Способ получения выплавляемой модели тела вращения Российский патент 2021 года по МПК B22C7/02 B22D13/00 

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

Известен способ получения выплавляемой модели, описанный в патенте РФ № 2188735, согласно которому выплавляемую модель изготавливают из модельного порошкообразного материала фракции 0,1-1,6 мм, который дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 3-10%, и без предварительного нагрева прессуют посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы.

Недостатком этого способа является сложность конструкции пресс-формы для получения выплавляемой модели тела вращения, поскольку при таком способе получение выплавляемой модели с одинаковыми свойствами на всех участках поверхности представляется затруднительным.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому способу, является принятый за прототип способ, описанный в а.с. СССР №390862, при котором формование тела вращения осуществляют за счет действия центробежных сил во время вращения литейной формы на введенный в литейную форму разогретый порошкообразный материал и расплав связующего материала, в частности, парафина. По окончании формирования тела вращения оно извлекается из формы и направляется на дальнейшие стадии обработки.

Реализация такого способа приводит к формированию тела вращения из расплава связующего материала - парафина и разогретого порошкового материала, при этом температура связующего материала и порошкового материала отличаются от температуры литейной формы, что приводит к появлению на поверхности сформированного тела вращения характерных для литья дефектов: коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и литейной формы. Кроме того, при остывании связующего материала за счет уменьшения объема последнего, возможно проявление усадки. Использование такого принципа формирования выплавляемых моделей для получения отливок по выплавляемым моделям затрудняется тем, что на этапе удаления модельной массы из керамической оболочковой формы в результате теплового расширения модельная масса оказывает разрушающее воздействие на внутреннюю поверхность керамической оболочковой формы, в ряде случаев приводя к образованию трещин в последней.

Эти недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.

Задачей заявляемого изобретения является получение выплавляемой модели тела вращения с поверхностью без характерных для литья дефектов: усадки, а также коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и формы.

Технический результат, достигаемый при этом способе, заключается в получении выплавляемой модели с поверхностью без характерных для литья дефектов: коробления поверхности, слоистости, усадки.

Указанная задача решается благодаря тому, что в способе получения выплавляемой модели тела вращения, включающим дозированную подачу материала в форму в виде тела вращения, вращение формы до получения сформированной выплавляемой модели, согласно изобретению, в качестве материала используют воскообразную модельную композицию в виде порошка фракции не менее 0,4 мм, используют форму с внутренним радиусом не менее 3 см, форму вращают относительно ее вертикальной оси с частотой 6000-15000 об/мин.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом объясняется следующим образом.

В качестве материала для получения выплавляемой модели тела вращения используют воскообразную модельную композицию в виде порошка, внесенного в форму, в которой под действием центробежной силы частицы порошка уплотняются на внутренней поверхности вращающейся литейной формы без подведения внешних источников тепла. За счет центробежного уплотнения порошкового материала образуется тело выплавляемой модели с поверхностью без характерных для литья дефектов: усадки, коробления поверхности и слоистости.

Вышеизложенное справедливо для порошков воскообразной модельной композиции фракции не менее 0,4 мм. При использовании модельной композиции фракции менее 0,4 мм наблюдается комкование порошкового материала, что затрудняет равномерное распределение материала на начальных стадиях уплотнения и приводит к нарушению геометрии выплавляемой модели тела вращения.

Дозированная подача воскообразной модельной композиции в форму обеспечивает требуемую толщину выплавляемой модели. Технологически приемлемая плотность выплавляемой модели, получаемой прессованием порошка ПС50/50, при которой достигаются требуемые размерно-геометрические и прочностные характеристики прессовки, принадлежит диапазону 0,810÷0,921 г/см³. Такая плотность по данным работы [Жилин С.Г., Богданова Н.А., Комаров О.Н., Соснин А.А. Снижение упругого отклика при уплотнении порошковой парафиностеариновой композиции // Деформация и разрушение материалов. 2020. № 1. С. 29-33] обеспечивает выплавляемым моделям пористость в диапазоне 0-12%, что позволяет повысить трещиностойкость оболочковых форм, сформированных по таким выплавляемым моделям.

