууммирования или избыточное давление в плавильно-литейном блоке в режиме прессования .
Охлаждение индуктора осуществляется с помощью циркуляционной системы охлаждения, которая поставляется по отдельному заказу. Допускается использование отфильтрованной водопроводной воды.
Усовершенствованная пневмосистема установки выполнена на базе комплектующих фирмы "CAMOZZI" - мирового лидера по производству элементов пневмосистем.
В модернизированную системы управления УЛВК-10М, с целью стабилизации выходной мощности высокочастотного генератора установки и получения качественного литья при флуктуациях питающего напряжении, введён алгоритм компенсации колебаний напряжения питающей сети 220В, 50Гц.
В програмное обеспечение УЛВК-10М внесены изменения.
Так, например, предусмотрена возможность оперативного изменения времени задержки подачи давления прессования после истечения расплава из тигля в литейную камеру (время литья t1).
Конструкция рабочей камеры обеспечивает независимый доступ к тиглю и опоке. Герметизация и разгерметизация рабочей камеры происходит автоматически
в соответствие с выполняемой программой.
Донная заливка металла в вакууме с последующим прессованием обеспечивает самое качественное литьё.  
Камера индуктора. Установка керамической вставки в затвор.
Размещение тигля в камере индуктора.
Камера опоки. На дно камеры укладывается
теплоизоляционный вкладыш, поверх которого помещается центрирующее кольцо с отверстием под опоку нужного диаметра.
Простая многофункциональная система управления делают работу на установке безопасной и комфортной.
Технические характеристики
Напряжение питающей сети, В 220±22
Частота переменного тока, Гц 50
Число фаз 1
Потребляемая мощность, кВт, не более 3,5
Масса единовременной загрузки, г, не более 90
не менее 20
Рабочая частота генератора, кГц 440±11
Диапазон регулирования мощности генератора, % 20..100
Время литья, с 0,25 .. 2
Время прессования, с 0..60
Дискретность задания мощности генератора, % 2
Дискретность задания времени литья, с 0,25
Дискретность задания времени прессования, с 1
Установленное рабочее давление, бар (МПа) 6±0,5(0,6±0,05)
Установленное давление прессования, бар (МПа) 3,5±0,5(0,35±0,05)
Подсоединение к источнику сжатого воздуха давлением не менее 7 бар (0,7МПа) и производительностью не менее 180л/мин.  
Подсоединение к источнику воды давлением не более 1,5 бар (0,15 МПа) и производительностью не менее 2 л/мин.  
Габаритные размеры, мм, не более глубина 580
ширина 540
высота 340
Масса, кг, не более 60
Комплектность поставки
Обозначение Наименование Кол-во
СП0076.00.00.000 Установка литейная вакуумно-компрессионная УЛВК-10М 1 шт.
СП0044.00.00.012 Теплоизоляционный вкладыш 1 шт.
СП0044.02.03.200 Центрирующие вкладыши для кювет 1х, 3х, 6х, 9х По 1 шт.
  Тигель типа "Induret" 3 шт.
СП0044.02.03.200 . Керамическая вставка на затвор 5 шт .
СП0053.00.00.000 Щипцы 1 шт.
СП0074.00.00.000 Модуль автономного водяного охлаждения МАВО-1М 1 шт.*
СП0076.25.00.000 Фильтр 1 шт.
  Шланг ПВХ 6х1,5 1 м
Запасные части    
СП0044.02.00.010 Кольцо уплотнительное 2 шт.
  Эксплуатационная документация  
СП0076.00.00.000РЭ Установка литейная вакуумно-компрессионная УЛВК-10М.
Руководство по эксплуатации
1 шт.
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВАКУУМНОЙ ЛИТЕЙНОЙ УСТАНОВКИ УЛВК-10М

1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ.

Вакуумная литейная установка УЛВК-10М отличается рядом особенностей конструктивного характера, делающими работу на ней более удобной и производительной. Выделим некоторые из них.
1) МИНИМИЗАЦИЯ РУЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ.
а) Герметизация и разгерметизация рабочей камеры происходит автоматически в соответствие с выполняемой программой без использования ручных механических затворов.
б) Отсутствует необходимость выставлять положение опоки относительно тигля с помощью дополнительных инструментов. Центрирующее кольцо, установленное в литейной камере, гарантирует точное расположение выходного отверстия тигля относительно "конуса" опоки.
в) Опока, после её установки в литейную камеру, не требует дополнительного механического крепления. Система литья, применяемая в литейной установке УЛВК-10М, исключает механическое воздействие на опоку.
г) Выходное отверстие тигля открывается в нужный момент автоматически . При этом скорость потока расплавленного металла не зависит от действий оператора.
2) УЛУЧШЕННАЯ СИСТЕМА ЗАЛИВКИ РАСПЛАВА В ОПОКУ.
При всём многообразии вакуумных литейных установок, работающих по принципу плавки и литья в вакууме с последующим прессованием избыточным давлением, все они могут быть разделены на две группы, отличающиеся принципом заливки расплава.
Первую группу составляют установки с донной заливкой расплава. Сюда относятся вакуумные литейные установки "NAUTILUS CC", BEGO; "INDURET COMPACT" - Reitel.

