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

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

Известен способ изготовления пористых выплавляемых моделей, т.е. удаляемых моделей из пастообразного модельного материала [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-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984, с. 133-136.]. 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 удаляемых 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.

Удаление модели из оболочковой формы сопровождается температурным расширением модельного материала и воздуха, блокированного в структуре модели. Так как 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 сути и достигаемому результату является способ изготовления выплавляемых моделей из легкоплавких композиций на основе парафина, церезина, полиэтиленового или буроугольного восков, включающий расплавление модельной композиции, интенсивное перемешивание расплава в герметичной емкости, охлаждаемой снаружи проточной водой, и запрессовку пастообразной композиции с температурой 52-56^oС в пресс-форму, в расплав модельной композиции при 60-65^oС вводят порошок той же композиции с температурой ± 10^oС, фракции 0,1-1,0 мм, не прекращая интенсивного перемешивания расплава [авт. св. 1687358, опубл. 30.10.91]. 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 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 и физико-механических свойств оболочковых форм.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается в качестве модельного материала использовать порошкообразную смесь однокомпонентного модельного материала фракции 0,1-1,6 мм и нитрата аммония (NH₄NО₃) фракции 0,1-2,5 мм в соотношении по объему: модельный материал - 25-65%; нитрат аммония (NH₄NO₃) - 35-80%, материал дозируется в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение удаляемых моделей с 3-10% пористостью, изготовление которых производится прессованием порошка модельного материала без предварительного нагрева посредством совмещения поверхностей разъемов (смыкания) пресс-формы.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом осуществляется посредством способности порошкообразной смеси модельного материала и нитрата аммония 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 удалении и прокаливании моделей, повысить качество поверхности отливок и их точность.

Изготовление удаляемых моделей предлагаемым методом имеет ряд преимуществ перед существующими способами. Полностью устраняется брак моделей при их изготовлении. Поступающий 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. воздух удаляется из пресс-формы. Качество поверхности получаемых данным способом моделей соответствует качеству поверхности пресс-форм и обладает характерным зеркальным блеском.

Вышеизложенное справедливо для предлагаемых фракционных составов компонентов порошкообразной модельной композиции. При использовании более крупных фракций наблюдается образование поверхностных дефектов в виде выщерблин, менее крупной - сопровождается комкованием, что затрудняет введение материала в пресс-форму.

Использование модельной композиции рекомендованного процентного соотношения обусловливается качеством получаемых моделей. Увеличение процентного соотношения однокомпонентного модельного материала ведет к ухудшению прочностных свойств модели, уменьшение - к снижению качества поверхности последних.

Дозирование порошкообразного модельного материала в пресс-форму в меньших количествах, обеспечивающих получение моделей с пористостью более 10%, приводит к снижению физико-механических свойств моделей, в больших, обеспечивающих получение моделей с пористостью менее 3%, - технологически (для данных условий прессования) не осуществимо.

Процесс удаления моделей, полученных заявляемым способом из оболочковых форм в горячей воде, сопровождается первоначальным растворением гранул нитрата аммония с последующим расплавленном однокомпонентного воскообразного материала, что приводит к объемному сокращению моделей. При нагревании расширяющийся воздух удаляется из модели сквозь оболочковую форму посредством открытой пористости ее структуры. Образующаяся жидкая фаза модельного материала впитывается в модель под действием капиллярных сил, температурные расширения модели компенсируются пористостью и образующимися вследствие растворения гранул нитрата аммония пустотами.

На основании вышеизложенного модель не оказывает силового воздействия на оболочковую форму и выплавляемая часть не пропитывает ее, а растворяемая - пропитывает, что позволяет повысить на 20-60% прочность оболочек до и после прокаливания, сократить их потери, повысить качество отливок по чистоте поверхности и точности.

Реализация заявляемого технического решения осуществляется следующим образом.

Приготавливается из однокомпонентного модельного материала (парафина), например. фракции 0,8 мм и смешивается с нитратом аммония, например, фракции 0,15 мм в пропорциях: модельный материал - 50%; нитрат аммония - 50%. Готовый модельный материал дозируется в пресс-форму в количестве ~ 25 объемов изготавливаемой удаляемой модели для обеспечения ее 3 %-ной пористости. Помещенный в пресс-форму материал прессуется посредством совмещения (смыкания) подвижных элементов пресс-формы. После прессования пресс-форма размыкается, модель удаляется при помощи толкателей.

Технологические свойства удаляемых моделей, изготовляемых заявляемым способом, представлены в таблице.

На основании анализа результатов технологических свойств удаляемых моделей, представленных в таблице, заявленные диапазоны изготовления моделей представляются предпочтительными. При этом какого-либо негативного влияния, препятствующего повторному использованию модельного материала, со стороны нитрата аммония выявлено не было.

Промышленная применимость разработанного способа изготовления выплавляемых моделей обусловливается 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 удалении 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 обработку.

Изобретение может быть использовано в машиностроении при литье по выплавляемым моделям. Модель изготавливают из порошкообразной смеси однокомпонентного модельного материала фракции 0,1-1,6 мм и нитрата аммония фракции 0,1-2,5 мм. Соотношение компонентов смеси по объему составляет: модельный материал 20-65%, нитрат аммония 35-80%. 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 порошкообразный 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 удаляемых моделей, включающий прессование модельного материала в пресс-форме, отличающийся тем, что модельный материал используют в виде порошкообразной смеси однокомпонентного модельного материала фракции 0,1-1,6 мм и нитрата аммония фракции 0,1-2,5 мм при следующем соотношении компонентов по объему: модельный материал 20-65%, нитрат аммония 35-80%, модельный материал дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 3-10%, при этом прессование модельного материала осуществляют без предварительного нагрева посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы.