RU2033292C1

RU2033292C1 - Method of making shell molds with use of investment patterns

Info

Publication number: RU2033292C1
Authority: RU
Inventors: И.Е. Писарев; О.И. Писарев
Original assignee: Писарев Игорь Евгеньевич
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: casting equipment. SUBSTANCE: method of making shell molds with use of investment patterns, comprises steps of layer-by-layer applying a suspension on a pattern, sprinkling each layer by a granular material, drying and strengthening each layer. All above mentioned steps are being performed with use of an outer excess pressure no more, than 1.5 MPa. The step of drying and strengthening of the last layer may be performed simultaneously with melting out of the pattern at temperature, being by 10-15 C higher, than a temperature of pattern melting. EFFECT: enhanced quality of molds. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к литью по выплавляемым моделям (ЛВМ) и может быть эффективно использовано на операциях послойного нанесения и сушки покрытий в процессе изготовления оболочковых форм (ОФ). The invention relates to investment casting (LWM) and can be effectively used in operations of layer-by-layer deposition and drying of coatings in the manufacturing process of shell molds (RP).

Известен способ, в котором внешнее давление на обсыпочный материал осуществляется на всем протяжении сушки и отверждения каждого из покрытий [1]
Однако величина внешнего давления, используемого в известном способе, весьма мала и недостаточная для повышения прочности и трещиноустойчивости ОФ.A known method in which the external pressure on the coating material is carried out throughout the drying and curing of each of the coatings [1]
However, the magnitude of the external pressure used in the known method is very small and insufficient to increase the strength and crack resistance of the RP.

Известно изготовление оболочковых форм по выплавляемым моделям, включающее операции послойного нанесения суспензии на модель, обсыпку каждого слоя зернистым материалом, сушку и обработку формы, выплавление моделей [2]
Согласно изобретению, формирование многослойной оболочкой формы осуществляют по принятой технологии получения форм по выплавляемым моделям.It is known to manufacture shell molds by investment casting, including the operations of layer-by-layer application of a suspension on a model, sprinkling each layer with granular material, drying and processing the mold, smelting models [2]
According to the invention, the formation of a multilayer shell of the mold is carried out according to the accepted technology for producing molds by investment casting.

Затвердевающее покрытие последовательно проходит стадии реологии, ползучести, пластичности и упругости, начиная с того момента, когда покрытие наносится на модельный блок в сметаноподобном состоянии, весьма близком к вязкой жидкости. При вязкожидком, реологическом и ползучем состояниях на слой суспензии наносится слой обсыпочного материала и начинается воздействие внешнего избыточного давления (p-0). Это приводите к реализации силового внедрения каждого зерна в массу слоя суспензии до определенного момента. The hardening coating successively passes through the stages of rheology, creep, ductility and elasticity, starting from the moment when the coating is applied to the model block in a sour cream-like state, very close to a viscous fluid. In viscous-liquid, rheological and creeping conditions, a layer of coating material is applied to the suspension layer and the effect of external overpressure (p-0) begins. This leads to the implementation of the forceful introduction of each grain into the mass of the suspension layer up to a certain point.

Последний наступает в том (именно, в том) случае, когда каждое зерно соприкасается с соседними зернами в осевом и окружном направлениях. Дальнейшее внедрение зерен обсыпочного материала в суспензию прекращается. The latter occurs in the case (namely, in the case) when each grain is in contact with neighboring grains in the axial and circumferential directions. Further introduction of the grains of the sprinkling material into the suspension is terminated.

Сказанное соответствует тому, что
ε_rн= ε_tн= ε_zн=0 (2) где ε_rн,ε_tн и ε_zн относительные смещения зерен обсыпочного материала на наружной поверхности ОФ в соответственно радиальном, окружном и осевом направлениях координатных осей.The aforesaid corresponds to the fact that
ε _rn = ε _tn = ε _zn = 0 (2) where ε _rn , ε _tn and ε _{zn are the} relative displacements of the grains of the bulk material on the outer surface of the RP in the radial, circumferential and axial directions of the coordinate axes, respectively.

На облицовочной поверхности также полагают
ε_ro= ε_to= ε_zo=0 (3) где ε_ro, ε_to и ε_zo те же смещения точек облицовочной поверхности ОФ.On the facing surface is also believed
ε _ro = ε _to = ε _zo = 0 (3) where ε _ro , ε _to and ε _zo are the same displacements of the points of the facing surface of the OF.

Это положение принимают, так как выплавляемая модель в процессе затвердевания остается достаточно жесткой. This position is accepted, since the lost wax model remains solid in the solidification process.

При прохождении пластической и упругой стадии в затвердевающем покрытии генерируются напряжения, которые возможно подсчитать согласно обобщенного закона Гука так
ε_r=(σ_r-kμ(σ_t+σ_z))/E+ε (4)
ε_t=(σ_t-kμ(σ_r+σ_z))/E+ε (5)
ε_z=(σ_z-kμ(σ_r+σ_t))/E+ε (6) где σ_r,σ_t и σ_z напряжения, соответствующие ε_r, ε_t и ε_z
ε < 0 свободная усадочная деформация (усадка) керамической суспензии;
E модуль упругости;
μ коэффициент Пуассона;
0<H ≅ 1 коэффициент несплошности (например, пористости) керамического материала.When passing through the plastic and elastic stages in the hardened coating, stresses are generated that can be calculated according to the generalized Hooke law
ε _r = (σ _r -kμ (σ _t + σ _z )) / E + ε (4)
ε _t = (σ _t -kμ (σ _r + σ _z )) / E + ε (5)
ε _z = (σ _z -kμ (σ _r + σ _t )) / E + ε (6) where σ _r , σ _t and σ _{z are the} stresses corresponding to ε _r , ε _t and ε _z
ε <0 free shrinkage deformation (shrinkage) of the ceramic suspension;
E modulus of elasticity;
μ Poisson's ratio;
0 <H ≅ 1 discontinuity coefficient (for example, porosity) of the ceramic material.

Из совместного рассмотрения (2).(6) следует
σ_rн= σ_tн= σ_zн= σ_ro=σ_to=σ_zo=-εE/(1-2kμ) (7) т. е. на облицовочной и наружной поверхностях реализуются условия равноосного растяжения (σ > 0, т. к. ε > 0).From a joint consideration of (2). (6) it follows
σ _rn = σ _tn = σ _zn = σ _ro = σ _to = σ _zo = -εE / (1-2kμ) (7) i.e., on the facing and outer surfaces the conditions of equiaxial tension are realized (σ> 0, i.e., . ε> 0).

В условиях равноосного растяжения пластические деформации не возникают, так как форма нагружаемого тела не искажается. Поэтому полагают, что в таких условиях трещины не образуются, а само тело (в данном случае керамика) упрочняется. Under equiaxial tension, plastic deformations do not arise, since the shape of the loaded body is not distorted. Therefore, it is believed that under such conditions no cracks form, and the body itself (in this case, ceramics) is hardened.

Упомянутая прочность керамики ОФ определялась по формуле
σ_и 1,5Pl/bh² (8), где σ_и прочность керамики ОФ при изгибе, МПа;
P усилие, изгибающее образец керамики в виде пластины, H;
l=0,05 м расстояние между опорами, на которые уложена изгибаемая пластина длиной L=0,065 м,
b=0,02 м ширина пластины;
h=0,004 м толщина пластинки.The mentioned strength of ceramic ceramics was determined by the formula
σ _and 1.5Pl / bh ² (8), where σ _and bending strength of ceramic ceramics, MPa;
P force bending the ceramic sample in the form of a plate, H;
l = 0.05 m the distance between the supports on which the bent plate is laid with a length L = 0,065 m,
b = 0.02 m plate width;
h = 0.004 m plate thickness.

На этих же пластинках оценивалось качество керамики ОФ по параметрам шероховатости поверхности (ШП) и размерной точности (РТ), определяемых по соответствующей методике. On the same plates, the quality of ceramic ceramics was evaluated by the parameters of surface roughness (SH) and dimensional accuracy (RT), determined by the appropriate method.

Параметры качества ОФ: ШП и РТ оценивались также по формуле
Ra -Va

(9) где Ra параметр ШП ОФ, мкм;
Va параметр РТ ОФ, мкм;
C радиус зерна обсыпочного материала в ОФ, мкм;
c/h технологический фактор распределения обсыпочного материала в суспензии, устанавливающий численную связь между количествами обсыпочного материала и суспензии в покрытии и зависящий от характера укладки зерен обсыпочного материала на поверхности суспензии в покрытии.The quality parameters of the OF: silica and RT were also evaluated by the formula
Ra-Va

(9) where Ra is the parameter of the lattice phase function, μm;
Va parameter RT OF, microns;
C is the radius of the grain of the bulk material in OF, microns;
c / h is the technological factor of the distribution of the bulk material in the suspension, which establishes a numerical relationship between the amounts of the bulk material and the suspension in the coating and depends on the nature of the placement of the grains of the bulk material on the surface of the suspension in the coating.

Следует, что в условиях равновесного растяжения по (7) параметры ШП, РТ оптимизируются, трещины в ОФ не возникают (Ra=0=Va), благодаря чему качество ОФ значительно улучшается. It follows that under the conditions of equilibrium tension according to (7), the parameters of the joint venture, the RT are optimized, cracks in the RP do not arise (Ra = 0 = Va), due to which the quality of the RP significantly improves.

П р и м е р. Изготавливали образцы и опытные ОФ по технологии, наиболее распространенной при ЛВМ, приготовляя суспензию следующего состава: гидроли- зованный этилсиликат-32 IЛ; пылевидный кварцевый огнеупор 1,2-1,5 кг; обсыпочный материал кварцевый песок. Нанесение покрытий также производили по общепринятым в ЛВМ режимам. PRI me R. Samples and experimental RPs were prepared according to the technology most common with LCM, preparing a suspension of the following composition: hydrolyzed ethyl silicate-32 IL; dusty quartz refractory 1.2-1.5 kg; sprinkling material quartz sand. Coating was also carried out according to the generally accepted in the computer modes.

Обсыпанные модельные блоки помещали в автоклавы различных конструкций и производили сушку и отверждение каждого покрытия в автоклаве под избыточным давлением различной величины. Sprinkled model blocks were placed in autoclaves of various designs, and each coating was dried and cured in an autoclave under excess pressure of various sizes.

Нижний предел внешнего избыточного давления подсчитывается по формуле
P_н g H ρ (1) где P_н нижний предел внешнего избыточного давления, МПа;
ρ 1300.1500 кг/м³ насыпная масса обсыпочного материала кварцевого песка;
H= Iм максимальная высота столба обсыпочного материала, уплотненного вокруг ОФ;
g=9,81 м/с² ускорение силы тяжести.The lower limit of external overpressure is calculated by the formula
P _n g H ρ (1) where P _{n is the} lower limit of the external overpressure, MPa;
ρ 1300.1500 kg / m ³ bulk density of the bulk material of quartz sand;
H = Im maximum column height of the bulk material, compacted around the OF;
g = 9.81 m / s ² acceleration of gravity.

Подставляя эти данные в (1), получаем: величина нижнего предела внешнего избыточного давления P_н=0,015 МПа.Substituting these data in (1), we obtain: the value of the lower limit of the external overpressure P _n = 0.015 MPa.

Верхний предел внешнего избыточного давления 1,5 МПа устанавливается с учетом технических возможностей промышленных автоклавок развивать давления максимальной величины 1,5 МПа. The upper limit of the external overpressure of 1.5 MPa is set taking into account the technical capabilities of industrial autoclaves to develop pressures of a maximum value of 1.5 MPa.

Верхний и нижний пределы температуры нагрева ОФ-10 и 15^оС вытекают из необходимости создания перегрева (10^оС) (и точности его замера) 15^оС) модельного состава, достаточного для его расплавления.The upper and lower limits of the heating temperature ОФ-10 and 15 ^о С follow from the need to create an overheat (10 ^о С) (and the accuracy of its measurement) 15 ^о С) of a model composition sufficient for its melting.

Контролируя прочность и качество ОФ по прочности, ШП и РТ, анализировали результаты, представленные в таблице. Controlling the strength and quality of the RP in terms of strength, silica and solid oxide, analyzed the results presented in the table.

Из таблицы следует, что долевой вклад керамики в процессе формирования суммарной ШП и РТ оптимизирован (показатели 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15, 18, 19, 22, 23, 26, 27, 30 и 31). Это полностью подтверждает эффекты повышения качества и трещиностойкости ОФ, что способствует достижению одной из подцелей заявляемого решения. From the table it follows that the fractional contribution of ceramics in the process of formation of the total silica and RT is optimized (indicators 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15, 18, 19, 22, 23, 26, 27, 30, and 31) . This fully confirms the effects of improving the quality and fracture toughness of RP, which contributes to the achievement of one of the sub-goals of the proposed solution.

Также следует, что керамики ОФ по мере нагнетания избыточного давления интенсивно упрочняется с 5.7 МПа (при P ≅ 0,015 МПа= до 6,6.8,4 МПа (при P= 1,5 МПа), т. е. в среднем на 25% (показатели 4, 8, 12, 16, 20, 24, 26 и 32 таблицы). It also follows that RP ceramics are intensely hardened as pressure is pumped from 5.7 MPa (at P ≅ 0.015 MPa = to 6.6.8.4 MPa (at P = 1.5 MPa), i.e., on average by 25% ( indicators 4, 8, 12, 16, 20, 24, 26 and 32 of the table).

Покрытие для последнего слоя наносят под избыточным давлением в автоклаве при температуре на 10-15^оС превышающей температуру плавления модельного состава. При этом операцию отверждения керамики последнего покрытия совмещали с выплавлением модели из ОФ, так как внешнее давление нейтрализовало среднее расширение модельного состава.The coating layer is applied to the latter under overpressure in autoclave at a temperature of ^about 10-15 C above the melting point of the model formulation. In this case, the operation of curing the ceramics of the last coating was combined with the smelting of the model from RP, since external pressure neutralized the average expansion of the model composition.

Claims

1. METHOD FOR MAKING SHELL FORMS BY MELECTED MODELS, including the operations of layer-by-layer deposition of a suspension onto a model, sprinkling of each layer with granular material, drying and curing, smelting of models, characterized in that drying and curing of each layer is carried out under an external overpressure of not more than 1.5 MPa

2. The method according to claim 1, characterized in that the drying and curing of the last layer is carried out simultaneously with the smelting of models at a temperature of 10
15 ^o C higher than the melting temperature of the model.