Получение выплавляемой модели с требуемой плотностью определяется массой дозированного материала, частотой вращения формы и величиной ее внутреннего радиуса. Значения рабочей частоты вращения формы, внутреннего радиуса формы и массы дозированного материала определены экспериментально и представлены в таблице (см. графическую часть).

В таблице приведены экспериментально полученные значения плотности тел вращения при центробежном уплотнении парафино-стеариновой композиции ПС 50/50 при различных радиусах формы, массах материала и частотах вращения для получения выплавляемой модели цилиндрической формы с толщиной стенки 1 см.

Из таблицы следует, что требуемая плотность тела вращения достигается при условиях, характерных для данных, представленных в строках таблицы с порядковыми номерами Nп/п: 4, 7, 10, 13, 14.

Способ осуществляют следующим образом. Образующую поверхность формы смачивают разделительным составом. Вносят в форму в виде тела вращения дозированное количество порошка воскообразной модельной композиции. Форму, закрепленную на роторе центрифуги или в патроне станка, вращают относительно ее вертикальной оси. Сформированную в форме за счет воздействия центробежной силы на порошок воскообразной модельной композиции выплавляемую модель тела вращения удаляют из формы выдавливанием или извлекают вручную, после разъединения разъемных частей формы.

Заявляемое техническое решение осуществляют следующим образом. Образующую поверхность формы смачивают разделительным составом, например, керосином. Предварительно подготовленную модельную воскообразную композицию, например, парафино-стеаринового состава ПС 50/50, фракции 1,2 мм, дозой помещают в форму тела вращения радиусом, например, 15 см. Форму, закрепленную на роторе центрифуги вращают относительно ее вертикальной оси.

Для формирования выплавляемой модели цилиндрической формы высотой 10 см и толщиной стенки 1 см с плотностью 0,920 г/см³ в форму в виде полого цилиндра с дном и крышкой засыпают порошок марки ПС50/50 массой 839 г. Частота вращения формы для представленных выше параметров составляет 6200 об/мин, что следует из таблицы. Форму приводят во вращение, достигают значения частоты вращения 6200 об/мин. Экспериментально установлено, что время вращения не оказывает существенного влияния на плотность формируемой выплавляемой модели тела вращения. В ходе эксперимента установлено, что для достижения требуемой плотности модели достаточно вращения формы до 5 мин. Вращают форму около 4 минут. Вращение формы прекращают; после остановки формы извлекают выплавляемую модель тела вращения.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении выплавляемой литейной модели. Способ получения выплавляемой модели тела вращения включает дозированную подачу порошка воскообразной модельной композиции в форму в виде тела вращения и вращение упомянутой формы относительно ее вертикальной оси. Воскообразная модельная композиция представляет собой порошок фракции не менее 0,4 мм. Используют форму с внутренним радиусом не менее 3 см, которую вращают с частотой 6000-15000 об/мин. Под действием центробежной силы частицы порошка модельной композиции уплотняются на внутренней поверхности формы без подведения тепла, что позволяет получить модель с требуемой шероховатостью и геометрией. Обеспечивается устранение усадки, коробления поверхности и слоистости модели, что позволяет повысить размерную и геометрическую точность отливок и физико-механические свойства оболочковых форм. 1 табл.

Способ получения выплавляемой модели тела вращения, включающий дозированную подачу материала в форму в виде тела вращения, вращение формы до получения сформированной выплавляемой модели, отличающийся тем, что в качестве материала используют воскообразную модельную композицию в виде порошка фракции не менее 0,4 мм, при этом используют форму с внутренним радиусом не менее 3 см, которую вращают относительно вертикальной оси с частотой 6000-15000 об/мин.