RU2116157C1

RU2116157C1 - Method for melting out of patterns from shell molds

Info

Publication number: RU2116157C1
Application number: RU96111922A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Сапченко
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН; Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 1998-07-27

Abstract

FIELD: metallurgy; may be used at machine-building works of many industries. SUBSTANCE: ready for melting out of patterns block molds are preliminarily installed in airtight chamber insulated from heat carrier and strengthened by building up pressure with cooling air injection. Upon attainment in chamber of pressure of the required value, heat-insulating partition is removed and block molds are immersed into heat carrier medium. After completion of pattern melting out, shell molds are withdrawn from the heat carrier medium and pressure is relieved. EFFECT: full elimination of rejects resulted from cracks in shell molds. 3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам выплавления моделей из оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям (ЛВМ), и может быть использовано на машиностроительных заводах многих отраслей промышленности таких, как: самолетостроение, автомобилестроение, станкостроение, кораблестроение и т.д. The invention relates to foundry, in particular to methods for smelting models from shell molds in Lost wax casting (LVM), and can be used in machine-building plants of many industries such as: aircraft, automotive, machine tool, shipbuilding, etc.

Аналогами предлагаемого технического решения являются способы выплавления моделей в расплавленной модельной массе того же состава что и модели, нагретой значительно выше (в 2 раза и более), чем температура плавления последней, и в горячей воде (Производство точных отливок./И.Дошкарж, Я.Габриель, М.Гоушть, М.Павелка. -М.: Машиностроение, 1979. - с. 91). Analogues of the proposed technical solution are methods of smelting models in a molten model mass of the same composition as a model heated significantly higher (2 times or more) than the melting temperature of the latter, and in hot water (Production of precision castings. / I. Doshkarzh, I Gabrielle, M. Gousht, M. Pavelka. -M.: Engineering, 1979. - p. 91).

Выплавление моделей из оболочковых форм данными методами осуществляется быстрым погружением последних в среду теплоносителя (расплав модельной массы или горячую воду), при этом происходит постепенное, преимущественно у стенок оболочки и в ее литниковой воронке, оплавление модельного состава. Smelting of models from shell forms by these methods is carried out by rapid immersion of the latter in a coolant medium (molten model mass or hot water), while the model composition is gradually melted, mainly at the shell walls and in its gate funnel.

Недостатки этих методов удаления выплавляемых моделей обуславливаются появлением трещин, образующихся в результате возникновения температурных напряжений в оболочке при их резком погружении в среду теплоносителя, и разрывающих усилий от температурного расширения модельной массы. Последнее справедливо даже в случае оплавления модельного состава у стенок оболочки, которое, как принято считать, оказывает компенсирующее действие температурному расширению модели. Объяснением этому явлению может служить то, что при резком температурном воздействии на блок-форму между моделью и оболочкой образуется узкий зазор, заполненный расплавом модельной массы. Расширение твердой модели сопровождается сужением зазора при вытеснении жидкой массы, удаление которой из полости формы затруднено трением о стенки оболочки и ее рельефностью, что способствует возникновению высоких давлений (4-6 МПа - данные полученные экспериментально) особенно в наиболее удаленных от литниковой воронки зонах оболочковой формы и, как следствие, приводит к растрескиванию последней. The disadvantages of these methods for removing lost wax patterns are caused by the appearance of cracks resulting from the occurrence of temperature stresses in the shell during their sharp immersion in the coolant medium, and breaking forces from the thermal expansion of the model mass. The latter is true even in the case of fusion of the model composition near the walls of the shell, which, as is commonly believed, has a compensating effect on the thermal expansion of the model. This phenomenon can be explained by the fact that with a sharp temperature effect on the block form, a narrow gap is formed between the model and the shell, filled with a molten model mass. The expansion of the solid model is accompanied by a narrowing of the gap during the displacement of the liquid mass, the removal of which from the mold cavity is complicated by friction against the shell walls and its relief, which contributes to the occurrence of high pressures (4-6 MPa - experimental data) especially in the shell-shaped zones most remote from the gate funnel and, as a result, leads to cracking of the latter.

Прототипом для заявляемого изобретения по технической сути и достигаемому результату является способ выплавления моделей из оболочковых форм в автоклаве, насыщенном водными парами (Производство точных отливок./И.Дошкарж, Я.Габриель, М.Гоушть, М.Павелка - М.: Машиностроение, 1979. - с. 91-92). The prototype for the claimed invention in technical essence and the achieved result is a method of smelting models from shell molds in an autoclave saturated with water vapor (Production of precision castings. / I. Doshkarzh, Y. Gabriel, M. Gousht, M. Pavelka - M .: Mechanical Engineering, 1979.- S. 91-92).

Сущность способа заключается в установке блок-формы в герметичную камеру с последующим нагнетанием в нее газообразного нагретого вещества (пара). Блок-форма разогревается паром, модель, расплавляясь, вытекает из оболочковой формы. The essence of the method is to install a block form in a sealed chamber, followed by forcing into it a gaseous heated substance (steam). The block form is heated by steam, the model, melting, flows from the shell form.

Этот способ осуществляется обеспечением теплового удара на поверхности модели в оболочковой форме, который тем интенсивнее, чем выше температура паров. На практике используют выплавление из оболочек при давлении от 0,3 до 0,6 МПа и с температурой пара от 135 до 165^oC. Время нагнетания максимального давления составляет 1-3 мин. Цикл расплавления и удаления модели из оболочковых форм составляет 5-25 мин.This method is carried out by providing thermal shock on the surface of the model in shell form, which is more intense the higher the temperature of the vapor. In practice, smelting from the shells is used at a pressure of from 0.3 to 0.6 MPa and with a steam temperature of 135 to 165 ^o C. The injection time of the maximum pressure is 1-3 minutes. The cycle of fusion and removal of the model from shell forms is 5-25 minutes.

Рассматриваемый способ позволяет значительно сократить брак оболочек по трещинам, реализует возможность использования блоков с более тонкими оболочками, а также повышает качество поверхности отливок. The considered method can significantly reduce the marriage of shells along cracks, realizes the possibility of using blocks with thinner shells, and also improves the surface quality of castings.

Однако вышеупомянутый способ не обеспечивает полного предотвращения брака оболочек по трещинам, т.к. создаваемое в автоклаве давление пара (0,3-0,6 МПа) не компенсирует напряжений (4-6 МПа), возникающих от температурного расширения модели и градиента температур между внешней и внутренней поверхностями последних, что также способствует образованию трещин. However, the aforementioned method does not provide complete prevention of the marriage of shells along cracks, because the steam pressure generated in the autoclave (0.3-0.6 MPa) does not compensate for the stresses (4-6 MPa) arising from the thermal expansion of the model and the temperature gradient between the external and internal surfaces of the latter, which also contributes to the formation of cracks.

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

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем. The essence of the proposed technical solution is as follows.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в сокращении или полном исключении брака оболочковых форм по трещинам на технологической операции удаления выплавляемых моделей, что предотвращает необходимость ремонта оболочковых форм и, как следствие, приводит к снижению материаллоемкости технологического процесса, трудоемкости и затрат на тепло- и энергоресурсы. The problem solved by the claimed invention is to reduce or completely eliminate the marriage of shell molds along cracks in the technological operation of removing lost models, which prevents the need for repair of shell molds and, as a result, reduces the material consumption of the process, labor and heat and energy costs .

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением при решении задачи, заключается в повышении прочности оболочковых форм после выплавления моделей. The technical result achieved by the claimed invention in solving the problem is to increase the strength of shell molds after smelting models.

Заявляемый способ удаления моделей характеризуется следующими существенными признаками. The inventive method of deleting models is characterized by the following essential features.

Ограничительные признаки: блок-форма устанавливается в герметичную камеру с последующим нагнетанием в нее газообразного вещества и удаления выплавляемой модели. Restrictive signs: the block form is installed in a sealed chamber with subsequent injection of a gaseous substance into it and removal of the lost wax pattern.

Отличительные признаки: давление 4-6 МПа создается охлажденным газом в объеме, первоначально изолированном от выплавляющей среды, с последующим плавным нагревом блок-формы, осуществляемым опусканием последней в теплоноситель со скоростью 1 м/мин; в качестве теплоносителя используют жидкое вещество или нагревательные элементы. Distinctive features: a pressure of 4-6 MPa is created by the cooled gas in a volume initially isolated from the smelting medium, followed by gradual heating of the block form by lowering it into the coolant at a speed of 1 m / min; as a heat carrier use a liquid substance or heating elements.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа удаления моделей и достигаемым техническим результатом заключается в следующем. A causal relationship between the totality of the essential features of the proposed method for removing models and the achieved technical result is as follows.

Готовые к выплавке моделей блок-формы предварительно в камере усиливаются нагнетанием давления охлажденного воздуха до 4-6 МПа. Приведенные параметры давления определены экспериментальным методом и обуславливаются тем, что образование брака оболочковых форм по трещинам при выплавлении моделей способом-прототипом происходит на оболочках с прочностью 4-6 МПа. На оболочках с большей прочностью трещиннообразования не происходит. Проведенный эксперимент дает основание считать, что совокупность разрушающих напряжений в оболочке при выплавлении моделей составляет 4-6 МПа. Ready for smelting models of the block form previously in the chamber are amplified by forcing the pressure of chilled air to 4-6 MPa. The above pressure parameters are determined experimentally and are caused by the fact that the formation of shell molds through cracks during the smelting of models by the prototype method occurs on shells with a strength of 4-6 MPa. On shells with greater strength, cracking does not occur. The experiment gives reason to believe that the set of destructive stresses in the shell during smelting models is 4-6 MPa.

Нагнетание давления холодным воздухом обуславливает предупреждение растрескивания оболочек от термоудара и начального расширения модели при прогреве до момента достижения компенсирующего давления (4-6 МПа). The injection of pressure with cold air causes the prevention of cracking of the shells from thermal shock and the initial expansion of the model during heating until the compensating pressure is reached (4-6 MPa).

Далее осуществляется медленный, со скоростью 0,1 м/мин, ввод оболочек в среду теплоносителя для оплавления моделей со стороны литейных воронок и беспрепятственного удаления модельной массы, а также для осуществления плавного прогрева оболочковых форм с целью предотвращения образования большого перепада температур в структурах последних и, как следствие, разрушающих температурных напряжений. Then, the shells are slowly introduced at a speed of 0.1 m / min into the coolant medium to melt the models from the side of the casting funnels and unimpededly remove the model mass, as well as to smoothly heat the shell molds in order to prevent the formation of a large temperature difference in the structures of the latter and as a result, destructive temperature stresses.

По окончании процесса выплавления моделей оболочковые формы извлекаются из среды теплоносителя и разрушаются, т.е. компенсирующее давление медленно сбрасывается. Данное мероприятие позволяет также избежать резкого охлаждения оболочек, что предотвращает возникновение температурных напряжений. At the end of the process of smelting models, shell forms are removed from the coolant and destroyed, i.e. compensating pressure is slowly released. This event also avoids sudden cooling of the shells, which prevents the occurrence of temperature stresses.

Весь цикл удаления моделей из оболочковых форм данным методом составляет 15-25 мин. The entire cycle of removing models from shell forms by this method is 15–25 min.

Сравнительный анализ предлагаемого способа удаления выплавляемых моделей из оболочковых форм и прототипа представлен в таблице. A comparative analysis of the proposed method for removing lost wax models from shell molds and prototype is presented in the table.

Реализация заявляемого способа удаления моделей из оболочковых форм в промышленных условиях может быть осуществлена следующим образом. Implementation of the proposed method for removing models from shell forms in an industrial environment can be carried out as follows.

Готовые к вытопке моделей блок-формы устанавливаются на подвеске 1 (фиг. 1) камеры 2 ванны выплавления модельного состава воронкой вниз, в нижней части которой находится теплоноситель 3 (расплав модельной массы, горячая вода, атмосфера, нагреваемая ТЭНами и т.д.). На первом этапе осуществления технологического процесса контакт теплоносителя с блок-формой отсутствует посредством теплоизолирующей перегородки 4. Ready-to-drain models of the block form are installed on the suspension 1 (Fig. 1) of the chamber 2 of the melting bath of the model composition with the funnel down, in the lower part of which there is a coolant 3 (molten model mass, hot water, atmosphere heated by heating elements, etc.) . At the first stage of the process, the contact of the coolant with the block form is absent by means of a heat-insulating partition 4.

Камера 2 ванны выплавления модельного состава герметично закрывается крышкой 5, и во внутреннюю полость камеры 2 подается охлажденный, например, до температуры окружающей среды газ (например, воздух). Подаваемым в камеру газом в ванне выплавления моделей нагнетается давление 4-6 МПа. После достижения необходимого давления перегородка 4 удаляется (фиг. 2), подвеска 1 ванны выплавления моделей с установленными на ней блок-формами медленно опускается в среду теплоносителя 3 со скоростью 0,1 м/мин. The chamber 2 of the melting bath of the model composition is hermetically closed by a cover 5, and a gas cooled, for example, to ambient temperature (for example, air) is supplied into the internal cavity of the chamber 2. The gas supplied to the chamber in the casting bath is pressurized to 4-6 MPa. After reaching the required pressure, the partition 4 is removed (Fig. 2), the suspension 1 of the melting bath of models with block forms installed on it is slowly lowered into the medium 3 at a speed of 0.1 m / min.

По окончании процесса удаления плавких моделей подвеска 1 медленно извлекается из теплоносителя 3. Газ из камеры 2 ванны выплавления моделей откачивается, давление снимается. Камера 2 вентилируется, открывается, формы извлекаются и подаются на операции дальнейшей технологической обработки. At the end of the process of removing fusible models, the suspension 1 is slowly removed from the coolant 3. The gas from the chamber 2 of the melting bath is evacuated, the pressure is removed. The chamber 2 is ventilated, opens, forms are removed and fed to the operations of further technological processing.

Осуществление заявляемого способа в промышленных условиях не требует значительных затрат на его реализацию. Затраты потребуются лишь на изготовление или модернизацию традиционной ванны выплавления моделей. The implementation of the proposed method in an industrial environment does not require significant costs for its implementation. Costs will be required only for the manufacture or modernization of a traditional smelting bath.

Claims

1. A method of smelting models from shell molds, including installing a block mold in a sealed chamber, injecting gaseous matter into it and removing a lost wax model, characterized in that a sealed chamber with a heat-insulating partition horizontally installed in it is used, the block mold is first installed in the upper parts of the sealed chamber, the injected gas into which is cooled, then the partition is removed and the block form is heated, lowering into the lower part of the chamber pre-filled with coolant.

2. The method according to p. 1, characterized in that the injection of chilled gas is carried out under a pressure of 4 to 6 MPa, and the block form is smoothly heated by lowering the latter into the coolant at a speed of 0.1 m / min.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that a liquid substance is used as a heat carrier.