PL234135B1 - Wkładka szkieletowa i sposób jej wytwarzania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wkładka szkieletowa i sposób jej wytwarzania, znajdująca zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, zwłaszcza w przemyśle maszynowym, motoryzacyjnym, wydobywczym, przerobu minerałów na elementy pracujące w trudnych warunkach eksploatacyjnych.

W różnych dziedzinach techniki, występuje niejednokrotnie konieczność wytwarzania warstw w wybranym miejscu odlewu o grubości powyżej 1 cm oraz o zróżnicowanym kształcie. Elementy te charakteryzują się m.in. odpornością na zużycie ścierne, korozję oraz udarnością w zależności od materiału z jakiego zostanie wydrukowana wkładka.

Wśród wielu sposobów wytwarzania metalowych materiałów kompozytowych, szczególną rolę odgrywa metoda odlewnicza wytwarzania warstw tylko w tych miejscach (powierzchniach) odlewu, które zużywają się najintensywniej (np. patent PRL 84455). Do wytworzenia danego połączenia wykorzystuje się wkładki ziarniste (Rudol F. (1969). Zbrojenie powierzchni odlewów twardymi materiałami. Przegląd Odlewnictwa. 11, str. 381-385; Walasek A. (2012). Kształtowanie struktury i własności powierzchniowej warstwy stopowej na odlewach staliwnych. Rozprawa doktorska) oraz monolityczne - blachy (np. Górny Z. (1987). Odlewy zbrojone i wielowarstwowe. Krzepnięcie Metali i Stopów. 11, str. 135-164; US Patent No. 5,238,046; Wróbel T. (2016). Odlewy warstwowe wykonywane metodą preparowania wnęki formy wkładką monolityczną. Wydawnictwo Archives of Foundry Engineering).

Celem wynalazku jest wytworzenie odlewu w formie wkładki szkieletowej o podwyższonych lokalnie własnościach takich jak wysoka odporność na zużycie ścierne i twardość w obrębie zastosowania wkładki o określonej geometrii i dobrze odwzorowujące kształt roboczy odlewu, przy jednoczesnym zachowaniu własności materiału bazowego - odlewu poza wzmocnieniem (np. łatwość obróbki skrawania, wysoka plastyczność, odpowiednia wytrzymałość i udarność).

Cel ten osiągnięto poprzez zastosowanie szkieletowej przestrzennej wkładki metalowej o określonych parametrach, wydrukowanej z proszków metali metodą druku SLS (Selektywnego Spiekania Laserowego), która ulega połączeniu dyfuzyjnemu w procesie zalewania i krzepnięcia odlewu, zapewniając trwałe połączenie z odlewem podnosząc jego własności.

Wkładka szkieletowa według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma przestrzenną strukturę w postaci połączonych ze sobą łączników o przekroju kołowym, ułożonych poziomo i pionowo na kształt kraty o średnicy zewnętrznej łącznika Rz w zakresie 1-5 mm, średnicy wewnętrznej łącznika Rw stanowiącej 50-90% Rz, przy czym odległość Pł między łącznikami wynosi 100-150% Rz natomiast masa wkładki nie przekracza 5% masy zbrojonej części odlewu.

Sposób wytwarzania wkładki według wynalazku wykonanej z użyciem komputerowo wspomaganych metod laserowych wykorzystujących system komputerowego wspomagania projektowania materiałów, pozwalający na utworzenie trójwymiarowego modelu w postaci modułu o ściśle określonym kształcie i wymiarach geometrycznych, które to moduły wytwarza się powszechnie znanymi metodami druku selektywnego spiekania laserowego polega na tym, że w formie piaskowej z bentonitem umieszcza się wkładkę szkieletową i zalewa się ciekłym metalem o temperaturze 1600°C.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na stosowanie zróżnicowanych kształtów wkładki szkieletowej jak i wymiarów dopasowanych do kształtu powierzchni roboczej odpowiedniego odlewu.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wkładkę w kształcie szkieletu płaskiego lub o dowolnym kształcie przestrzennym odpowiadający powierzchni roboczej części odlewu, fig. 2 przedstawia schemat budowy wkładki szkieletowej, a fig. 3 miejsce mocowania wkładki.

P r z y k ł a d

Wytworzenie odlewu kompozytowego o wymiarach 60 x 50 x 50 mm z żeliwa szarego eutektycznego o masie 1,2 kg.

Do wytworzenia odlewu lokalnie wzmocnionego użyto wkładki szkieletowej Fig. 3 o wymiarach 50 x 15 x 15 mm i o średnicy zewnętrznej łącznika Rz równej 1,5 mm oraz średnicy wewnętrznej Rw wynoszącej 1,05 mm, co stanowiło 70% Rz. Odległość Pł między łącznikami wynosiła 2 mm (czyli 133% Rz). Wkładkę 3D drukuje się z zastosowaniem metody SLS (Selektywnego Spiekania Laserowego) z wykorzystaniem proszku Ti. Masa wkładki stanowiła ok. 0,5% całkowitej masy odlewu. Wkładkę umieszcza się w formie piaskowej z bentonitem i zalewa ciekłym metalem o temperaturze 1500°C. W wyniku procesów zachodzących wewnątrz formy, pomiędzy dwoma materiałami tj. wkładką a stopem odlewu powstaje warstwa stopowa.

PL 234 135 B1

Otrzymana warstwa kompozytowa ma następujące parametry: twardość powierzchni umocnionej 800 HV (materiał wejściowy - żeliwo - 250 HV), odporność na zużycie ścierne powierzchni - ubytek masy wynosi 0,04 g na 1 cm² (żeliwa 0,23 g/cm²).

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Wkładka szkieletowa, znamienna tym, że ma przestrzenną strukturę w postaci połączonych ze sobą łączników o przekroju kołowym, ułożonych poziomo i pionowo na kształt kraty o średnicy zewnętrznej łącznika Rz w zakresie 1-5 mm, średnicy wewnętrznej łącznika Rw stanowiącej 50-90% Rz, przy czym odległość Pł między łącznikami wynosi 100-150% Rz natomiast masa wkładki nie przekracza 5% masy zbrojonej części odlewu.

2. Sposób wytwarzania wkładki według wynalazku wykonanej z użyciem komputerowo wspomaganych metod laserowych wykorzystujących system komputerowego wspomagania projektowania materiałów, pozwalający na utworzenie trójwymiarowego modelu w postaci modułu o ściśle określonym kształcie i wymiarach geometrycznych, które to moduły wytwarza się powszechnie znanymi metodami druku selektywnego spiekania laserowego, znamienny tym, że w formie piaskowej z bentonitem umieszcza się wkładkę szkieletową i zalewa się ciekłym metalem o temperaturze 1600°C.

PL 234 135 Β1

Rysunki

Fig-1

Fig. 2

Fig. 3