СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫПЛАВЛЯЕМЫХ МОДЕЛЕЙ Российский патент 2002 года по МПК B22C7/02 

Изобретение относится к способам изготовления выплавляемых моделей в литье по выплавляемым моделям и может быть использовано в машиностроительной отрасли народного хозяйства.

Известен способ изготовления пористых выплавляемых моделей из пастообразного модельного материала [1]. Пастообразные модельные материалы приготавливают охлаждением расплава при одновременном непрерывном перемешивании его до пастообразного состояния. Во время перемешивания модельного материала происходит замешивание воздуха, содержание которого регламентируется 20%. Для изготовления моделей используется пастообразный модельный материал строго регламентированной температуры, который под давлением подается в полость пресс-формы.

Охлажденная в пресс-форме модель используется для изготовления оболочковых форм.

Рассмотренный метод обладает рядом недостатков. При изготовлении моделей наблюдается неконтролируемое распределение воздуха по ее объему, что приводит к образованию поверхностных дефектов и недоливам. Концентрация воздуха особенно в тонких частях модели приводит к ее разрушению при извлечении из пресс-формы. Изменение температурных условий хранения выплавляемых моделей приводит к искажению их геометрической формы, например к вздутию или образованию утяжин. Искажение геометрической формы моделей наблюдается и при их затвердевании в пресс-форме, что требует четкого соблюдения технологических параметров, таких как температура процесса и давление формирования модели.

Модели, изготовленные рассматриваемым способом, оказывают влияние на возникновение брака оболочковых форм.

Выплавление модели из оболочковой формы сопровождается температурным расширением модельного материала и воздуха, блокированного в структуре модели, т.к. процесс прогрева оболочки происходит неравномерно, то в зонах, наиболее удаленных от литниковой воронки, развиваются давления от температурного расширения, превышающие допустимые значения, что приводит к образованию трещин в структуре оболочки и, в некоторых случаях, к их разрушению. В данном случае сконцентрированный в одном месте воздух не может компенсировать температурные деформации модели.

Под действием давления расплав модельного материала проникает в структуру оболочковой формы, оказывает расклинивающее действие при термообработке оболочки, значительно понижая ее прочность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления выплавляемых моделей с использованием порошка модельного материала [2] . Сущность способа заключается в том, что в расплав модельной композиции при 60-65^oС вводят порошок той же композиции с температурой ±10^oС фракции 0,1-1 мм. Это позволяет интенсифицировать процесс охлаждения расплава композиции, обеспечить более равномерное распределение пористости по объему изготавливаемой модели и увеличить производительность изготовления моделей с мелкодисперсной структурой. Реализация изобретения позволяет снизить брак моделей по утяжинам и вздутиям.

Однако рассматриваемый способ-прототип изготовления выплавляемых моделей содержит ряд недостатков, препятствующих получению требуемого технического результата.

При реализации способа-прототипа необходим строгий контроль за соблюдением температурного режима изготовления и хранения выплавляемых моделей. Изготовление моделей сопровождается появлением брака по недоливам, образующегося в результате противодавления воздуха в полости пресс-формы; утяжинам и короблению, являющихся следствием усадочных процессов при затвердевании и охлаждении многокомпонентного модельного материала, имеющего широкий интервал кристаллизации. Существует вероятность нарушения размерной и геометрической точности моделей от вздутия или утягивания при несоблюдении условий их хранения. Изготовление моделей сопровождается образованием неконтролируемой закрытой пористости, которая не компенсирует температурное расширение модели до ее расплавления при удалении из оболочковой формы.

Эти и другие недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.

Задача, решаемая заявленным способом изготовления выплавляемых моделей, заключается в повышении размерной и геометрической точности получаемых моделей и отливок; физико-механических свойств оболочковых форм.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается изготавливать выплавляемые модели холодным прессованием смеси порошков модельной композиции и ее наиболее легкоплавких компонентов фракций 0,1-1,6 мм в процентном соотношении, обусловленном количеством испарения последних за один технологический цикл изготовления и выплавления моделей, при ее непосредственном дозировании в пресс-форму, обеспечивающим изготовление моделей с 3-10% открытой пористостью, посредством совмещения поверхностей разъемов (смыкания) пресс-формы.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом осуществляется посредством способности гранулированного материала спекаться при прессовании практически без образования жидкой фазы и, как следствие, без фазовых деформационных процессов с образованием открытой капиллярной пористости, что позволяет сократить брак при изготовлении моделей, повысить их размерную и геометрическую точность, повысить прочность оболочковых форм и снизить их потери при выплавлении моделей и прокаливании, повысить качество поверхности отливок и их точность.

