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 из легкоплавкой модельной композиции, включающий расплавление модельной композиции, перемешивание расплава в емкости, создание вакуума в пресс-форме, находящейся в герметичном кожухе, и запрессовку модельной композиции в пресс-форму в условиях вакуума (Иванов В.Н. и др. Литье по выплавляемым моделям. М., Машиностроение, 1984, с. 160) [2].

Однако рассматриваемый способ-прототип изготовления выплавляемых моделей содержит ряд недостатков, препятствующих получению требуемого технического результата. 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 в способе изготовления выплавляемых моделей, включающем прессование модельной композиции в пресс-форме, модельную композицию используют в виде порошка фракции 0,1-1,6 мм, которую дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 1,5-3%, при этом прессование модельной композиции осуществляют в вакууме -95 кПа без предварительного нагрева посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы.

Изготовление выплавляемых моделей предлагаемым методом имеет ряд преимуществ перед существующими способами. Полностью устраняется брак моделей при их изготовлении. Засыпаемый в определенном количестве (для обеспечения 1,5-3% пористости моделей) в пресс-форму модельный порошкообразный материал равномерно распределяется по ее объему. При осуществлении вакуумирования и дальнейшего 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 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.

Дозирование порошкообразного модельного материала в пресс-форму в меньших количествах, обеспечивающих получение моделей с пористостью более 3%, приводит к снижению физико-механических свойств моделей, в больших (с образованием пористости менее 1,5%) - способствует возникновению силового воздействия модели при выплавлении на оболочковую форму, т.е. температурное расширение модельной массы не компенсируется меньшей пористостью [1].

Степень разряжения - 95 кПа, создаваемая при изготовлении моделей, является оптимальной, т.к. ее увеличение представляется технологически нецелесообразным, а уменьшение препятствует получению моделей заданной пористости и способствует сохранению воздуха в структуре модели, что может неблагоприятно отразиться на оболочковой форме при выплавлении последних.

Процесс удаления моделей, полученных заявляемым способом из оболочковых форм в горячей воде, сопровождается их объемным сокращением при расплавлении. Образующаяся жидкая фаза модельного материала впитывается в модель под действием капиллярных сил и рязряжения в структуре модели, температурные расширения модели полностью компенсируются 1,5-3% пористостью [1].

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.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим решением осуществляется посредством способности гранулированного парафина спекаться при вакуумировании и 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.

Промышленная применимость разработанного способа изготовления выплавляемых моделей обусловливается: сокращением затрат на приготовление модельной композиции, 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, качества их поверхности, что приводит к значительному сокращению затрат на механическую обработку.

Реализация заявляемого технического решения осуществляется следующим образом.

Предварительно подготовленный порошок модельной композиции, например фракции 0,8 мм, дозируется в пресс-форму в объеме ~25 объемов изготавливаемой выплавляемой модели, что обеспечивает ее изготовление с 3%-ной пористостью. Пресс-форма герметизируется, после чего в ней создается разряжение - 95 кПа. Под действием вакуума производится прессование модели посредством совмещения (смыкания) элементов пресс-формы. После прессования разряжение 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 удаляемых моделей, представленных в таблице, заявляемые диапазоны изготовления моделей представляются предпочтительными.

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.

Изобретение может быть использовано в машиностроении при литье по выплавляемым моделям. Модель изготавливают из порошкообразной модельной композиции фракции 0,1-1,6 мм. Модельную композицию дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 1,5-3%. Без предварительного нагрева прессуют модельную композицию посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы. При прессовании порошковая модельная композиция 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 модельной композиции в пресс-форме в вакууме, отличающийся тем, что модельную композицию используют в виде порошка фракции 0,1-1,6 мм, которую дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 1,5-3%, при этом прессование модельной композиции осуществляют в вакууме -95 кПа без предварительного нагрева посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы.