RU2190498C1

RU2190498C1 - Method for manufacture of removable investment castings

Info

Publication number: RU2190498C1
Application number: RU2001105761/02A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Сапченко
Original assignee: Государственное учреждение Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-10-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method involves manufacturing investment castings from powdered mixture of single-component investment material of 0.1-1.6 mm fraction and ammonium nitrate of 0.1-2.5 mm fraction. Volumetric ratio of mixture components, %: investment material 20-65; ammonium nitrate 35-80. Investment material is dosed into casting mold in an amount providing for manufacture of investment castings of 3-10% porosity. Investment material is pressed without preliminary heating by aligning casting mold detachment surfaces. During pressing powdered investment material is caked without substantial phase deformation processes and with formation of open capillary porosity, which compensates expansion of investment casting during heating in the process of melting from ceramic enclosure. EFFECT: increased dimensional and geometric precision of investment castings and ingots. 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 and can be used in the engineering industry of the national economy.

Известен способ изготовления пористых выплавляемых моделей, т.е. удаляемых моделей из пастообразного модельного материала [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-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984, с. 133-136.]. Пастообразные модельные материалы приготавливают 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 регламентированной температуры, который под давлением подается в полость пресс-формы. A known method of manufacturing porous lost-wax models, i.e. deleted models from pasty model material [Lost wax casting. V.N. Ivanov, S.A. Kuzennov, B.S. Kurchman et al. / Under the general. ed. ME AND. Shklennik, V.A. Ozerov, 3rd ed., Revised. and add. - M.: Mechanical Engineering, 1984, p. 133-136.]. 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 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 deleted 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.

Удаление модели из оболочковой формы сопровождается температурным расширением модельного материала и воздуха, блокированного в структуре модели. Так как 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. Removal of the model from the shell mold is accompanied by thermal expansion of the model material and air blocked in the structure of the model. Since the process of heating the shell occurs non-uniformly, pressures from thermal expansion exceeding the permissible values develop in the zones farthest from the gate funnel, 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 моделей из легкоплавких композиций на основе парафина, церезина, полиэтиленового или буроугольного восков, включающий расплавление модельной композиции, интенсивное перемешивание расплава в герметичной емкости, охлаждаемой снаружи проточной водой, и запрессовку пастообразной композиции с температурой 52-56^oС в пресс-форму, в расплав модельной композиции при 60-65^oС вводят порошок той же композиции с температурой ± 10^oС, фракции 0,1-1,0 мм, не прекращая интенсивного перемешивания расплава [авт. св. 1687358, опубл. 30.10.91]. 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 for manufacturing investment models from fusible compositions based on paraffin, ceresin, polyethylene or brown coal waxes, including melting the model composition, intensively mixing the melt in a sealed container, cooled outside with running water, and pressing the paste composition with temperature 52-56 ^o With in the mold, in the melt of the model composition at 60-65 ^o With enter the powder of the same composition with a temperature of ± 10 ^o With fractions of 0.1-1.0 mm, without stopping intensive mixing of the melt [ed. St. 1687358, publ. 10/30/91]. 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 моделей содержит ряд недостатков, препятствующих получению требуемого технического результата. However, the prototype method under consideration for manufacturing investment castings has a number of disadvantages that impede the achievement of 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 выплавляемых моделей, заключается в повышении размерной и геометрической точности получаемых моделей и отливок и физико-механических свойств оболочковых форм. The problem solved by the claimed method for manufacturing investment castings is to increase the dimensional and geometric accuracy of the resulting models and castings and the physicomechanical properties of shell molds.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается в качестве модельного материала использовать порошкообразную смесь однокомпонентного модельного материала фракции 0,1-1,6 мм и нитрата аммония (NH₄NО₃) фракции 0,1-2,5 мм в соотношении по объему: модельный материал - 25-65%; нитрат аммония (NH₄NO₃) - 35-80%, 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 it is proposed as a model material to use a powdery mixture of a single component model material of a fraction of 0.1-1.6 mm and ammonium nitrate (NH ₄ NO ₃ ) of a fraction of 0.1-2.5 mm in a ratio by volume: model material - 25-65%; ammonium nitrate (NH ₄ NO ₃ ) - 35-80%, 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 pressing the powder of the model material without preheating by combining the surfaces of the connectors (clamping ) Press forms.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом осуществляется посредством способности порошкообразной смеси модельного материала и нитрата аммония 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 их размерную и геометрическую точность, повысить прочность оболочковых форм и снизить их потери при удалении и прокаливании моделей, 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 the powdery mixture of the model material and ammonium nitrate 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 defect during manufacture models, increase their dimensional and geometric accuracy, increase the strength of shell forms and reduce their loss upon impact enii and ignition models, improve the quality of castings and surface accuracy.