Вторую группу составляют установки с заливой расплава с верхней части тигля.
Ко второй группе относятся вакуумные литейные установки "Inducast" Ugin Dentaire, "Heracast iQ" - Heraeus Kulzer.
Вакуумная литейная установка УЛВК-10М относится к первой группе, т.е. работает по принципу донной заливки расплава.
Каждая литейная установка, для обеспечения присущего ей характера плавки и заливки металла, работает со "своим тиглем".


На рисунке представлены варианты тиглей, наиболее часто используемых в вакуумных литейных установках.
Вариант №1 - тигель с донным разливом расплава. В качестве затвора используется керамический шток, вставляемый внутрь тигля и закрывающий выходное отверстие тигля. В момент литья шток приподнимается, открывая выходное отверстие тигля.

Вариант №2 - тигель с разливом расплава через выходное отверстие в верхней части тигля.В момент литья тигель вместе с индуктором и опокой поворачиваются на угол, необходимый для истечения расплава.
Вариант №3
-раздвижной тигель с донным разливом расплава. В момент литья одна из половинок тигля приподнимается, открывая пространство для выхода расплава.
Вариант УЛВК-10М - тигель с донным разливом расплава. В качестве затвора используется керамическая вставка, расположенная с внешней стороны тигля и закрывающая его выходное отверстие. В момент литья керамическая вставка отходит в сторону, открывая выходное отверстие тигля.

Рассмотрим особенности, присущие, по нашему мнению, тому или иному виду тигля и вариантам его использования, касающиеся удобства работы литейщика и качества получаемого литья.
Основные характеристики сведены в таблицу, где в качестве базовых приняты следующие параметры: удобство загрузки металла в тигель, возможность предварительного нагрева металла с тиглем в печи предварительного нагрева, вероятность попадания в литейную полость опоки нерастворимых в расплаве соединений оксидной пленки, влияние на опоку (механическое воздействие на опоку в момент истечения расплава из тигля, возможность использования теплоизоляции для предупреждения быстрого охлаждения опоки).
  Удобство загрузки металла в тигель Возможность предварительного нагрева металла Вероятность попадания в литейную полость опоки нерастворимых в расплаве соединений оксидной пленки Опока
УЛВК-10М Загрузке металла в тигель ничего не мешает. Перед плавкой есть возможность прогреть металл вместе с тиглем в печи предварительного нагрева. Благодаря донному методу разлива расплава, нерастворимые в расплаве соединения оксидной пленки, не попадают в литейную полость опоки. Опока теплоизолированна и неподвижна. Механическое влияние на опоку отсутствует.
Вариант №1 Загрузка металла в тигель затруднена из-за наличия керамического штока. Полезная ёмкость тигля уменьшена. Наличие керамического штока, как затвора выходного отверстия тигля, не даёт возможности прогреть металл вместе с тиглем в печи предварительного нагрева. Благодаря донному методу разлива расплава, нерастворимые в расплаве соединения оксидной пленки, не попадают в литейную полость опоки. Опока теплоизолированна и неподвижна. Механическое влияние на опоку отсутствует.
Вариант №2 Загрузке металла в тигель ничего не мешает. Перед плавкой есть возможность прогреть металл вместе с тиглем в печи предварительного нагрева. Первым в литейную полость попадает расплав с верхней части тигля, где они (нерастворимые соединения) сконцентрированы. Требуется механическое крепление опоки. Теплоизоляция её затруднена.
Вариант №3 Загрузке металла в тигель ничего не мешает. Наличие раздвижного тигля не даёт возможности прогреть металл вместе с тиглем в печи предварительного нагрева.
Тигли состоят из двух половинок, что ухудшает оперативность в работе при их установке.
Благодаря донному методу разлива расплава, нерастворимые в расплаве соединения оксидной пленки, не попадают в литейную полость опоки. Опока теплоизолированна и неподвижна. Механическое влияние на опоку отсутствует.
КАК ЭТО РАБОТАЕТ:

Вариант №1 - тигель с донным разливом расплава. В качестве затвора используется керамический шток, вставляемый внутрь тигля и закрывающий выходное отверстие тигля. В момент литья шток автоматически приподнимается, открывая выходное отверстие тигля.
Недостатки:
1) Загрузка металла в тигель затруднена из-за наличия керамического штока. Полезная ёмкость тигля уменьшена.
2) Наличие керамического штока, как затвора выходного отверстия тигля, не даёт возможности прогреть металл вместе с тиглем в печи предварительного нагрева.

Вариант №2 - тигель с разливом расплава через выходное отверстие в верхней части тигля. В момент литья тигель вместе с индуктором и опокой поворачиваются на угол, необходимый для истечения расплава. Возможны два варианта поворачивания опоки и тигля - автоматический и ручной. При ручном методе может наблюдаться расплёскивание металла.
Недостатки:
1) Первым в литейную полость попадает расплав с верхней части тигля, где они (нерастворимые соединения) сконцентрированы.
2 ) Требуется механическое крепление опоки. Теплоизоляция её затруднена.


Вариант №3
-раздвижной тигель с донным разливом расплава. В момент литья одна из половинок тигля автоматически приподнимается, открывая пространство для выхода расплава.
Недостатки:
1) Наличие раздвижного тигля не даёт возможности прогреть металл вместе с тиглем в печи предварительного нагрева.
2) Тигли состоят из двух половинок, что ухудшает оперативность в работе при их установке.

 

Вариант УЛВК-10М - тигель с донным разливом расплава. В качестве затвора используется керамическая вставка, расположенная с внешней стороны тигля и закрывающая его выходное отверстие. В момент литья керамическая вставка автоматически отходит в сторону, открывая выходное отверстие тигля.
Устранены все недостатки, присущие другим способам заливки расплава в опоку.

 

Оценивая основные характеристики системы заливки расплава в опоку, реализованные в вакуумной литейной установке УЛВК-10М, можно утверждать, что она в наиболее полной степени отвечает требованиям, предъявляемым к литейным установкам для точного стоматологического литья.
ОСНОВЫ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛОВ.
Физическая сущность индукционного нагрева состоит в том, что в электропроводящих телах, помещаемых в переменное электромагнитное поле, индуктируются электродвижущие силы, которые вызывают электрические токи. Плотность этих индуктируемых токов в каждом элементарном объёме нагреваемого материала может меняться по самым разнообразным законам в зависимости от геометрических размеров нагреваемого материала, его удельного сопротивления, магнитной проницаемости и частоты индуктированного тока.

При пропускании переменного тока через индуктор вокруг него возникает переменное магнитное поле. Переменный магнитный поток, пронизывающий находящиеся внутри индуктора заготовки металла, вызывает появление в них индуктированного тока (вторичные вихревые токи). Вихревые токи разогревают заготовку в соответствии с законом Джоуля - Ленца, который гласит, что "Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка".
Энергия, выделяющаяся в заготовке пропорциональна частоте переменного электромагнитного поля.


На высокой частоте вихревые токи вытесняются в тонкие поверхностные слои заготовок (скин-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает. Максимальная плотность тока наблюдается на периметре нагреваемой заготовки, экспоненциально уменьшаясь по направлению к её центру. В скин-слое (определяемом также как "глубина проникновения тока") выделяется 86,5 % тепла.
Глубина проникновения тока рассматривается как важнейший параметр при расчете установок индукционного нагрева. Её величина определяется по формуле:

Основными электрофизическими свойствами материалов для расчёта установок индукционного нагрева являются удельное электрическое сопротивление и магнитная проницаемость. Они определяют глубину проникновения тока и мощность, выделяемую в нагреваемом образце. При нагреве ферромагнитных металлов их удельное электрическое сопротивление и магнитная проницаемость изменяются.
Так, электрическое сопротивление металлов и сплавов, в зависимости от их химического состава может увеличиться в 10 раз.
Магнитная проницаемость ферромагнитных тел при достижении телом температуры точки Кюри (точка магнитных превращений) резко уменьшается и становится равной единице.
С увеличением значения удельного электрического сопротивления нагреваемого тела и уменьшением его магнитной проницаемости глубина проникновения тока увеличивается.
Максимальное значение глубины проникновения тока называется горячей глубиной проникновения.
В общих чертах процесс индукционного нагрева ферромагнитной заготовки можно представить по следующей схеме.
В первый момент начинается нагрев образца в тонком поверхностном слое, равном глубине проникновения тока в холодный металл. После потери этим слоем магнитных свойств, глубина проникновения тока возрастает и нагревается слой, расположенный глубже, повышение температуры в первом нагретом слое замедляется.
После потери магнитных свойств вторым слоем начинается быстро нагреваться третий слой и т.д.
Пределом роста глубины проникновения тока является горячая глубина проникновения.
Повышение температуры в слое равной горячей глубине проникновения происходит за счет индуктированных токов, а в более глубоких слоях - в основном, за счет теплопроводности.

Высокие значения КПД обеспечиваются, прежде всего, расчетом параметров индукционного нагрева под определенные размеры нагреваемого тела. Соотношение размеров индуктора и нагреваемого тела, частота тока и магнитная проницаемость, удельное сопротивление металла - все это определяет эффективность нагрева, т.е. электрический КПД.
Важнейшим параметром, определяющим КПД индукционной установки, а значит и эффективность нагрева, является глубина горячего проникновения тока.
Эффективный индукционный нагрев возможен только при определённых значениях отношения диаметра нагреваемой заготовки к глубине горячего проникновения.
График на рис.1 показывает, что уже при значении этого отношения менее 4 нагрев нежелателен, а при соотношении менее единицы вообще неприемлем.
Из этого графика следует, что для повышения эффективности индукционной установки, следует при заданном диаметре нагреваемой заготовки уменьшать значение горячей глубины проникновения тока. Это может быть достигнуто только повышением частоты.
Для установок индукционного нагрева в Российской Федерации выделен ряд разрешённых для использования частот. Индукционные литейные установки, используемые в зуботехнических лабораториях для плавки стоматологических сплавов, построены на основе генераторов с рабочими частотами 66кГц, 440кГц и 1,76МГц.

Индукционные литейные установки, работающие на частоте 1,76МГц, выполнены на основе ламповых генераторов. В настоящее время такие установки потеряли свою актуальность, вследствие низкого КПД и морального устаревания.
Индукционные литейные установки, работающие на частоте 66кГц и 440кГц, имеют сходные характеристики. Их отличает высокий КПД (0,85...0,9). Они надёжны, долговечны. Качество литья, получаемое на этих установках, соответствует самым высоким требованиям.

Сравнивая эффективность и качественные показатели литейных индукционных установок , необходимо представлять какая из них лучшим образом подходит для литья стоматологических сплавов, обладающих определёнными физико-химическими свойствами и линейными размерами.
Ввиду большого разнообразия используемых стоматологических сплавов, качественный анализ можно сделать, приняв за основу некий "усреднённый сплав". Для такого сплава, нагретого выше точки магнитных превращений (точки Кюри) горячая глубина проникновения тока при частоте 66кГц равна, примерно, 2мм.
Тогда, как следует из графика на рис.1, производить нагрев заготовки сплава с высокой эффективностью при частоте генератора индукционной установки равной 66кГц возможно, начиная с диаметра заготовки D = 10мм. При диаметре заготовки менее 8мм эффективность нагрева будет уменьшаться, достигая минимального значения при диаметрах заготовки сплава равных 5...6мм.
Для частоты 440кГц горячая глубина проникновения тока, при прочих равных условиях, будет составлять величину порядка 0.8мм. Т.е.производить нагрев заготовки сплава с высокой эффективностью при частоте генератора индукционной установки равной 440кГц возможно, начиная с диаметра заготовки D = 4мм.

В теории индукционного нагрева существует понятие "минимально допустимой рабочей частоты генератора" для заданного диаметра цилиндрической заготовки, подлежащей нагреву.
График зависимости минимальной частоты генератора индукционной установки от диаметра нагреваемой установки (Рис.2) строится из условия, что отношение диаметра нагреваемого образца цилиндрической формы к величине горячей глубины проникновения тока" (или "скин-слоя") равно 3.
Из приведённого графика видно, что:
1) минимально допустимый диаметр нагреваемых заготовок сплава при работе на индукционной установке с частотой 440кГц равен 2,5мм.
2) минимально допустимый диаметр нагреваемых заготовок сплава при работе на индукционной установке с частотой 66кГц равен 6мм.
Т.о. при работе на литейной установке с частотой 66кГц ограничивается возможность использования в качестве "вторичного металла" элементов литниковой системы, имеющих меньшие размеры.
В случае же их использования они будут нагреваться не под действием индуктированных в них вихревых токов, а вследствие передачи им тепловой энергии от более горячих частей загрузки тигля, имеющих больший диаметр. Это будет способствовать увеличению времени плавки, т.е. ухудшению одного из основных параметров, определяющего технологический регламент работы.

График "Зависимости величины минимального диаметра нагреваемой заготовки сплава от рабочей частоты генератора" хорошо объясняет суть проблемы.
Из него видно, что для нагрева заготовок сплава, имеющих диаметр порядка 5мм, необходима частота генератора не менее 120кГц. Если же используются заготовки с диаметром 4мм, то минимально допустимая частота генератора возрастает до 180кГц.

Т.о. выбор рабочей частоты генератора для индукционной литейной установки является важнейшим фактором, определяющим её качественные показатели. Индукционная литейная установка для зуботехнических лабораторий должна обеспечивать эффективный нагрев и плавку за короткий промежуток времени всего спектра стоматологических сплавов, отличающихся как химическим составом, так и линейными размерами заготовок. При этом, особое внимание необходимо обращать на способность установки обеспечивать высокий электрический КПД при работе с заготовками, имеющими диаметры в диапазоне от 3 до 15мм.

ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ:

Исходя из того факта, что вихревые токи, вызывающие нагрев заготовки, протекают по её периметру, следует важный практический вывод. А именно: для увеличения эффективности нагрева и сокращения времени плавки следует использовать тот сплав, который при одинаковых физико-химических свойствах, имеет меньший диаметр единичной заготовки.
При увеличении количества заготовок сплава, одновременно загруженных в тигель, сумма их длин окружностей увеличивается, следовательно, при постоянной глубине горячего проникновения тока объем, в котором выделяется мощность, увеличивается. Соответственно, металл будет нагрет до необходимой температуры быстрее.

Идеальными условиями для проведения плавки будет следующий состав загрузки: 50...70% "первичного металла" в виде цилиндров с диаметром 6...10мм и 30...50% "вторичного металла" в виде элементов литниковой системы диаметром 3...5мм.

1. СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВАКУУМНОЙ ЛИТЕЙНОЙ УСТАНОВКИ УЛВК-10М.
Литейные индукционные установки, представленные на Российском рынке имеют много общего в плане схемотехнической реализации. Так, большинство из них реализованы на базе современных электронных комплектующих - микропроцессорные системы управления, IGBT или MOSFET модули и транзисторы. В системах управления этих литейных установок реализованы автоматическая подстройка частоты генератора под параметры рабочего резонансного контура, плавная регулировка уровня выходной мощности, диагностика аварийных режимов и ошибочных действий оператора, запись и хранение в энергонезависимой памяти параметров работы.
Вакуумная литейная индукционная установка УЛВК-10М, в которой также реализованно всё вышеперечисленное, отличается рядом особенностей, выделяющих её из общего ряда как более эффективную. Выделим некоторые из них.
1) РАБОЧАЯ ЧАСТОТА ГЕНЕРАТОРА.
Величина рабочей частоты генератора индукционной литейной установки в значительной степени влияет на её электрические характеристики и эксплутационные параметры.
Выбор рабочей частоты генератора определяется следующими требованиями:
а) электрический КПД установки должен быть максимальным;
б) время плавки должно быть минимальным;
в) установка должна обеспечивать эффективную работу при плавке стоматологических сплавов, имеющих различные величины диаметра и высоты отдельных заготовок сплава;
г) величина электродинамических сил, воздействующих на расплав, должна быть оптимальной с точки зрения обеспечения, с одной стороны, качественного перемешивания расплава, и, с другой стороны, минимального мениска на завершающем этапе плавки.
Для максимально полного удовлетворения этим требованиям в индукционной вакуумной литейной установке УЛВК-10М выбрана частота генератора 440кГц.

1.1 Эффективная работа при плавке стоматологических сплавов, имеющих различные величины диаметра и высоты отдельных заготовок сплава.
ВАКУУМНАЯ ЛИТЕЙНАЯ УСТАНОВКА УЛВК-10М НЕ ИМЕЕТ ОГРАНИЧЕНИЙ, СВЯЗАННЫХ С МИНИМАЛЬНЫМИ ЛИНЕЙНЫМИ РАЗМЕРАМИ ЗАГРУЖАЕМЫХ В ТИГЕЛЬ ЧАСТЕЙ МЕТАЛЛА. ЭТО ДЕЛАЕТ ЕЁ БОЛЕЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ.


Использование в индукционной вакуумной литейной установке УЛВК-10М генератора с частотой генератора 440кГц обеспечивается максимально быстрый, равномерный нагрев металла, что приводит к сокращению длительности процесса плавки и повышению экономической эффективности работы.

1.2 Величина рабочей частоты генератора и циркуляция металла.
При выборе частоты генератора для индукционной литейной установки необходимо учитывать не только его энергетические характеристики, но и вопросы магнитогидродинамики, т. е. влияние электромагнитного поля индуктора на расплав в тигле.
Под действием электродинамических сил расплавленный металл в средней части тигля перетекает от периферии к оси, затем по оси тигля выжимается вверх к зеркалу ванны и вниз ко дну тигля. Вверху и внизу он перетекает к стенкам и вдоль стенок возвращается к средней части тигля, совершая так называемую двухконтурную циркуляцию.
Факт электродинамической циркуляции металла является достоинством любой индукционной литейной установки. Циркуляция ускоряет расплавление, выравнивает температуру и химический состав расплава.

Однако циркуляция металла имеет и серьезный недостаток, заключающийся в образовании на поверхности расплава выпуклого мениска. Особенно сильно отрицательное влияние мениска на процесс плавки проявляется при использовании в литейных установках генераторов с относительно низкой рабочей частотой. Это связано с тем, что при неизменной мощности, передаваемой в расплав, силовое воздействие на него усиливается тем больше, чем меньше частота генератора.
Например, при частоте генератора равной 66кГц высота меникса почти в 3 раза больше, чем при частоте 440кГц.

Рассмотрим влияние мениска на процесс плавки:
Расплавленный сплав покрывается тонкой оксидной плёнкой, которая благодаря поверхостному натяжению расплава удерживается на его поверхности, предохраняя расплав от окисления. В период расплавления взламывание плёнки происходит, главным образом, вследствии циркуляции металла.
Если электродинамическая циркуляция способствует образованию мениска большой высоты, разрушение оксидной плёнки может произойти слишком рано. Зеркало расплава откроется до момента выравнивания температуры по всему объёму тигля. Расплав будет открыт для его окисления остаточными газами, присутствующими в литейно-плавильном блоке.
Для уменьшения вредного влияния мениска на процесс плавки рекомендуется уменьшать мощность на завершающем этапе плавки. Это необходимо для того, чтобы температура расплава выровнялась по всему объёму тигля. При этом важно, чтобы, для предупреждения окисления расплава остаточными газами, оксидная плёнка не была преждевременно разорвана.
Возникает дилемма: для расплавления высокотемпературных компонентов сплава в течение минимального времени необходима максимальная мощность. Но при этом значительные электродинамические силы, воздействующие на расплав приведут к разрыву оксидной плёнки слишком рано. Расплав подвергнется дополнительному окислению. Идеальным вариантом проведения плавки на завершающем этапе является вариант, при котором плавка ведётся при мощности близкой к максимальной при минимальной высоте мениска. Именно такой вариант работы реализован в литейной установке УЛВК-10М.
Вероятность преждевременного разрыва оксидной плёнки при работе на УЛВК-10М значительно ниже, вследствие того, что частота её генератора выбрана равной 440кГц и, как следствие, мениск имеет минимальную высоту.

ПЛАВКА В ВАКУУМНОЙ ЛИТЕЙНОЙ УСТАНОВКЕ УЛВК-10М ПРОВОДИТСЯ В УСЛОВИЯХ, СПОСОБСТВУЮЩИХ СОХРАНЕНИЮ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИСХОДНОГО СПЛАВА.

2) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ С АЛГОРИТМОМ КОМПЕНСАЦИИ КОЛЕБАНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ 220В, 50Гц".
Вакуумная индукционная литейная установка является мощной нагрузкой для питающей сети. При наличии "слабой сети" могут возникнуть проблемы с эффективностью работы. В первую очередь, это связано с возможными колебаниями выходной мощности генератора установки. Особенно критичным для литейных установок является пониженное напряжение сети (так называемые "просадки сети").
С целью обеспечения стабильности выходной мощности высокочастотного генератора и получения качественного литья при нестабильном питающем напряжении сети, в систему управления вакуумной литейной установки УЛВК-10М введён алгоритм компенсации колебаний сетевого напряжения.
Основой этого алгоритма является введение в систему управления отрицательной обратной связи (ООС) по мгновенному значению величины питающего напряжения сети 220В, 50Гц. В результате уровень мощности , заданный оператором, поддерживается постоянным независимо от величины питающего напряжения сети. На работе устройства не сказывается возможная нестабильность сетевого напряжения (198-242 В).
В индукционных литейных установках, не имеющих функции компенсации колебаний напряжения питающей сети, реальный уровень мощности, передаваемой в нагрузку, будет изменяться в соответствии с изменениями напряжения сети. Для борьбы с этим потребуется дополнительно приобретать сетевой стабилизатор напряжения.



НАЛИЧИЕ В ВАКУУМНОЙ ЛИТЕЙНОЙ УСТАНОВКЕ УЛВК-10М МЕХАНИЗМА КОМПЕНСАЦИИ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ ВАЖНЫМ ПРИЗНАКОМ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИМ ЕЁ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Суммируя вышеизложенное, можно констатировать, что совокупность конструкторских решений, реализованных в индукционной вакуумно-компрессионной литейной установке УЛВК-10М, ставят её в один ряд с литейными установками таких мировых брендов как Heraeus Kulzer, BEGO, Reitel, Ugin Dentaire, а по некоторым характеристикам (время плавки, защита расплава от окисления, нечувствительность к "провалам" питающего напряжения,) выводят её в лидеры.

РЕКОМЕНДАЦИИ
по работе на индукционной вакуумно-компрессионной литейной установке УЛВК-10М.

1. Принцип работы вакуумной литейной установки УЛВК-10М.
Плавку металла можно представить в виде пяти последовательно выполняемых стадий.
*** - Стадия предварительного нагрева (стадия №1);
*** - Стадия плавки (стадия №2);
*** - Стадия литья (стадия №3);
*** - Стадия прессования (стадия №4);
*** - Стадия разгерметизации рабочих камер и извлечения опоки (стадия №5).

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ.
Подключите установку к электрической сети. Электрическая сеть не должна нагружаться другими пользователями.
Подайте на установку сжатый воздух, при этом манометр "ДАВЛЕНИЕ" должен показать 6 ± 0,5бар (0,6 ± 0,05 Мпа).
Откройте литейную камеру и установите теплоизоляционный вкладыш, а затем — центрирующий вкладыш с отверстием, соответствующим диаметру выбранной опоки.
Откройте крышку камеры индуктора и с помощью пинцета установите в затвор керамическую вставку.
РАБОТА.

Стадия №1 (предварительный нагрев).
Откройте крышку камеры индуктора и установите тигель в отверстие держателя. Регулировочной ручкой отрегулируйте положение керамической вставки затвора относительно тигля.
Загрузите тигель металлом. При этом необходимо располагать кусочки металла ближе к стенкам тигля, что обеспечит оптимальные условия для процесса плавления.
После этого закройте до упора крышку камеры индуктора и камеру опоки. Включите выключатель «СЕТЬ». Включите подачу воды в систему охлаждения установки.
Установка готова к процессу плавки металла (фаза №1).
Процесс предварительной плавки металла можно проводить в двух режимах, обеспечивающих универсальность и удобство при эксплуатации установки:

Режим 1. Плавка с предварительным нагревом в воздушной среде.
Нажмите кнопку «НАГРЕВ». Включится генератор и начнется процесс нагрева (фаза №2). При этом камера опоки не герметизируется. Нагрев продолжайте до того момента, когда металл начнет размягчаться и оплывать (фаза №3). Этот процесс можно отслеживать через смотровое окно со светофильтром. Перед тем, как приступить к загрузке опоки в камеру, рекомендуется уменьшить мощность генератора приблизительно в два раза, ориентируясь по показаниям в нижней строке дисплея, во избежание преждевременного разжижения металла.
Режим 2. Плавка с предварительным нагревом в вакууме.
Нажмите кнопку «ПЛАВКА». Включится генератор, камеры опоки и индуктора герметизируются и начнется откачка воздуха. Крышка камеры индуктора и камера опоки заблокируются. Стрелка мановакууметра начнет перемещаться с нуля до –0,7…–0,8 кгс/см2. Начнется процесс нагрева (фаза №2). Нагрев продолжайте до того момента, когда металл начнет размягчаться и оплывать (фаза №3). Этот процесс можно отслеживать через смотровое окно со светофильтром. Нажмите кнопку «СТОП». Генератор отключится и начнется стравливание воздуха из камер и уплотнительных колец. Крышка камеры индуктора и камера опоки разблокируются.
Стадия №1 (предварительный нагрев) окончена.

Стадия №2 (плавка).
Откройте камеру опоки и установите предварительно нагретую опоку в отверстие вкладыша, воспользовавшись специальными щипцами (фаза №4). Если используется нестандартная опока, то ее надо установить так, чтобы литниковое отверстие опоки совпало с перекрестием, нанесенным на теплоизоляции. Время для загрузки опоки в литейную камеру не должно превышать 10-15 секунд, чтобы не допустить существенного охлаждения металла и литейной формы.
Чем больше время, в течение которого опока переносится из печи предварительного нагрева в литейную камеру установки, тем больше вероятность неконтролируемой усадки, которая будет тем больше, чем больше времени пройдёт до заливки металла в опоку.
После загрузки опоки, закройте камеру опоки до упора и нажмите кнопку «ПЛАВКА». Камеры индуктора и опоки автоматически герметизируются и начнется откачка воздуха.

Крышка камеры индуктора и камера опоки заблокируются. При этом стрелка мановакууметра начнет перемещаться с нуля до –0,7…–0,8 кгс/см2. Включится генератор и начнется процесс плавки металла (фаза №5).
На дисплее установки отображается наименование стадии работы ("ПЛАВКА"), а также величина задания уровня мощности генератора (в процентах), реальная текущая мощность генератора, температура воды в системе охлаждения, состояние датчиков закрытия камеры индуктора и камеры опоки, время от начала процесса, положение керамической вставки затвора относительно тигля.
Начинайте плавку при уровне мощности равном 100%. Вы можете плавно регулировать мощность генератора для получения оптимальных условий плавки. После погружения последней твёрдой части в плавильную ванну уменьшите мощность до 80...85%.
Продолжайте нагрев до полного расплавления металла.
Важное замечание: В вакуумных литейных установках, работающих по принципу "плавка и литьё в вакууме с последующим прессованием избыточным давлением" в литейных камерах поддерживается не абсолютный вакуум, а разреженная атмосфера с остаточным давлением 100...150мБар. Как было отмечено выше, смысл уменьшения мощности до 80...85% заключается в том, чтобы обеспечить минимальный градиент температуры по всему объёму расплава к моменту достижения температурой расплава значения температуры литья сплава. Важно отметить, что этот процесс протекает при отсутствии разрывов оксидной плёнки, защищающей расплав от остатков воздуха в камере. Если же проводить плавку при максимальной мощности установки, оксидная плёнка разорвётся раньше необходимого, открывая зеркало расплава и делая его доступным для реакции с остатками воздуха в плавильной камере.
На поверхности расплава образуется тонкая оксидная плёнка. После появления в ней разрывов дождитесь момента, когда оксидная плёнка разойдётся по периметру тигля. Зеркало расплава станет гладким и блестящем. Расплав готов к литью.


ВЫБОР МОМЕНТА ЛИТЬЯ ИМЕЕТ ПЕРВОСТЕПЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ.


Наиболее важными характеристиками литейных свойств стоматологических сплавов являются: жидкотекучесть, усадка (линейная и объемная), склонность к образованию трещин,склонность к поглощению газов и образованию газовых раковин и пористости в отливках и др.
Для улучшения жидкотекучести расплава допускается небольшой перегрев металла, но не выше температуры литья сплава на 75—100°С. Дальнейшее повышение температуры расплава отрицательно влияет на структуру металла. Это связано с тем, что растворимость газов в металле резко возрастает при температуре плавления последнего. Дальнейшее же повышение температуры расплавленного металла увеличивает растворимость в нем газа до максимума. В последующем, это приводит к образованию усадочных и газовых раковин, трещин и пористости.
Если расплав при литье имеет низкую температуру, ухудшаются условия удаления газов из металла и питания отливок во время кристаллизации.
На практике, после того как оксидная плёнка разойдётся по периметру тигля, нагрев продолжают ещё несколько секунд (3 - 10 секунд в зависимости от типа сплава, рекомендаций фирмы производителя сплава по ведению плавки и параметров плавки) и выполняют литьё.

Важное замечание: Определение момента заливки зависит от таких факторов как тип сплава (температура плавления сплава, температура литья сплава, жидкотекучесть сплава - способность металлического расплава заполнять полость литейной формы). Используйте рекомендации по ведению плавки, указанные фирмами производителями сплавов.
Необходимо учитывать также , что при литье сплавов в вакуумной литейной установке оксидная плёнка тоньше, и, следовательно, разрывается раньше.

Стадия №3(литьё).
Когда металл расплавится и будет готов к литью, нажмите кнопку «ЗАТВОР» при этом откроется
затвор и начнется процесс литья (фаза №7...фаза №9).
Фаза №7.
При вакуумном литье в литейной полости находится разреженный воздух. Расплав под воздействием силы тяжести затекает в литейную полость ламинарным потоком.
Фаза №8. Нарастающее, по мере затекания расплава, противодействие сжатого остаточного воздуха способствует равномерному заполнению расплавом литейной полости. При этом вначале заполняется весь коллектор, и только после этого расплав заполняет литейную полость каркаса протеза. В этой фазе давление затекающего расплава уравнивается с давлением остаточного воздуха в опоке.

