CC BY
96
УДК 669.55:006.354
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЦИНКОВЫХ СПЛАВОВ В СИЛИКОНОВЫЕ ФОРМЫ
Г. Г. Крушенко1' 2*, В. П. Назаров2, С. Н. Решетникова2
'Институт вычислительного моделирования СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 44 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: genry@icm.krasn.ru
Описана технология литья деталей приборов из цинковых сплавов в силиконовые формы, преимуществом которой, во-первых, является возможность получать детали сложной конфигурации с высокой точностью, что следует из свойств цинковых сплавов, во-вторых, с применением недорогих литейных форм в результате применения для их изготовления силиконовой резины.
Ключевые слова: литье деталей приборов, цинковые сплавы, силиконовые формы.
CENTRIFUGAL CASTING PARTS FROM ZINC ALLOYS IN SILICONE MOLDS
G. G. Krushenko1, 2*, V. P. Nazarov2, S. N. Reshetnikova2
'Institute of Computational Modeling SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: genry@icm.krasn.ru
Describes the technology of injection molding parts of devices of zinc alloy in silicone molds, the advantage of which, first, is the ability to obtain parts of complex configuration with high precision, which follows from the properties of zinc alloys, secondly, with the use of inexpensive molds as a result of the use for the manufacture of silicone rubber.
Keywords: casting parts of devices, zinc alloys, silicone forms.
Детали приборов пусковых комплексов, оформляющие их лицевую сторону, отличаются как достаточно сложной конфигурацией, так и тонкими стенками, в связи с чем зачастую их изготовляют литьем из цинковых сплавов, которые обладают хорошими литейными свойствами, в частности, высокой жидкотекучестью, позволяющей отливать из них детали сложной конфигурации с толщиной стенок до 0,5 мм и меньше, с отверстиями диаметром до 1,5 мм с глубокими полостями и резьбой. При этом отлитые детали отличаются высокой точностью и чистотой поверхности и не требуют дальнейшей механической обработки. Кроме того, цинковые сплавы обладают высокими механическими свойствами, которые даже повышаются в процессе эксплуатации деталей в результате проявления эффекта самозакаливания [1]. Еще одним положительным качеством цинковых сплавов является их достаточно низкая температура плавления - до +400 °С.
Обычно детали из цинковых сплавов получают литьем под давлением. Однако, применяемые для литья пресс-формы, представляют собой достаточно сложное дорогостоящее устройство. Поэтому их использование окупается только при массовом производстве деталей - порядка нескольких тысяч. Кроме того, литье под давлением производится при помощи машин для литья под давлением, стоимость которых и их эксплуатация в еще большей степени усложняет и удорожает применение этого вида литья.
В связи с этим в области литейного производство постоянно идут поиски альтернативных способов производства деталей, которые могли бы удешевить их изготовление без потери качества.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
И одним из таких видов литья оказался разработанный в последнее время способ - литье в силиконовые формы [2].
Силикон (силиконовая резина) - это эластичный материал, получаемый на базе высокомолекулярных кремнийорганических соединений и по внешнему виду напоминающий синтетическую или обычную натуральную резину. Однако вследствие своей особой химической структуры она отличается целым рядом свойств, которые позволяют ей занять особое место среди резиновых эластичных материалов. Основная структура силиконовой резины, в отличие от обычных видов резины, - это цепи из атомов кремния и кислорода с редкими поперечными сшивками. Остальные связи кремния заняты органическими радикалами (R), в первую очередь, метильными, чем объясняется сходство с обычными сортами резины. Силикон - чрезвычайно прочный температуро- и износоустойчивый материал, обладающий, к тому же, высокой пластичностью [3], в связи с чем он получил широкое применение в аэрокосмической отрасли.
Литье в силиконовые формы позволяет получать достаточно сложные детали ответственного назначения. Так, в Самарском государственном аэрокосмическом университете разработана методика проектирования и изготовления силиконовых форм, которые применяются для литья из жаропрочных сплавов сложных деталей малоразмерных газотурбинных двигателей с максимальными габаритами 0,8^0,5x0,4 м и максимальной массой до 4...5 кг [4].