Изготовление удаляемых моделей предлагаемым методом имеет ряд преимуществ перед существующими способами. Полностью устраняется брак моделей при их изготовлении. Поступающий 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. Coming in a certain amount (to ensure 3-10% 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 предлагаемых фракционных составов компонентов порошкообразной модельной композиции. При использовании более крупных фракций наблюдается образование поверхностных дефектов в виде выщерблин, менее крупной - сопровождается комкованием, что затрудняет введение материала в пресс-форму. The foregoing is true for the proposed fractional compositions of the components of the powder model composition. When using larger fractions, the formation of surface defects in the form of crevices is observed, while the smaller ones are accompanied by clumping, which complicates the introduction of material into the mold.

Использование модельной композиции рекомендованного процентного соотношения обусловливается качеством получаемых моделей. Увеличение процентного соотношения однокомпонентного модельного материала ведет к ухудшению прочностных свойств модели, уменьшение - к снижению качества поверхности последних. Using the model composition of the recommended percentage is determined by the quality of the resulting models. An increase in the percentage of a single-component model material leads to a deterioration in the strength properties of the model, a decrease leads to a decrease in the surface quality of the latter.

Дозирование порошкообразного модельного материала в пресс-форму в меньших количествах, обеспечивающих получение моделей с пористостью более 10%, приводит к снижению физико-механических свойств моделей, в больших, обеспечивающих получение моделей с пористостью менее 3%, - технологически (для данных условий прессования) не осуществимо. Dosing of powdered model material into the mold in smaller quantities, providing models with a porosity of more than 10%, leads to a decrease in the physicomechanical properties of models, and in large ones providing models with a porosity of less than 3%, technologically (for these pressing conditions) not feasible.

Процесс удаления моделей, полученных заявляемым способом из оболочковых форм в горячей воде, сопровождается первоначальным растворением гранул нитрата аммония с последующим расплавленном однокомпонентного воскообразного материала, что приводит к объемному сокращению моделей. При нагревании расширяющийся воздух удаляется из модели сквозь оболочковую форму посредством открытой пористости ее структуры. Образующаяся жидкая фаза модельного материала впитывается в модель под действием капиллярных сил, температурные расширения модели компенсируются пористостью и образующимися вследствие растворения гранул нитрата аммония пустотами. The process of removing models obtained by the claimed method from shell forms in hot water is accompanied by an initial dissolution of the granules of ammonium nitrate followed by molten one-component waxy material, which leads to a volume reduction of the models. When heated, expanding air is removed from the model through the shell form through the open porosity of its structure. 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 and voids formed due to the dissolution of the granules of ammonium nitrate.

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 из однокомпонентного модельного материала (парафина), например. фракции 0,8 мм и смешивается с нитратом аммония, например, фракции 0,15 мм в пропорциях: модельный материал - 50%; нитрат аммония - 50%. 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. It is prepared from a one-component model material (paraffin), for example. fractions of 0.8 mm and mixed with ammonium nitrate, for example, fractions of 0.15 mm in the proportions: model material - 50%; ammonium nitrate - 50%. 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, представленных в таблице, заявленные диапазоны изготовления моделей представляются предпочтительными. При этом какого-либо негативного влияния, препятствующего повторному использованию модельного материала, со стороны нитрата аммония выявлено не было. Based on the analysis of the results of the technological properties of the deleted models presented in the table, the declared ranges for the manufacture of models are preferable. At the same time, no negative effect preventing the reuse of the model material from ammonium nitrate was detected.

Промышленная применимость разработанного способа изготовления выплавляемых моделей обусловливается 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 due to a reduction in 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.

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 powder mixture of a single component model material of a fraction of 0.1-1.6 mm and ammonium nitrate of a fraction of 0.1-2.5 mm at the following ratio of components by volume: model material 20-65%, ammonium nitrate 35-80%, model material is dosed into the mold in an amount that provides models with porosity of 3-10%, while pressing the model material is carried out without prior nogo heating surfaces by combining mold connectors.