СПОСОБ ВЫПЛАВЛЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ИЗ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ Российский патент 1998 года по МПК B22C7/02 B22D29/00 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам выплавления моделей из оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям (ЛВМ), и может быть использовано на машиностроительных заводах многих отраслей промышленности таких, как: самолетостроение, автомобилестроение, станкостроение, кораблестроение и т.д.

Аналогами предлагаемого технического решения являются способы выплавления моделей в расплавленной модельной массе того же состава что и модели, нагретой значительно выше (в 2 раза и более), чем температура плавления последней, и в горячей воде (Производство точных отливок./И.Дошкарж, Я.Габриель, М.Гоушть, М.Павелка. -М.: Машиностроение, 1979. - с. 91).

Выплавление моделей из оболочковых форм данными методами осуществляется быстрым погружением последних в среду теплоносителя (расплав модельной массы или горячую воду), при этом происходит постепенное, преимущественно у стенок оболочки и в ее литниковой воронке, оплавление модельного состава.

Недостатки этих методов удаления выплавляемых моделей обуславливаются появлением трещин, образующихся в результате возникновения температурных напряжений в оболочке при их резком погружении в среду теплоносителя, и разрывающих усилий от температурного расширения модельной массы. Последнее справедливо даже в случае оплавления модельного состава у стенок оболочки, которое, как принято считать, оказывает компенсирующее действие температурному расширению модели. Объяснением этому явлению может служить то, что при резком температурном воздействии на блок-форму между моделью и оболочкой образуется узкий зазор, заполненный расплавом модельной массы. Расширение твердой модели сопровождается сужением зазора при вытеснении жидкой массы, удаление которой из полости формы затруднено трением о стенки оболочки и ее рельефностью, что способствует возникновению высоких давлений (4-6 МПа - данные полученные экспериментально) особенно в наиболее удаленных от литниковой воронки зонах оболочковой формы и, как следствие, приводит к растрескиванию последней.

Прототипом для заявляемого изобретения по технической сути и достигаемому результату является способ выплавления моделей из оболочковых форм в автоклаве, насыщенном водными парами (Производство точных отливок./И.Дошкарж, Я.Габриель, М.Гоушть, М.Павелка - М.: Машиностроение, 1979. - с. 91-92).

Сущность способа заключается в установке блок-формы в герметичную камеру с последующим нагнетанием в нее газообразного нагретого вещества (пара). Блок-форма разогревается паром, модель, расплавляясь, вытекает из оболочковой формы.

Этот способ осуществляется обеспечением теплового удара на поверхности модели в оболочковой форме, который тем интенсивнее, чем выше температура паров. На практике используют выплавление из оболочек при давлении от 0,3 до 0,6 МПа и с температурой пара от 135 до 165^oC. Время нагнетания максимального давления составляет 1-3 мин. Цикл расплавления и удаления модели из оболочковых форм составляет 5-25 мин.

Рассматриваемый способ позволяет значительно сократить брак оболочек по трещинам, реализует возможность использования блоков с более тонкими оболочками, а также повышает качество поверхности отливок.

Однако вышеупомянутый способ не обеспечивает полного предотвращения брака оболочек по трещинам, т.к. создаваемое в автоклаве давление пара (0,3-0,6 МПа) не компенсирует напряжений (4-6 МПа), возникающих от температурного расширения модели и градиента температур между внешней и внутренней поверхностями последних, что также способствует образованию трещин.

Эти недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в сокращении или полном исключении брака оболочковых форм по трещинам на технологической операции удаления выплавляемых моделей, что предотвращает необходимость ремонта оболочковых форм и, как следствие, приводит к снижению материаллоемкости технологического процесса, трудоемкости и затрат на тепло- и энергоресурсы.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением при решении задачи, заключается в повышении прочности оболочковых форм после выплавления моделей.

Заявляемый способ удаления моделей характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: блок-форма устанавливается в герметичную камеру с последующим нагнетанием в нее газообразного вещества и удаления выплавляемой модели.

Отличительные признаки: давление 4-6 МПа создается охлажденным газом в объеме, первоначально изолированном от выплавляющей среды, с последующим плавным нагревом блок-формы, осуществляемым опусканием последней в теплоноситель со скоростью 1 м/мин; в качестве теплоносителя используют жидкое вещество или нагревательные элементы.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа удаления моделей и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Готовые к выплавке моделей блок-формы предварительно в камере усиливаются нагнетанием давления охлажденного воздуха до 4-6 МПа. Приведенные параметры давления определены экспериментальным методом и обуславливаются тем, что образование брака оболочковых форм по трещинам при выплавлении моделей способом-прототипом происходит на оболочках с прочностью 4-6 МПа. На оболочках с большей прочностью трещиннообразования не происходит. Проведенный эксперимент дает основание считать, что совокупность разрушающих напряжений в оболочке при выплавлении моделей составляет 4-6 МПа.

Нагнетание давления холодным воздухом обуславливает предупреждение растрескивания оболочек от термоудара и начального расширения модели при прогреве до момента достижения компенсирующего давления (4-6 МПа).

Далее осуществляется медленный, со скоростью 0,1 м/мин, ввод оболочек в среду теплоносителя для оплавления моделей со стороны литейных воронок и беспрепятственного удаления модельной массы, а также для осуществления плавного прогрева оболочковых форм с целью предотвращения образования большого перепада температур в структурах последних и, как следствие, разрушающих температурных напряжений.

По окончании процесса выплавления моделей оболочковые формы извлекаются из среды теплоносителя и разрушаются, т.е. компенсирующее давление медленно сбрасывается. Данное мероприятие позволяет также избежать резкого охлаждения оболочек, что предотвращает возникновение температурных напряжений.

Весь цикл удаления моделей из оболочковых форм данным методом составляет 15-25 мин.

Сравнительный анализ предлагаемого способа удаления выплавляемых моделей из оболочковых форм и прототипа представлен в таблице.

Реализация заявляемого способа удаления моделей из оболочковых форм в промышленных условиях может быть осуществлена следующим образом.

Готовые к вытопке моделей блок-формы устанавливаются на подвеске 1 (фиг. 1) камеры 2 ванны выплавления модельного состава воронкой вниз, в нижней части которой находится теплоноситель 3 (расплав модельной массы, горячая вода, атмосфера, нагреваемая ТЭНами и т.д.). На первом этапе осуществления технологического процесса контакт теплоносителя с блок-формой отсутствует посредством теплоизолирующей перегородки 4.

Камера 2 ванны выплавления модельного состава герметично закрывается крышкой 5, и во внутреннюю полость камеры 2 подается охлажденный, например, до температуры окружающей среды газ (например, воздух). Подаваемым в камеру газом в ванне выплавления моделей нагнетается давление 4-6 МПа. После достижения необходимого давления перегородка 4 удаляется (фиг. 2), подвеска 1 ванны выплавления моделей с установленными на ней блок-формами медленно опускается в среду теплоносителя 3 со скоростью 0,1 м/мин.

По окончании процесса удаления плавких моделей подвеска 1 медленно извлекается из теплоносителя 3. Газ из камеры 2 ванны выплавления моделей откачивается, давление снимается. Камера 2 вентилируется, открывается, формы извлекаются и подаются на операции дальнейшей технологической обработки.

Осуществление заявляемого способа в промышленных условиях не требует значительных затрат на его реализацию. Затраты потребуются лишь на изготовление или модернизацию традиционной ванны выплавления моделей.

Способ может быть использован на машиностроительных заводах многих отраслей промышленности. Готовые к выплавке моделей блок-формы предварительно устанавливаются в герметичной камере, изолированной от среды теплоносителя, упрочняются нагнетанием давления охлажденного воздуха. По достижении давления в камере необходимого значения теплоизолирующая перегородка удаляется, и блок-формы погружаются в среду теплоносителя. По окончании процесса выплавления моделей оболочковые формы извлекаются из среды теплоносителя, давление снимается. Практически полностью упраздняется брак по трещинам оболочковых форм. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ выплавления моделей из оболочковых форм, включающий установку блок-формы в герметичную камеру, нагнетание в нее газообразного вещества и удаление выплавляемой модели, отличающийся тем, что используют герметичную камеру с горизонтально установленной в ней теплоизолирующей перегородкой, блок-форму сначала устанавливают в верхней части герметичной камеры, нагнетаемый газ в которую подают охлажденным, затем перегородку убирают и блок-форму нагревают, опуская в нижнюю часть камеры, предварительно заполненную теплоносителем. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагнетание охлажденного газа осуществляется под давлением 4 - 6 МПа, а плавный нагрев блок-формы осуществляется опусканием последней в теплоноситель со скоростью 0,1 м/мин. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют жидкое вещество.