Заготовки для литейных форм представляют собой диски из силиконовой резины толщиной 20 мм. Между двумя дисками (нижним и верхним) закладывается металлическая модель будущей литой детали, располагая ее так, чтобы впоследствии можно было вырезать в силиконе каналы лит-никово-питающей системы. Затем производят вулканизацию сборки под давлением в прессе, снимают верхний диск, удаляют модели, и вырезали каналы для подачи металла в гнезда формы [5]. Силиконовую форму, изготовляют по металлическим моделям-прототипам. Сроки получения готового литья: при наличии готовой модели-прототипа составляют 5 дней.
При литье в силиконовые формы не требуется проектирование и изготовление дорогостоящих пресс-форм, однако при изготовлении сложных деталей не всегда удается воспроизвести их тонкие очертания. Поэтому при получении таких деталей заливку металла производили в силиконовую форму, установленную на вращающемся столе [6] (центробежное литье). При этом струя металла входит в полость формы под большим давлением, что приводит к полному заполнению всех тонких полостей формы.
Технология центробежного литья была успешно опробована при литье в металлическую форму лодочных винтов из сплава АК7 [7], в связи с тем, что при гравитационной заливке не у всех деталей четко оформлялись самые дальние от оси контуры лопастей. При литье во вращающуюся форму этот дефект был ликвидирован. Кроме того, повысились механические свойства отливок.
Настоящая работа была проведена в связи с освоением литья высокоточных малогабаритных деталей приборного типа из цинкового сплава ЦА4М2 (3,55 % Al; 1,87 % Cu; 0,68 % Mg; ост. - Zn), механические свойства которого составляют: временное сопротивление разрушению, св = 146 МПа; относительное удлинение, 5 = 0,36 %; твердость, НВ = 115 МПа. Конструкцией центробежной машины предусмотрена возможность бесступенчатого изменения числа оборотов стола (вплоть до 800 об/мин), на котором закреплялась силиконовая форма, что позволяло установить оптимальную скорость его вращения для литья конкретной детали, при которой происходило четкое оформление ее контуров.
Библиографические ссылки
1. Kallien L. H., Leis W. Ageing of Zink Alloys // International Foundry Research. 2011. В. 64. No. 1. P. 2-23.
2. Cannon A. H. and King W. P. Casting metal microstructures from a flexible and reusable mold // Journal of micromechanics and microengineering. 2009. Vol. 19. P. 1-6.
3. Vezzeti E. Spin casting characterization: An experimental approach for the definition of runners design guidelines // Journal of materials processing technology. 2008. Vol. 196. Issues 1-3. P. 33-41.
4. Разработка методики литья из жаропрочных сплавов сложных деталей малоразмерных газотурбинных двигателей с применением аддитивных технологий / В. Г. Смелов, А. В. Балякин, А. В. Агаповичев и др. // Вестник Самар. гос. аэрокосмич. ун-та. 2014. № 5. Часть 3. С. 19-25.
5. Beznak M., Bajcicak M., Suba R. The main stages of technological cycle for low melting point alloys casting by tekcast method // Material science and manufacturing technology - MITCH 2009: International scientific conference. 25-26 June 2009. Prague. Czech Republic. P. 1-6.
6. Байчичак М., Безнак М., Чаус А. С. Исследование влияния частоты вращения на структуру и свойства цинкового сплава ZnAl4Cu3 при центробежном литье в силиконовые формы // Литье и металлургия. 2011. № 3. С. 47-50.
7. Крушенко Г. Г., Буров А. Е., Кокшаров И. И. Установка для центробежного литья тонкостенных отливок из алюминиевых сплавов. Технология машиностроения. 2005. № 8. С. 14-17.
© Крушенко Г. Г., Назаров В. П., Решетникова С. Н., 2016
