RU114282U1

RU114282U1 - GATE SYSTEM

Info

Publication number: RU114282U1
Application number: RU2011136062/02U
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Поклад; Сергей Владимирович Рудницкий; Илья Борисович Мальков; Анатолий Иванович Алферов
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-03-20

Abstract

1. Литниковая система, содержащая выполненные в литейной форме заливочную чашу и питатели рабочих полостей литейной формы, отличающаяся тем, что в донной части заливочной чаши выполнена замкнутая канавка в форме плоской рамы, сообщающейся с питателями. ! 2. Литниковая система по п.1, отличающаяся тем, что канавка проходит по периметру донной части заливочной чаши. ! 3. Литниковая система по п.1, отличающаяся тем, что канавка имеет кольцевую форму. ! 4. Литниковая система по п.1, отличающаяся тем, что канавка имеет треугольную форму. ! 5. Литниковая система по п.1, отличающаяся тем, что канавка имеет прямоугольную форму. ! 6. Литниковая система по п.5, отличающаяся тем, что питатели выполнены в виде U-образных каналов, попарно объединяющих входы рабочих полостей литейной формы. ! 7. Литниковая система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что глубина канавки составляет 5-20% от полной глубины заливочной чаши. 1. A gating system containing a casting bowl made in a mold and feeders of working cavities of a mold, characterized in that a closed groove in the form of a flat frame communicating with the feeders is made in the bottom of the pouring bowl. ! 2. The gate system according to claim 1, characterized in that the groove extends along the perimeter of the bottom of the pouring bowl. ! 3. The gate system according to claim 1, characterized in that the groove has an annular shape. ! 4. The gate system according to claim 1, characterized in that the groove has a triangular shape. ! 5. The gate system according to claim 1, characterized in that the groove has a rectangular shape. ! 6. The gate system according to claim 5, characterized in that the feeders are made in the form of U-shaped channels, pairwise combining the inputs of the working cavities of the mold. ! 7. Gating system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the depth of the groove is 5-20% of the total depth of the pouring bowl.

Description

Полезная модель относится к литейному производству, преимущественно, к литниковым системам, используемым для получения отливок методом направленной кристаллизации, в частности, применяемым при групповой отливке выполненных из жаропрочных сплавов монокристаллических лопаток газотурбинного двигателя.The utility model relates to foundry, mainly to gating systems used to produce castings by the method of directed crystallization, in particular, used in group casting of single-crystal vanes of a gas turbine engine made of heat-resistant alloys.

Известна литниковая система литейной формы, используемая при групповой отливке методом направленной кристаллизации турбинных лопаток газотурбинных двигателей, содержащая выполненные в литейной форме общую для всех рабочих полостей заливочную чашу и питатель, общий, по меньшей мере для двух рабочих полостей литейной формы (см. патент РФ №2179087, МПК B22D 27/04, оп. 10.02.2002).A well-known casting system of a mold used in group casting by the method of directed crystallization of turbine blades of gas turbine engines, containing a casting bowl and a feeder common for at least two working cavities of a mold made in a mold, is common for at least two working cavities of a mold (see RF patent No. 2179087, IPC B22D 27/04, op. 10.02.2002).

Недостатком известной литниковой системы является большой объем литниковой системы.A disadvantage of the known gate system is the large volume of the gate system.

Наиболее близкой к заявленной является литниковая система литейной формы, используемая при групповой отливке методом направленной кристаллизации турбинных лопаток газотурбинных двигателей, содержащая выполненные в литейной форме общую для всех рабочих полостей заливочную чашу и питатели, индивидуальные для каждой из рабочих полостей литейной формы (см. патент США №7918265, МПК B22D 27/04, оп. 05.04.2011). После заливки расплавом рабочих полостей металл частично заполняет заливочную чашу, образуя объемную прибыльную часть в виде массивной пластины.Closest to the claimed one is the gating system of the mold used in group casting by the method of directed crystallization of turbine blades of gas turbine engines, containing the casting bowl and feeders common for all working cavities that are made in the mold and are individual for each working cavity of the mold (see US patent No. 7918265, IPC B22D 27/04, op. 05.04.2011). After pouring the working cavities with the melt, the metal partially fills the casting bowl, forming a volumetric profitable part in the form of a massive plate.

Недостатком известной литниковой системы является большой объем литниковой системы, а, следовательно, низкий коэффициент использования литейного сплава.A disadvantage of the known gate system is the large volume of the gate system, and, consequently, the low utilization rate of the casting alloy.

Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является уменьшение объема литниковой системы, а, как следствие этого, повышение коэффициента использования жаропрочного литейного сплава в полученной отливке при сохранении жесткости и прочности полученной групповой отливки (блока отливок).The technical result achieved by using the utility model is to reduce the volume of the gating system, and, as a result, increase the coefficient of use of the heat-resistant cast alloy in the obtained casting while maintaining the rigidity and strength of the obtained group casting (casting block).

Указанный технический результат достигается тем, в донной части заливочной чаши литниковой системы выполнена замкнутая канавка в форме плоской рамы, сообщающейся с питателями. Канавка, преимущественно, канавка проходит по периметру донной части заливочной чаши.The specified technical result is achieved by the fact that in the bottom of the pouring bowl of the gate system a closed groove is made in the form of a flat frame in communication with the feeders. The groove, mainly, the groove runs along the perimeter of the bottom of the pouring bowl.

В частном случае, относящемся к литью, например, трех деталей, канавка имеет треугольную форму. В другом частном случае, относящемся к литью большего (но также нечетного) количества деталей целесообразно канавку выполнить кольцевой формы.In the particular case relating to the molding of, for example, three parts, the groove has a triangular shape. In another particular case relating to the casting of a larger (but also odd) number of parts, it is advisable to make a groove in a ring shape.

При литье четного количества деталей, канавку выполняют прямоугольной формы. В этом случае, питатели целесообразно выполнить в виде U-образных каналов, попарно объединяющих входы рабочих полостей литейной формы.When casting an even number of parts, the groove is rectangular. In this case, it is advisable to make the feeders in the form of U-shaped channels that combine the inputs of the working cavities of the mold in pairs.

Наибольший результат в том случае, когда глубина канавки составляет 5-20% от глубины заливочной чаши.The greatest result is when the depth of the groove is 5-20% of the depth of the filling bowl.

На фиг.1 показан общий вид литейной формы с предлагаемой литниковой системой (аксонометрическая проекция).Figure 1 shows a General view of the mold with the proposed gate system (axonometric projection).

На фиг.2 представлен вертикальный разрез А-А литейной формы, показанной на фиг.1 и заполненной расплавом жаропрочного сплава.Figure 2 presents a vertical section aa of the casting mold shown in figure 1 and filled with a heat-resistant alloy melt.

На фиг.3 представлен горизонтальный разрез Б-Б литейной формы, показанной на фиг.1, заполненной расплавом жаропрочного сплава.Figure 3 presents a horizontal section bB of the mold shown in figure 1, filled with a heat-resistant alloy melt.

На фиг.4 представлен вертикальный разрез В-В литейной формы, показанной на фиг.1.Figure 4 presents a vertical section bb of the mold shown in figure 1.

На фиг.5 представлен горизонтальный разрез Б-Б литейной формы, показанной на фиг.1.Figure 5 presents a horizontal section bB of the mold shown in figure 1.

На фиг.6 показан блок отливок, полученный при использовании литейной формы с предлагаемой литниковой системой (аксонометрическая проекция).Figure 6 shows the block castings obtained using a mold with the proposed gate system (axonometric projection).

Литниковая система конструктивно выполнена следующим образом. Рассмотрим литниковую систему в составе литейной керамической формы, предназначенной для получения группы (блока) отливок турбинных лопаток газотурбинного двигателя методом направленной кристаллизации. Керамическая форма 1 на фигуре 1 изображена в ее рабочем положении, т.е. в том положении, в котором производится заливка расплава жаропрочного сплава. Форма 1 снабжена заливочной чашей 2, рабочими полостями 3, имеющими форму отливок турбинных лопаток, затравочными полостями 4, а также питателями 5, каждый из которых сообщается с заливочной чашей 1 и с соответствующей рабочей полостью 3. В донной части 6 заливочной чаши 2 выполнена замкнутая канавка 7 в форме плоской рамы. Канавка 7 проходит по периметру донной части 6 заливочной чаши 2.The gating system is structurally made as follows. Consider the gating system as part of a ceramic casting mold designed to produce a group (block) of castings of turbine blades of a gas turbine engine by directional crystallization. The ceramic mold 1 in figure 1 is shown in its working position, i.e. in the position in which the melt is filled with a heat-resistant alloy. Form 1 is equipped with a pouring bowl 2, working cavities 3, having the form of castings of turbine blades, seed cavities 4, and also feeders 5, each of which communicates with the pouring bowl 1 and with the corresponding working cavity 3. In the bottom part 6 of the pouring bowl 2 is closed groove 7 in the form of a flat frame. The groove 7 runs along the perimeter of the bottom 6 of the pouring bowl 2.

Под термином «рама» в технике вообще и в настоящей заявке, в частности, понимается «стержневая система, элементы которой (стойки, ригели, подкосы) в узлах жестко соединены между собой». Такое определение «рамы» содержится, например, в словаре Яндекса. Под термином «плоская рама» понимается такая рама, в которой оси симметрии всех элементов и линии действия внешних сил находятся в одной плоскости.The term "frame" in the technique in general and in this application, in particular, refers to the "rod system, the elements of which (struts, crossbars, struts) in the nodes are rigidly interconnected." Such a definition of "frame" is contained, for example, in the Yandex dictionary. The term "flat frame" means a frame in which the axis of symmetry of all elements and the lines of action of external forces are in the same plane.

В предлагаемой конструкции донная часть 6 заливочной чаши 1 и канавка 7 расположены в горизонтальной плоскости. При этом канавка 7 образована продольными каналами 8 и поперечными каналами 9, расположенными друг по отношению к другу под прямым углом. Однако этим не исчерпывается возможное многообразие частных форм выполнения замкнутой канавки 7. Так, например, для отливки блока, состоящего из трех отливок наиболее экономично (с точки зрения расходования дорого литьевого сплава) выполнить канавку треугольной формы (не показан), причем, с питателями 5 такая канавка будет сообщаться в углах треугольника канавки. Для отливки блока, состоящего из большего нечетного количества отливок (из 5 или 7 штук) целесообразно использовать канавку 7 кольцевой формы, расположив рабочие полости 3 симметрично вокруг вертикальной оси, проходящей через центр кольца, образованного канавкой (не показана). Для отливки блока, состоящего из четного количества отливок наиболее целесообразно выполнить канавку 7 в форме плоской прямоугольной рамы, как это показано на фигурах 1 и 5. В этом случае, питатели 5 могут быть выполнены в виде U-образных каналов, попарно объединяющих входы рабочих полостей литейной формы (фиг.2, 4).In the proposed design, the bottom part 6 of the casting bowl 1 and the groove 7 are located in a horizontal plane. In this case, the groove 7 is formed by longitudinal channels 8 and transverse channels 9 located at right angles to each other. However, this does not exhaust the possible variety of particular forms of closed groove 7. For example, for casting a block consisting of three castings, it is most economical (from the point of view of spending an expensive cast alloy) to make a triangular groove (not shown), moreover, with feeders 5 such a groove will communicate at the corners of the groove triangle. For casting a block consisting of a larger odd number of castings (of 5 or 7 pieces), it is advisable to use a ring groove 7, having the working cavities 3 symmetrically around a vertical axis passing through the center of the ring formed by a groove (not shown). For casting a block consisting of an even number of castings, it is most expedient to make a groove 7 in the form of a flat rectangular frame, as shown in figures 1 and 5. In this case, the feeders 5 can be made in the form of U-shaped channels pairwise combining the inputs of the working cavities mold (Fig.2, 4).

Наглядное представление о конструкции предложенной литниковой системы дает вид блока отливок, полученного при использовании литейной формы с предлагаемой литниковой системой (фиг.6). Сплав в канавке 7 после кристаллизации образует легкую, но достаточно жесткую и прочную раму 10. Тот же сплав, кристаллизовавшийся в U-образных каналах питателей 5, соединенных с рамой 10, еще более повышает жесткость и прочность полученной групповой отливки (блока отливок).A clear idea of the design of the proposed gate system gives the form of a block of castings obtained using a mold with the proposed gate system (Fig.6). The alloy in the groove 7 after crystallization forms a light, but rather rigid and strong frame 10. The same alloy, which crystallized in the U-shaped channels of the feeders 5 connected to the frame 10, further increases the rigidity and strength of the obtained group casting (casting block).

Отливки получают следующим образом.Castings are prepared as follows.

В затравочные полости 4 керамической формы 1 устанавливают затравки и торцы полостей заделывают керамической замазкой. Форму 1 на подвесе (например, на опорной балке, проходящей под формой в зазоре между рабочими полостями) помещают в вакуумную печь и нагревают до температуры 1550±20°С. Дают выдержку 2-3 минуты, в течение которой происходит прогрев формы 1. В другой печи (например, индукционного типа) расплавляют жаропрочный сплав типа ЖС и заливают его в заливочную чашу 2 керамической формы 1. Расплав жаропрочного сплава стекает по донной части 6 заливочной чаши 2 в канавку 7, оттуда расплав распределяется по питателям 5 и затем заполняет рабочие полости 3. После заполнения рабочих полостей 3 и канавки 7 заливку жаропрочного справа прекращают. После этого заполненную форму на подвесе начинают опускать с заданной скоростью в предварительно расплавленный жидкометаллический охладитель (например, алюминий или олово). В расплаве жаропрочного сплава начинается процесс направленной кристаллизации. Погружение прекращают по достижении формой 1 заданной глубины. После завершения процесса кристаллизации жаропрочного справа керамическую форму 1, используя подвес, извлекают из печи. Полученные изделия - блоки отливок турбинных лопаток газотурбинного двигателя (фиг.6) очищают от керамики, отделяют прибыльные части, роль которых выполняет литниковая система, и оценивают качество полученных лопаток.In the seed cavity 4 of the ceramic form 1 set the seed and the ends of the cavities are sealed with ceramic putty. The suspension mold 1 (for example, on a support beam passing under the mold in the gap between the working cavities) is placed in a vacuum oven and heated to a temperature of 1550 ± 20 ° С. Give an exposure of 2-3 minutes, during which the heating of mold 1. occurs. In another furnace (for example, an induction type), a heat-resistant alloy of type ЖС is melted and poured into a pouring bowl 2 of ceramic mold 1. The melt of the heat-resistant alloy flows down the bottom 6 of the pouring bowl 2 into the groove 7, from there the melt is distributed to the feeders 5 and then fills the working cavities 3. After filling the working cavities 3 and the groove 7, the heat-resistant right filling is stopped. After that, the filled form on the suspension is lowered at a predetermined speed into a pre-molten liquid metal cooler (for example, aluminum or tin). In the heat-resistant alloy melt, the process of directional crystallization begins. Immersion is terminated when Form 1 reaches a predetermined depth. After completion of the crystallization process, heat-resistant on the right, the ceramic mold 1, using the suspension, is removed from the furnace. The resulting products - blocks of castings of turbine blades of a gas turbine engine (Fig.6) are cleaned of ceramics, the profitable parts are separated, the role of which is performed by the gating system, and the quality of the obtained blades is evaluated.

Замкнутая канавка в форме плоской рамы имеет значительно меньший объем, чем пластина в решении-прототипе, чем существенно повышается коэффициент использования дорогостоящего жаропрочного сплава. Кроме того, указанная канавка, заполненная кристаллизовавшимся расплавом, становится самонесущим конструктивным элементом, что обеспечивает достаточную жесткость и прочность формы с отливкой при извлечении ее на подвесе из жидкометаллического охладителя. При выполнении питателей в виде U-образных каналов, попарно объединяющих входы рабочих полостей литейной формы, общая жесткость и прочность формы с отливкой еще более возрастает. Наилучший результат достигается, когда глубина канавки 7 составляет 5-20% от глубины заливочной чаши (вместе с канавкой). При глубине менее 5% не удается сохранить требуемую жесткость и прочность, а при глубине более 20% существенно уменьшается коэффициент использования литьевого сплава.A closed groove in the form of a flat frame has a significantly smaller volume than the plate in the solution prototype, which significantly increases the utilization of expensive heat-resistant alloy. In addition, this groove, filled with crystallized melt, becomes a self-supporting structural element, which provides sufficient rigidity and strength of the mold with casting when it is removed from the suspension from a liquid metal cooler. When performing feeders in the form of U-shaped channels, pairwise combining the inputs of the working cavities of the mold, the overall rigidity and strength of the mold with casting increases even more. The best result is achieved when the depth of the groove 7 is 5-20% of the depth of the pouring bowl (together with the groove). At a depth of less than 5%, it is not possible to maintain the required rigidity and strength, and at a depth of more than 20%, the utilization rate of the cast alloy is significantly reduced.

Claims

1. The gating system, containing a casting bowl made in a mold and feeders of working cavities of a mold, characterized in that a closed groove in the form of a flat frame communicating with the feeders is made in the bottom of the pouring bowl.

2. The gating system according to claim 1, characterized in that the groove extends along the perimeter of the bottom of the pouring bowl.

3. The gating system according to claim 1, characterized in that the groove has an annular shape.

4. The gate system according to claim 1, characterized in that the groove has a triangular shape.

5. The gate system according to claim 1, characterized in that the groove has a rectangular shape.

6. The gate system according to claim 5, characterized in that the feeders are made in the form of U-shaped channels, pairwise combining the inputs of the working cavities of the mold.

7. Gating system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the depth of the groove is 5-20% of the total depth of the pouring bowl.