RU2203765C1

RU2203765C1 - Method for making investment patterns

Info

Publication number: RU2203765C1
Application number: RU2002106953/02A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Сапченко
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: casting with use of investment patterns in machine engineering. SUBSTANCE: method comprises steps of making pattern of powdered mixture containing investment pattern material with fraction size 0.1 -1.6 mm and dissolved sodium chloride with fraction size 0.1 -0.63 mm; using mixture with next relation of ingredients (vol.%): investment components, 75 - 80; sodium chloride, 20 -25%; metering pattern material to press-mold in quantity providing manufacture of patterns with porosity degree 3 -10%; without preliminary heating pressing pattern material at joining parting surfaces of press-mold; sintering pattern material at pressing practically without phase deformation at forming open capillary porosity for compensating expansion of pattern at heating it during melting it out of ceramic envelope. EFFECT: enhanced accuracy of dimensions and geometry of castings and patterns. 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам изготовления удаляемых моделей в литье по выплавляемым (удаляемым) моделям и может быть использовано в машиностроительной отрасли народного хозяйства. The invention relates to methods for manufacturing deleted models in investment casting (deleted) casting and can be used in the engineering industry of the national economy.

Известен способ изготовления пористых выплавляемых, т.е. удаляемых моделей из пастообразного модельного материала [1]. Пастообразные модельные материалы приготавливаются 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 регламентируемой температуры, который под давлением подается в полость пресс-формы. A known method of manufacturing porous lost wax, i.e. deleted models from pasty model material [1]. Pasty model materials are prepared by cooling the melt while continuously mixing it to a pasty state. During the mixing of the model material, air is kneaded, the content of which is regulated by 20%. For the manufacture of models, a paste-like model material of strictly regulated temperature is used, which is fed under pressure into the cavity of the mold.

Охлажденная в пресс-форме модель используется для изготовления оболочковых форм. The mold cooled in the mold is used to make shell molds.

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 (удаляемых) 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. The considered method has several disadvantages. In the manufacture of models, an uncontrolled distribution of air over its volume is observed, which leads to the formation of surface defects and underfilling. The concentration of air, especially in the thin parts of the model, leads to its destruction when removed from the mold. Changing the temperature storage conditions of the lost (removed) models leads to a distortion of their geometric shape, for example, to bloating or the formation of sagging. The distortion of the geometric shape of the models is also observed when they solidify in the mold, which requires strict observance of technological parameters, such as process temperature and model formation pressure.

Модели, изготовленные рассматриваемым способом, оказывают влияние на возникновение брака оболочковых форм. Models made by the considered method have an effect on the appearance of marriage of shell forms.

Выплавление или удаление 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. Smelting or removing the model from the shell mold is accompanied by thermal expansion of the model material and air blocked in the model structure, because the process of heating the shell occurs non-uniformly, then in zones farthest from the gate funnel, pressures from thermal expansion develop exceeding the permissible values, which leads to the formation of cracks in the shell structure and, in some cases, to their destruction. In this case, air concentrated in one place cannot compensate for temperature deformations of the model.

Под действием давления расплав модельного материала проникает в структуру оболочковой формы, оказывает расклинивающее действие при термообработке оболочки, значительно понижая ее прочность. Under the influence of pressure, the melt of the model material penetrates the structure of the shell mold, has a proppant effect during heat treatment of the shell, significantly reducing its strength.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ изготовления выплавляемых (удаляемых) моделей с использованием порошка модельного материала [2] . Сущность способа заключается в том, что в расплав модельной композиции при 60-65^oС вводят порошок той же композиции с температурой ±10^oС фракции 0,1-1 мм. Это позволяет интенсифицировать процесс охлаждения расплава композиции, обеспечить более равномерное распределение пористости по объему изготавливаемой модели и увеличить производительность изготовления моделей с мелкодисперсной структурой. Реализация изобретения позволяет снизить брак моделей по утяжинам и вздутиям.The closest in technical essence and the achieved result is a method of manufacturing lost wax (removed) models using powder model material [2]. The essence of the method lies in the fact that the powder of the same composition with a temperature of ± 10 ^o C fractions of 0.1-1 mm is introduced into the melt of the model composition at 60-65 ^{o C.} This allows you to intensify the process of cooling the melt of the composition, to provide a more uniform distribution of porosity throughout the volume of the manufactured model and to increase the productivity of manufacturing models with a finely dispersed structure. The implementation of the invention allows to reduce the marriage of models for weights and swellings.

Однако рассматриваемый способ-прототип изготовления выплавляемых (удаляемых) моделей содержит ряд недостатков, препятствующих получению требуемого технического результата. However, the prototype method under consideration for manufacturing lost-wax (lost) models contains a number of disadvantages that impede obtaining the required technical result.

При реализации способа-прототипа необходим строгий контроль за соблюдением температурного режима изготовления и хранения моделей. Изготовление моделей сопровождается появлением брака по недоливам, образующегося в результате противодавления воздуха в полости пресс-формы; утяжинам и короблению, являющихся следствием усадочных процессов при затвердевании и охлаждении многокомпонентного модельного материала, имеющего широкий интервал кристаллизации. 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. When implementing the prototype method, strict control over compliance with the temperature regime for the manufacture and storage of models is required. The manufacture of models is accompanied by the appearance of defects in underfillings resulting from backpressure of air in the mold cavity; weights and warpage resulting from shrinkage processes during hardening and cooling of a multicomponent model material having a wide crystallization interval. There is a possibility of violation of dimensional and geometric accuracy of the models from bloating or pulling when storage conditions are not observed. The production of models is accompanied by the formation of uncontrolled closed porosity, which does not compensate for the thermal expansion of the model until it melts when removed from the shell mold.

Эти и другие недостатки устраняются предлагаемым техническим решением. These and other disadvantages are eliminated by the proposed technical solution.

Задача, решаемая заявленным способом изготовления удаляемых моделей, заключается в повышении размерной и геометрической точности получаемых моделей и отливок; физико-механических свойств оболочковых форм. The problem solved by the claimed method of manufacturing deleted models is to increase the dimensional and geometric accuracy of the resulting models and castings; physical and mechanical properties of shell forms.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве модельного материала используется порошкообразная смесь выплавляемых компонентов модельной композиции (например, ПС50-50 в количестве, регламентированном техническими условиями) фракции 0,1-1,6 мм и растворяемой поваренной соли фракции 0,1-0,63 мм в соотношении по объему: смесь выплавляемых компонентов 75-80%, поваренная соль 20-25%, материал дозируется в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение удаляемых моделей с 3-10% пористостью, изготовление которых производится прессованием порошка модельного материала без предварительного нагрева, посредством совмещения поверхностей разъемов (смыкания) пресс-формы. The essence of the invention lies in the fact that as a model material, a powdery mixture is used of the melted components of the model composition (for example, PS50-50 in the amount regulated by the technical conditions) of the fraction 0.1-1.6 mm and the dissolved salt of the fraction 0.1-0 , 63 mm in the ratio by volume: a mixture of melted components 75-80%, table salt 20-25%, the material is dosed into the mold in an amount that ensures the removal of removable models with 3-10% porosity, the manufacture of which is performed by powder pressing as a model material without preliminary heating, by combining the surfaces of the connectors (closing) of the mold.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом осуществляется посредством способности гранулированных модельных компонентов спекаться при 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 из размерную и геометрическую точность, повысить прочность оболочковых форм и снизить их потери при удалении моделей при прокаливании, повысить качество поверхности отливок и их точность. A causal relationship between the essential features and the technical result achieved is achieved through the ability of granular model components to sinter during pressing practically without the formation of a liquid phase and, as a result, without phase deformation processes with the formation of open capillary porosity, which allows to reduce rejects in the manufacture of models and increase dimensional and geometric accuracy, increase the strength of shell forms and reduce their loss when removing models during proc casting, improve the surface quality of castings and their accuracy.

Изготовление удаляемых моделей предлагаемым методом имеет ряд преимуществ перед существующими способами. Полностью устраняется брак моделей при их изготовлении. Засыпаемый в определенном количестве (для обеспечения 3-10% пористости моделей) в пресс-форму модельный порошкообразный материал равномерно распределяется по ее объему. При осуществлении 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. The production of deleted models by the proposed method has several advantages over existing methods. Completely eliminated the marriage of models in their manufacture. Poured in a certain amount (to provide 3-10% of the porosity of the models) in the mold model powdery material is evenly distributed over its volume. When pressing (closing the mold), the material fills all the undercuts and cavities of the mold, preventing underfilling, because air is removed from the mold. The surface quality of the models obtained by this method corresponds to the surface quality of the molds and has a characteristic specular gloss.

Вышеизложенное справедливо для порошков выплавляемых модельных компонентов фракции 0,1-1,6 мм. При использовании 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. The foregoing is true for powders of smelted model components of a fraction of 0.1-1.6 mm. When using a larger fraction, granules are destroyed on the surface of the models with the formation of surface defects in the form of crevices, while a smaller fraction is accompanied by clumping, which complicates the introduction of material into the mold.

Использование поваренной соли рекомендуемого фракционного состава регламентируется качеством получаемых моделей. Увеличение фракции ведет к ухудшению качества поверхности модели, уменьшение - к снижению прочности последних. The use of table salt of the recommended fractional composition is regulated by the quality of the resulting models. An increase in the fraction leads to a deterioration in the surface quality of the model, a decrease leads to a decrease in the strength of the latter.

Аналогичное справедливо для процентного соотношения используемых материалов, т.е. увеличение количества поваренной соли ведет к ухудшению качества поверхности модели. Уменьшение - к снижению прочности моделей. В данном случае отпадает необходимость образования пастообразной композиции с определенными интервалами затвердевания. The same is true for the percentage of materials used, i.e. an increase in the amount of salt leads to a deterioration in the surface quality of the model. Decrease - to reduce the strength of the models. In this case, there is no need for the formation of a pasty composition with certain intervals of solidification.

Процесс удаления моделей, полученных заявляемым способом из оболочковых форм в горячей воде, сопровождается первоначальным удалением растворимой части модели с последующим их объемным сокращением при расплавлении. При нагревании моделей расширяющийся воздух удаляется из модели сквозь оболочковую форму посредством открытой пористости их структур. Образующаяся жидкая фаза модельного материала впитывается в модель под действием капиллярных сил, температурные расширения модели компенсируются пористостью. The process of removing models obtained by the claimed method from shell forms in hot water is accompanied by the initial removal of the soluble part of the model, followed by their volumetric reduction during melting. When the models are heated, expanding air is removed from the model through the shell form by means of the open porosity of their structures. The resulting liquid phase of the model material is absorbed into the model under the action of capillary forces, the temperature expansion of the model is compensated by porosity.

На основании вышеизложенного модель не оказывает силового воздействия на оболочковую форму и выплавляемая часть не пропитывает ее, а растворяемая - пропитывает, что позволяет повысить на 20-60% прочность оболочек до и после прокаливания, сократить их потери, повысить качество отливок по чистоте поверхности и точности. Based on the foregoing, the model does not exert a force effect on the shell mold and the melted part does not impregnate it, and the soluble part impregnates it, which makes it possible to increase the strength of the shells before and after calcination by 20-60%, reduce their loss, improve the quality of castings in terms of surface cleanliness and accuracy .

Реализация заявляемого технического решения осуществляется следующим образом. The implementation of the proposed technical solution is as follows.

Приготавливается порошок из выплавляемых компонентов модельного материала фракции 0,8 мм и смешивается с поваренной солью фракции 0,5 мм в пропорциях: смесь выплавляемых компонентов - 80%; поваренная соль - 20%. Готовый модельный материал дозируется в пресс-форму в количестве ~25 объемов изготавливаемой удаляемой модели для обеспечения ее 3%-ной пористости. Помещенный в пресс-форму материал прессуется посредством совмещения (смыкания) подвижных элементов пресс-формы. После прессования пресс-форма размыкается, модель удаляется при помощи толкателей. A powder is prepared from the lost wax components of a model material of a fraction of 0.8 mm and mixed with sodium chloride from a fraction of 0.5 mm in the proportions: a mixture of lost wax components - 80%; table salt - 20%. The finished model material is dosed into the mold in an amount of ~ 25 volumes of the manufactured removable model to ensure its 3% porosity. The material placed in the mold is pressed by combining (closing) the movable elements of the mold. After pressing, the mold opens, the model is removed using pushers.

Технологические свойства удаляемых моделей, изготовляемых заявляемым способом, представлены в таблице. The technological properties of the deleted models manufactured by the claimed method are presented in the table.

На основании анализа результатов технологических свойств удаляемых моделей, полученных в таблице, заявленные диапазоны изготовления моделей представляются предпочтительными. При этом какого-либо негативного влияния, препятствующего повторному использованию модельной композиции, со стороны поваренной соли выявлено не было. Based on the analysis of the results of the technological properties of the deleted models obtained in the table, the declared ranges for the manufacture of models are preferable. At the same time, any negative effect that hinders the reuse of the model composition from the salt was not detected.

Промышленная применимость разработанного способа изготовления выплавляемых моделей обуславливается: доступностью и невысокой стоимостью компонентов модельного материала; сокращением затрат на приготовление модельной композиции; простотой осуществления технологической операции изготовления моделей; значительным снижением, а, в некоторых случаях, полным упразднением брака при изготовлении моделей; полным упразднением брака оболочковых форм при удалении моделей, а также на стадии их формирования, повышением их размерной и геометрической точности, прочностных свойств после прокаливания; повышением размерной и геометрической точности отливок, их качества поверхности, что приводит к значительному сокращению затрат на механическую обработку. Industrial applicability of the developed method for manufacturing investment castings is determined by: availability and low cost of components of model material; reducing the cost of preparing a model composition; the simplicity of the technological operation of the manufacture of models; a significant reduction, and, in some cases, the complete abolition of marriage in the manufacture of models; the complete abolition of marriage of shell forms during the removal of models, as well as at the stage of their formation, by increasing their dimensional and geometric accuracy, strength properties after calcination; increasing the dimensional and geometric accuracy of castings, their surface quality, which leads to a significant reduction in the cost of machining.

Источники информации
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.Sources of information
1. Lost wax casting / B. N. Ivanov, S.A. Kuzennov, B.S. Kurchman et al .; under the general. ed. ME AND. Shklennika, V.A. Ozerova. - 3-ed., Revised. and add. - M .: Engineering, 1984. S.133-136.

2. Авторское свидетельство 1687358 СССР, МКИ⁵ В 22 С 7/02. Способ изготовления выплавляемых моделей /П.Ф. Степченко, Г.И. Наумов, B.C. Маколкин, У.Е. Широбонова. - Заявл. 03.01.89. Опубл. 30.10.91, бюл. 40.2. Copyright certificate 1687358 of the USSR, MKI ⁵ V 22 C 7/02. A method of manufacturing investment castings / P.F. Stepchenko, G.I. Naumov, BC Makolkin, U.E. Shirobonova. - Declared. 01/03/89. Publ. 10/30/91, bull. 40.

Claims

A method of manufacturing removable models, including pressing the model material in a mold, characterized in that the model material is used in the form of a mixture of powders of melted components of a fraction of 0.1-1.6 mm and a dissolved salt of a fraction of 0.1-0.63 mm at the following volume ratio: smelting components 75-80%, table salt 20-25%, model material is dosed into the mold in an amount that provides models with porosity of 3-10%, while the model material is pressed without preliminary heating by aligning the surfaces of the mold connectors.