Воздух замешивается в расплав и уходит в направлении заливочной воронки. Именно поэтому необходимо, чтобы питатель между коллектором и литейной полостью имел размеры, способствующие нормальному воздушному обмену. Противодействие остаточного воздуха ослабевает. Расплав заполняет каркас протеза, замещая воздух.
Фаза №9. Остаточный воздух, имеющий давление, превышающее давление в плавильно-литейном блоке, выходит через литниковый канал в заливочную воронку (конус) наружу. По этой причине при вакуумном литье конус необходимо заполнять незначительно. В противном случае могут быть проблемы заполнения литейной полости металлом (непролив), так как выход воздуха из опоки будет затруднен. При вакуумном литье рекомендуется брать такое количество сплава, чтобы расплав после застывания достигал нижнего края воронки.
Время литья (т.е длительность фаз №7, №8, №9) задаётся литейщиком в соответствии с количеством сплава и его характеристиками (жидкотекучесть сплава) и индицируется на дисплее.
Важное замечание: При работе на вакуумных литейных установках правильное задание времени задержки подачи избыточного давления в плавильно-литейный блок играет важную роль в процессе получения качественного литья.
Если избыточное давление подать в плавильно-литейный блок до того как расплав под действием силы тяжести заполнит литейную полость, воздух вместе с расплавом попадёт в литниковые каналы, произойдёт значительное газонасыщение расплава. Это, в свою очередь, существенным образом ухудшит условия воздухообмена между литейной полостью и внешней средой. Появятся "непроливы" мелких деталей отливки, на поверхности отливок будет наблюдаться значительная газовая пористость. Отливка будет иметь рыхлую и неоднородную по объёму структуру.
Если избыточное давление подать в плавильно-литейный блок с большой задержкой, расплав в жидкой фазе не будет подвергнут воздействию повышенного давления. Получить плотную, однородную структуру металла не удастся. Кроме того, расплав не заполнит пустоты, в которые он не вошел под действием вакуума и силы тяжести.

Для обеспечения требуемой жидкотекучести металла с целью предупреждения непроливов, продолжительность заполнения опоки не должна превышать доли секунды.
Для вакуумной литейной установки УЛВК-10М, с учётом геометрических размеров тигля (высота, диаметр, конусность) и размеров его выпускного отверстия (оптимально - 6,5мм), при использование "усреднённого стоматологического сплава" можно руководствоваться следующим соотношением. Истечение 25г. сплава происходит за время 0,25с. Соответственно 50г. расплава полностью вытекут за время равное 0,5с; 75г. расплава полностью вытекут за время равное 0,75с..
Эти ориентировочные значения времени литья должны быть уточнены литейщиком путём проведения опытной плавки с конкретным типом сплава.

Важное замечание: Для обеспечения плавного и спокойного (ламинарного) истечения расплава металла из тигля и равномерного заполнения им литейной полости опоки необходимо следить за тем, чтобы выходное отверстие тигля оставалось равным 6,5...7мм.
Уменьшение выходного отвестия тигля до 5мм может привести к слишком медленному истечению металла из тигля.
Значительное увеличение выходного отверстия тигля приводит к слишком быстрому истечению расплава, что также не способствует качественному заполнению литейной полости опоки.

Стадия №4(прессование).
Фаза №10.
По истечении времени литья автоматически включается подача сжатого воздуха в плавильно-литейный блок.
Таким образом обеспечивается сохранение жидкотекучести металла в литниковых каналах опоки, особенно в наиболее тонких её сечениях. Расплав вдавливается в литейную форму способствуя заполнению пустот, в которые он не вошел под действием силы тяжести и вакуума. Подпрессовка в процессе кристаллизации сплава сжимает газовые включения, уменьшает усадочную пористость и улучшает структуру металла. Эффективность подпрессовки зависит от продолжительности достижения максимального значения давления в процессе кристаллизации сплава. Чем меньше это время, тем выше её эффект. Прилагаемая сила давления для уплотнения сплава составляет 3,5 бара и действует до 60 секунд. Время прессования задается литейщиком и индицируется на дисплее в виде обратного отсчёта во время стадии прессования.

По завершении стадии прессования автоматически включится стравливание воздуха из камер и уплотнительных колец, крышка камеры индуктора и камера опоки разблокируются (фаза №11). По окончанию плавки (фаза №12) откройте камеру опоки и выньте опоку. Откройте крышку камеры индуктора и выньте тигель. Если отверстие на дне тигля загрязнено шлаками и остатками металла, его необходимо очистить либо заменить тигель новым.
Диаметр отверстия на дне тигля должен быть 6,5 – 7мм. Осмотрите керамическую вставку на предмет расплавленных участков или загрязнения шлаками. Если таковые имеются, и поверхность вставки стала неровной, отшлифуйте ее рабочую поверхность или замените на новую.

Осмотрите уплотнительные кольца, в случае необходимости протрите их.
Установка готова к следующему литью.
Вы можете задать вопрос главному конструктору вакуумной литейной установки УЛВК-10М по ICQ: 289926159 или по адресу
Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Внимание

В связи с тем,что вы заблокировали трансляцию рекламы,вы сможете продолжить

просмотр сайта после нажатия одной из кнопок социальных сетей !

Facebook Twitter Google +