CC BY
26
УДК 621.74.045
НОВЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ФОРМ В ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
И. А. Гончаренко*, В. А. Гончаренко Научный руководитель - Л. А. Оборин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: Vip.igor.2107@mail.ru
Рассмотрены новые технологические процессы формирования огнеупорных форм в литье по выплавляемым моделям.
Ключевые слова: изготовления отливок; охлаждения отливок; огнеупорные материалы и связующее; извлечение из формы.
NEW TECHNOLOGICAL PROCESS OF FORMING REFRACTORY MOLDS
IN INVESTMENT CASTING
I. A. Goncharenko*, V. A. Goncharenko Scientific Supervisor - L. A. Oborin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: Vip.igor.2107@mail.ru
New technological processes offorming refractory forms in investment casting are considered.
Keywords: casting manufacturing; cooling casting; refractory materials and binder; removing from the mold.
Сущность литья по выплавляемым моделям сводится к изготовлению отливок заливкой расплавленного металла в разовую тонкостенную неразъемную литейную форму, изготовленную из жидкоподвижной огнеупорной суспензии по моделям разового использования с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме и извлечением ее из формы.
Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывают в пресс-формы 1 (рис. 1, а). После его затвердевания пресс-форма раскрывается и модель 2 (рис. 1, б) выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают в модельные блоки 3 (рис. 1, в) с общей литниковой системой. В один блок объединяют 2.. .100 моделей.
Отличительными особенностями литья по выплавляемым моделям, является низкая теплопроводность и высокая начальная температура формы. Это значительно снижает скорость отвода теплоты от залитого металла и способствует улучшению заполнения полости формы; малая интенсивность охлаждения расплава приводит к снижению скорости затвердевания отливок, укрупнению кристаллического строения, появлению в массивных узлах и толстых стенках (толщиной 6...8 мм) усадочных раковин и пористости; повышенная температура формы способствует развитию на поверхности контакта отливка - форма физико-химических процессов, приводящих к изменению структуры поверхностного слоя отливки, появлению различных дефектов на ее поверхности. Технологический процесс изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям состоит из следующих основных операций:
• изготовления моделей и сборки модельных блоков;
• покрытия моделей огнеупорной оболочкой;
• выплавления модельного состава;
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
• подготовки литейных форм к заливке;
• заливки расплавленного металла в литейную форму, затвердевания и охлаждение отливок;
• выбивки отливок и их отделения от литниковой системы: очистки отливок и т. д.
е) ж) ч)
Последовательность изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям
Способ отливки, получают путем заливки расплавленного металла в формы, изготовленные по выплавляемым моделям многократным погружением в керамическую суспензию с последующей обсыпкой и отверждением.
Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов, состоящих из двух или более легкоплавких компонентов: парафина, стеарина, жирных кислот, церезина и др.
Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывают в пресс-формы 1 (рис. 1, а). После его затвердевания пресс-форма раскрывается и модель 2 (рис. 1, б) выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают в модельные блоки 3 (рис. 1, в) с общей литниковой системой. В один блок объединяют 2.. .100 моделей.
Для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям используется жидкая формовочная смесь - керамическая суспензия, которая состоит из огнеупорных материалов и связующего.
В качестве огнеупорных материалов используются пылевидный кварц, тонкоизмельченный шамот, электрокорунд (А12О3) и другие материалы. Для обсыпки слоя суспензии применяется кварцевый песок. Связующим материалом здесь является гидролизованный раствор этилсилика-та (С2Н504)81. Этилсиликат представляет собой смесь эфиров кремниевых кислот, содержащих 28.45 % кремнезема (8Ю2). Для придания вяжущих свойств этилсиликат подвергают гидролизу, сущность которого состоит в замещении этоксильных групп (-ОС2Н5) гидроксильными (-ОН). При гидролизе используются органические растворители (технический ацетон, этиловый спирт и др.) и катализатор - соляная кислота. Образовавшиеся в результате реакции молекулы поликремниевых кислот п8Ю2 • (п+1)Н2О повышают вязкость раствора и способствуют образованию силикозоля. При прокалке золь переходит в гель. Гель теряет влагу, и содержащийся в нем оксид кремния соединяет зерна огнеупора, при этом суспензия отвердевает.
Огнеупорную суспензию приготовляют в специальных мешалках, в бак которых загружают, например, пылевидный кварц (65.75 % от массы суспензии) гидролизованный раствор этилси-ликата (35.25 %) и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков. Для приготовления суспензии используются и другие способы.
Формы по выплавляемым моделям изготовляют погружением модельного блока 3 в керамическую суспензию 5, налитую в емкость 4 (рис. 1, г), с последующей обсыпкой кварцевым пес-
ком 7 в специальной установке 6 (рис. 1, д). Затем модельные блоки сушат 2...2,5 ч на воздухе или 20.40 мин в среде аммиака. На модельный блок наносят четыре - шесть слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя.
Модели из форм удаляют выплавлением в горячей воде. Для этого их погружают на несколько минут в бак 8, наполненный водой 9, которая устройством 10 нагревается до температуры 80. 90 °С (рис. 1, е). При выдержке модельный состав расплавляется, всплывает на поверхность ванны, откуда периодически удаляется для нового использования. После извлечения из ванны оболочки промывают водой и сушат в шкафах в течение 1,5-2 ч при температуре 200 °С. Затем оболочки 12 ставят вертикально в жаростойкой опоке 13, вокруг засыпают сухой кварцевый песок 14 и уплотняют его, после чего форму направляют в электрическую печь 11 (рис. 1, ж), в которой ее прокаливают не менее 2 ч при температуре 900.950 °С. При прокалке частички связующего спекаются с частичками огнеупорного материала, влага испаряется, остатки модельного состава выгорают. В форму сразу же после прокалки заливают горячим расплавленным металлом к, из ковша 15 (рис. 1, з). После охлаждения отливки форму разрушают. Отливки на обрезных прессах или другими способами отделяют от литников и для окончательной очистки направляют на химическую очистку в 45 %-ный водный раствор, едкого натрия, нагретый до температуры 150 °С. После травления отливки промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю.
Керамическая суспензия позволяет точно воспроизвести контуры модели, а образование неразъемной литейной формы с малой шероховатостью поверхности способствует получению отливок с высокой точностью геометрических размеров и тоже с малой шероховатостью поверхности, что значительно снижает объем механической обработки отливок. Припуск на механическую обработку составляет 0,2.0,7 мм.
Заливка расплавленного металла в горячие формы позволяет получать сложные по конфигурации отливки с толщиной стенки 1.3 мм и массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов из жаропрочных труднообрабатываемых сплавов (турбинные лопатки), кор-розионностойких сталей (колеса для насосов), углеродистых сталей в массовом производстве (в авто- и приборостроении, других отраслях машиностроения).
Технологический процесс изготовления отливок по выплавляемым моделям механизирован и автоматизирован. В массовом производстве используют автоматические установки для изготовления моделей, приготовления суспензии, нанесения ее на блоки моделей и обсыпки их кварцевым песком, для прокаливания и заливки форм и т. д., объединенные транспортными устройствами в автоматические линии.
Библиографические ссылки
1. Килов А. С., Попов А. В., Недыхалов В. А. Производство заготовок. Литье. Кн. 3. Проектирование и производство отливок (литых заготовок) : учеб. пособие. Оренбург : ГОУ ОГУ, 2004. 171 с.
2. Научно-технологические основы производства литых деталей по выплавляемым моделям для силовых установок летательных аппаратов : монография. 2-е изд., доп. / Л. А. Оборин; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 242 с.
3. Технологическое обеспечение изготовления качественных деталей машин методом литья по выплавляемым моделям : учеб. пособие / Л. А. Оборин, В. А. Колмыков ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. 106 с.
© Гончаренко И. А., Гончаренко В. А., 2019
