Способ изготовления форм вакуумной формовкой Советский патент 1985 года по МПК B22C9/03 

I Изобретение относится к литейнвму производству, в частности к литью в формы, изготавливаемые вакуумной формовкой. Цель изобретения - повышение качества отливок путем улучшения дх механических свойств и снижения брак Технологический процесс изготовле ния литейной формы по предлагаемому способу состоит в следующем. Модель покрывают герметизирующим элементом, например синтетической пленкой. Затем модель вакуумируют , для притягивания герметизирующего элемента- к поверхности модели. Устанавливают .опоку и насыпают на модель первый слой из материала наполнителя технологически необходимой толщины и т,еплопроводности и уплотняют его. Затем насыпают материалы второго слоя наполнителя и также уплотняют. Далее, в зависимости от высоты модели и опоки, наносят трети слой материалов доверха опоки, на контрлад опоки накладывают синтетическую пленку и создают в объеме опо ки разрежение технически необходимой величины. Затем сообщают полость модели с атмосферой и извлекают модель из полуформы. При заливке расплава в форму, изготовленную предлагаемым способом, слои наполнителя выполняют следующие функции. В случае, когда изготавливают отливки с толщиной стенки больше 8 мм ив качестве материала первого слоя берут металлический порошок, то после заполнения формы-расплавом кристаллизация поверхностного слоя отливки проходит со значительной скоро.стью. Послед5тощие слои наполнителя, выполненные из материалов с меньшей теплопроводностью, способствуют снижению скорости теплоотвода и обеспечивают сохранение в течение определенного времени в достаточном количестве жидкой фазы, служащей для залечивания междендритных пустот кристаллизирующейся отливки, что .очень важно для сплавов, затвердеваю щих в широком интервале температур. Это позволяет повысить механические свойства в отливках и снизить брак ПО трещинам. Выполнение первого из материала с низкой теплопроводностью, который рекомендуется применять для тонкостенных отливок, позволяет сни84зить теплоотвод от расплава при заполнении им полости формы. Это обеспечивает возможность сохранять высокую скорость заполнения Лормы расплавом, что имеет важное значение для процесса литья вакуумной формовкой, поскольку снижает вероятность разрушения формы в период заливки. Способ позволяет также снизить брак по недоливам, неспаям, так как заполнение формы производится расплавом с достаточной температурой, незначительно снижаюп ейся в процессе заливки. Таким способом можно изготавливать отливки с минимальной толщиной стенки. Последующие слои, наполнителя из материалов с более высокой теплопроводностью способствуют увеличению теплоотвода от расплава после заполнения им полости формы, что позволяет уменьшить размер и увеличить количество зерен в структуре отливок, и, следовательно, повысить ее механические свойства. Такой механизм работы требует применения указанньпс слоев наполнителя определенной толщины по отношению к толщине стенки отливки. Так, если первьй слой выполняют из материала с высокой теплопроводностью, то отношение толщины этого слоя к толщине стенки отливки должно составлять 1,5-20. При меньшем соотношении масса охлаждающего слоя недостаточна для интенсивного охлаждения поверхностного слоя и не оказывает заметного влияния на механические свойства отливок. При большем соотношении теплоотвод от расплава становится настолько интенсивным, что приводит к объемной кристаллизации всей массы расплава, характерной для широкоинтервальных сплавов, с образованием значительных по величине внутренних . напряжений в отливке, которые способствуют возникновению в ней трещин. При вьшолнёнии первого слоя из материала с низкой теплопроводностью, например, из кварцевого песка, отношение толщины этого слоя к толщине отливки должно составлять 2-80. При меньшем соотношении толщина этого слоя недостаточна для снижения на необходимзпо величину скорости теплоотвода от расплава при заполнении им формы. Это приводит к снижению температуры потока расплава, а следовательно, к снижению скорости заполнения формы, повьпиению вероятности ра рушения формы и образованию неспаев недоливов и других дефектов. При большем соотношении влияние на механические свойства отливок второго слоя с большей теплопроводностью практически не сказывается, .так как к моменту его нагрева за счет теплоотвода от отливки через первый слой образование кристаллической структуры отливки практически заканчивается .: . Второй слой выполняется толщиной составляющей 4-100 по отношению к толщине стенки отливки. При меньшем соотношении объем второго слоя недос таточен для снижения или увеличения теплоотвода в зависимости от назначения первого слоя. При большем соот ношении толщин второго слоя и стенки отливки снижение теплоотвода от первого .слоя, если он выполнен из наполнителя с высокой теплопроводностью, приводит к повьшению скорости кристаллизации отливки и возможному образованию трещин. Увеличе ние теплоотвода от первого слоя, ес ли он выполнен из наполнителя с низ кой теплопроводностью, приводит к снижению температуры потока расплава и образованию дефектов в отливках в виде неспяев, недоливов и т.д. Выбор трещин слоев зависит от материала отливки, толщины ее стенок, теплопроводности наполнителя. Так для отливок из сплавов на основе железа рекомендуемое соотношение толщин первого слоя и отливки при толщине стенки отливки от 10 до 30 мм составляет 4-15; при толщине стенки свыше 30 мм - 7-20; при толщине стен ки от 5 до 10 мм - 30-80; а менее 5 мм - 40-80. Для сплавов на медной основе это соотношение составляет соответственно 3-14; 5-18; 20-40; 30-70; для сплавов на основе алюминия 2,5-12; 2-10; 7-50; 10-60; а для маг ниевых сплавов 2,5-10; 1,5-8; 5-40; 10-50. При этом нужно учитывать, что минимальная толщина слоя из металлического материала наполнителя не должна быть меньше 20 мм, а кварцевого песка 15 мм. Толщина второго слоя превышает толщину первого слоя в 1,2-3 раза. 8844 Многообразие материалов отливок, имеющих различную толщину стенок, и материалов наполнителей с различной теплопроводностью позволяет осуществлять способ и в других сочетаниях слоев из других материалов наполнителя. Так наполнитель может быть выполнен из смеси кварцевого или цирконового песков и металлического по рошка, находящихся в различных объ емных соотношениях. В зависимости от материала и характеристики отливок может применяться до 4-5 слоев наполнителя в различных сочетаниях по теплопроводности. ПредлагаемьпЧ способ особенно эффек чвен в сочетании с литьем под регулируемым газовым давлением (литьем под низким давлением с противодавлением, вакуумным всасыванием и т.д.). В этом случае в объеме расплава создается повышенное силовое поле, что позволяет повысить механические свойства отливок, особенно толстостенных, и снизить брак из-за обвала формы за счет возможности увеличения скорости заливки, что особенно важно для тонкостенного литья. „Пример 1. Отливку из сплава марки АЛ7-3 с толщиной стенки 13 мм и весом 7 кг изготавливают следующим образом. На модель верха накладывают синтетическую пленку из сополимера этилена с винилацетатом, подогревают ее и создают между моделью и пленкой разрежение. Далее на модель устанавливают опоку высотой 450 мм и наносят слой стального порошка зернистостью 0,05 мм и толщиной 100 мм. Слой порошка уплотняют вибрацией в течение 5 с. Затем наносят второй слой наполнителя из смеси стального порошка зернистостью 0,05 мм и кварцевого песка зернистостью 0,016 мм. Соотношение порошка и песка в. смеси составляет соответственно 40 и 60%. Второй слой выполняют толщиной 200 мм. Наполнитель уплотняют вибрацией в течение 10 с. Затем в опоку доверху насыпают кварцевый песок зернистостью 0,016 мм, уплотняют вибрацией в течение 15 с, выравнивают верх наполнителя, накладывают на контрлад синтетическую пленку и создают в об-ьеме опоки разрежение с остаточ5 . М ным давлением О,7 кгс/см, снижают , разрежение между пленкой и моделью до атмосферного давления и снимают полуформу верха с модели. Аналогично изготавливают полу-: форму низа,, спаривают и скрепляют опоки. Собранную полуформу заливают расплавом при 700 ЮС на матине литья с противодавлением в течение 10 ее выдержками под противодавлением 5 кгс/см в течение 50 с и без давления s течение 30 с. Отливки, полученные предлагаемым способом после термообработки по режиму Т5 предел прочности 51 кгс/мм, относительное удлинение 3,5%.| твердость по Бринелю 145 ед. при общем браке отливок 8% (в том числе брак тго трещинам 90%). Отливки, полученные в формах, изготовленных вакуумной формовкой с наполнителем в виде только стального порош ка с зернистостью 0,05 мм, имеют при литье с противодавлением с указанными технологическими режимами следующие показатели: предел прочности 45 кГС/мм ; относительное удлинение 2,8%.,- твердость по Бринелю 130 ед, при общем браке 14%. Пример 2., Форму для получеНИН отливки из сплава марки.Бр ОЦС 5-5-5 с толщиной стенок от 5 до 10м и весом 12 кг изготавливают как и в примере 1. При зтом толщина первого слоя из стального порошка составляет 170 мм, толпц на второго слоя из стального порошка и кварцевого песка, смешанных в соотношении 60 и 40% составляет 230 мм. ,После съема с мо дели рабочую поверхность полуформы покрывают противопригарной краской на основе маршаллита, этилового 84 спирта и поливинилбутираля и сушат в течение 10 мин. После изготовления формы ее заполняют расплавом и ковша при за 12 с. При этом отливки имеют предел прочности 26 кгс/мм, относительное удлинение 24, твердость 75 ед.. при браке по трещинам 5%. Отливки, изготовленные в формах, где в качестве наполнителя применяют смесь стального порошка и кварцевого песка в соотношении 50 и 50%, имеют предел прочности21 кгс/мм, относительное удлинение 20%, твердость 70 ед. при браке по трещинам 9% и вследствие механического пригара 3%. Пример 3. Форму для получе|Ния отливки из сплава марки АП2 с толщиной стенки 3,0 мм и весом 1,8 Кг изготавливают как и в примере 1. Толщина первого слоя из кварцевого песка зернистостью 0,016 мм составляет 75 мм, а второго слоя, состоящего из смеси кварцевого песка и стального порошка в соотношении 70 и 30%, 150 мм. Опоку доверху эасьшают кварцевьо4 песком. Изготовление отливки производят на машине литья под низким давлением с температурой заливки 720i10 C, временем заливки 6 с. Отливки, полученные по предлагаемому способу, имеют после термообработки по режиму Т2 предел прочности 18 кгс/мм, относительное удлинение 4% при браке по недоливам и неспаям 10%. Отливки, изготовленные вакуумной формовкой с одним наполнителем кварцевьм песком на машинах под низким давлением, имеют предел прочности 14,5 кгс/мм, относительное удли-Ti:нение 2,5% при 6paice по недоливам и неспаям 25%.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ ВАКУУМНОЙ ФОРМОВКОЙ преимущественно для получения плоских и коробчатых отливок, включакнций облицовку моделей синтетическим покрытием, установку опок на модельные плиты, насыпку на модели наполнителя, в качестве которого испольi зуют материалы с разной теплопрот водность), герметизацию и вакуумирование опок, извлечение моделей и сборку формы, .отличающийс я тем, что, с целью повышения качества отливок путем улучшения их механических свойств и снижения брака, насыпку материалов наполни.теля на модель осуществляют слоями, имеющими различные теплопроводность I и толщину, пропорциональную толщине .стенки отливки, причем указанные слой образуют из одного или из смеси нескольких материалов. 2.Способ по П.1, отличающийся тем, что первый слой наполнителя на модели образуют из материала с высокой теплопроводностью, пре имуществённо Металлического порошка, причем толщина слоя составляет 1,520 толщины стенки отливки. 3.Способ по П.1, о т л И ч .а ю щ и и с я тем, что первый слой наполнителя на модели образуют из материала с низкой теплопроводностью, преимущественно кварцевого песка, причем толщина .слоя составляет 2-80 толщины стенки отливки. 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, НТО. второй слой наполнителя образуют из смеси материалов с разной теплопроводностью, 65 О5 ЭО ЭО 4;: причем его толщина составляет 4-100 ,толщины стенки отливки.