Изготовление выплавляемых моделей предлагаемым методом имеет ряд преимуществ перед существующими способами. Полностью устраняется брак моделей при их изготовлении. Засыпаемый в определенном количестве (для обеспечения 3-10% пористости моделей) в пресс-форму модельный порошкообразный материал равномерно распределяется по ее объему. При осуществлении прессования (смыкания пресс-формы) материал заполняет все поднутрения и полости пресс-формы, предупреждая недоливы, т. к. материал, частично перемешиваясь с воздухом, выдавливает его излишки из пресс-формы. Качество поверхности получаемых данным способом моделей соответствует качеству поверхности пресс-форм и обладает характерным зеркальным блеском.

Вышеизложенное справедливо для порошков модельного материала фракции 0,1-1,6 мм. При использовании модельных материалов более крупной фракции наблюдается разрушение гранул на поверхности моделей с образованием поверхностных дефектов в виде выщерблин, менее крупной - сопровождается комкованием, что затрудняет введение материала в пресс-форму.

При реализации предлагаемого метода отпадает необходимость образования пастообразной композиции с определенными интервалами затвердевания.

Дозирование порошкообразного модельного материала в пресс-форму в меньших количествах, обеспечивающих получение моделей с пористостью более 10%, приводит к снижению физико-механических свойств моделей, а в некоторых случаях к осыпанию элементов моделей.

Процесс удаления моделей, полученных заявляемым способом из оболочковых форм в горячей воде, сопровождается их объемным сокращением при расплавлении. При нагревании моделей расширяющийся воздух удаляется из модели сквозь оболочковую форму посредством открытой пористости их структур. Образующаяся жидкая фаза модельного материала впитывается в модель под действием капиллярных сил, температурные расширения модели компенсируются пористостью.

На основании вышеизложенного выплавляемая модель не оказывает силового воздействия на оболочковую форму и не пропитывает ее, что позволяет повысить на 20-40% прочность оболочек, сократить их потери при прокаливании, повысить качество отливок по чистоте поверхности и точности.

Реализация заявляемого технического решения осуществляется следующим образом.

Предварительно подготовленный порошок модельной композиции и ее наиболее легкоплавких компонентов, например, фракции 0,8 мм дозируется непосредственно в пресс-форму в объеме ~25 объемов изготавливаемой выплавляемой модели, что обеспечивает ее изготовление с 3%-ной пористостью. Прессование моделей осуществляется посредством совмещения (смыкания) элементов пресс-формы. После прессования разрежение снижается, пресс-форма раскрывается, модель удаляется при помощи толкателей пресс-формы.

Технологические свойства выплавляемых моделей, изготавливаемых заявляемым способом, представлены в таблице.

На основании анализа результатов технологических свойств выплавляемых моделей, представленных в таблице, заявляемые диапазоны изготовления моделей представляются предпочтительными.

Промышленная применимость разработанного способа изготовления выплавляемых моделей обуславливается: сокращением затрат на приготовление модельной композиции; простотой осуществления технологической операции изготовления моделей; значительным снижением, а в некоторых случаях полным упразднением брака при изготовлении моделей; полным упразднением брака оболочковых форм при выплавлении моделей, а также на стадии их формирования, повышением их размерной и геометрической точности, прочностных свойств после прокаливания; повышением размерной и геометрической точности отливок, их качества поверхности, что приводит к значительному сокращению затрат на механическую oбpaбoтку.

ЛИТЕРАТУРА:
1. Литье по выплавляемым моделям / В.Н. Иванов, С.А. Кузеннов, Б.С. Курчман и др.; под общ. ред. Я.И. Шкленника, В.А. Озерова. - 3-изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984. С. 133-136.

2. А.с. 1687358 СССР, МКИ⁵ В 22 С 7/02. Способ изготовления выплавляемых моделей / П. Ф. Степченко, Г.И. Наумов, В.С. Маколкин, У.Е. Широбонова. - Заявл. 03.01.89; Опубл. 30.10.91., Бюл. 40.

Изобретение может быть использовано в машиностроении при литье по выплавляемым моделям. Модель изготавливают из порошкообразной смеси модельной композиции и ее наиболее легкоплавких компонентов фракции 0,1-1,6 мм. Соотношение компонентов смеси обусловлено количеством испарения наиболее легкоплавких компонентов за один технологический цикл. Модельный материал дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 3-10%. Без предварительного нагрева прессуют модельный материал посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы. При прессовании порошковый модельный материал спекается практически без фазовых деформационных процессов с образованием открытой капиллярной пористости, которая компенсирует расширение модели в процессе ее нагрева при выплавке из керамической оболочки. Обеспечивается повышение размерной и геометрической точности моделей и отливок. 1 табл.

Способ изготовления выплавляемых моделей, включающий прессование модельного материала в пресс-форме, отличающийся тем, что модельный материал используют в виде смеси порошков фракции 0,1-1,6 мм модельной композиции и ее наиболее легкоплавких компонентов в процентном соотношении, обусловленном количеством испарения последних за один технологический цикл изготовления и выплавления моделей, при этом модельный материал дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 3-10%, а прессование модельного материала осуществляют без предварительного нагрева посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы.