RU2218233C2

RU2218233C2 - Method for making investment patterns

Info

Publication number: RU2218233C2
Application number: RU2000125245/02A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Сапченко
Original assignee: ГУ Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2003-12-10

Abstract

FIELD: machine engineering, namely casting with use of investment patterns. SUBSTANCE: method comprises steps of making pattern material in the form of powder mixture containing components of said material with fraction size in range 0.1 - 0.6 mm; metering pattern material to press-mold in such quantity that provides manufacture of patterns with porosity degree 1.5 - 3%; without preliminary heating pressing pattern material in vacuum -95 kPa due to matching parting surfaces of press-mold in order to realize sintering of pattern material, practically without phase deformation processes and for forming open capillary porosity. Such porosity compensates expansion of pattern at heating during melting it out of ceramic envelope. EFFECT: enhanced dimensional and geometry accuracy of patterns and castings. 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам изготовления выплавляемых моделей в литье и может быть использовано в машиностроительной отрасли народного хозяйства. The invention relates to methods for manufacturing investment castings in casting and can be used in the engineering industry of the national economy.

Известен способ изготовления пористых выплавляемых моделей из пастообразного модельного материала [1]. 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 from a paste-like model material [1]. 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 выплавляемых 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. Changes in the temperature storage conditions for investment models lead to a distortion of their geometric shape, for example, to bloating or the formation of weights. 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.

Выплавление модели из оболочковой формы сопровождается температурным расширением модельного материала и воздуха, блокированного в структуре модели, т. к. 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. The melting of the model from the shell mold is accompanied by the thermal expansion of the model material and the air blocked in the structure of the model, since the process of heating the shell does not occur evenly, in the zones farthest from the gate funnel, the pressure develops from the thermal expansion, exceeding the permissible values, which leads to the formation of cracks in the structure of the shell 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 с использованием порошка модельного материала [2] . Сущность способа заключается в том, что в расплав модельной композиции при 60-65^oС вводят порошок той же композиции с температурой ±10^oС фракции 0,1-1 мм. 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 castings using powder of model material [2]. The essence of the method lies in the fact that the powder of the same composition with a temperature of ± 10 ^o C fractions of 0.1-1 mm is introduced into the melt of the model composition at 60-65 ^{o C.} 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 выплавляемых 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 investment 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.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается изготавливать выплавляемые модели в вакууме -95 кПа холодным прессованием порошкообразных компонентов модельного материала фракции 0,1-1,6 мм в количестве, регламентируемом техническими условиями, при его дозировании непосредственно в пресс-форму, обеспечивающем изготовление моделей с 1,5-3% открытой пористостью, посредством совмещения поверхностей разъемов (смыкания) пресс-формы. The essence of the invention lies in the fact that it is proposed to produce lost wax models in -95 kPa vacuum by cold pressing the powdered components of a model material of a fraction of 0.1-1.6 mm in an amount regulated by technical conditions, when it is dosed directly into a mold that provides model making with 1.5-3% open porosity, by combining the surfaces of the connectors (closing) of the mold.

Реализация предлагаемого технического решения осуществляется следующим образом. The implementation of the proposed technical solution is as follows.

Компоненты модельного материала, например ПЦБ 62-25-13 [1], a именно: парафин, церезин и буроугольный воск измельчаются до фракций 0,1-1,6 мм; перемешиваются в количестве, регламентированном техническими условиями, а именно: парафин 62%; церезин 25% и буроугольный воск 13%. Подготовленная смесь модельного материала дозируется в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение пористости моделей 1,5-3%. Пресс-форма герметизируется, после чего создается разряжение -95 кПа. Под действием вакуума осуществляется прессование модели посредством совмещения (смыкания) элементов пресс-формы. После прессования разряжение снимается, пресс-форма раскрывается, модель удаляется при помощи толкателей пресс-формы. Components of a model material, for example, PCB 62-25-13 [1], namely: paraffin, ceresin and brown coal wax are crushed to fractions of 0.1-1.6 mm; are mixed in an amount regulated by technical conditions, namely: paraffin 62%; ceresin 25% and brown coal wax 13%. The prepared mixture of model material is dosed into the mold in an amount that ensures the porosity of the models is 1.5-3%. The mold is sealed, after which a vacuum of -95 kPa is created. Under the influence of vacuum, the model is pressed by combining (closing) the mold elements. After pressing, the vacuum is removed, the mold is opened, the model is removed using the pushers of the mold.

Задача, решаемая заявленным способом изготовления выплавляемых моделей, заключается в повышении размерной и геометрической точности получаемых моделей и отливок; 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; physical and mechanical properties of shell forms.

Изготовление выплавляемых моделей предлагаемым методом имеет ряд преимуществ перед существующими способами: полностью устраняется брак моделей при их изготовлении; засыпаемый в определенном количестве (для обеспечения 1,5-3% 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 manufacturing of investment models by the proposed method has several advantages over existing methods: the marriage of models during their manufacture is completely eliminated; filled in a certain amount (to ensure 1.5-3% 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 порошков модельного материала фракции 0,1-1,6 мм. При использовании модельных материалов более крупной фракции наблюдается разрушение гранул на поверхности моделей с образованием поверхностных дефектов в виде выщербин, менее крупной - сопровождается комкованием, что затрудняет введение материала в пресс-форму. The foregoing is true for powders of the model material fractions of 0.1-1.6 mm When using model materials of a larger fraction, granules are destroyed on the surface of the models with the formation of surface defects in the form of cracks, and a smaller fraction is accompanied by clumping, which complicates the introduction of the material into the mold.

При реализации предлагаемого метода отпадает необходимость образования пастообразной композиции с определенными интервалами затвердевания. When implementing the proposed method there is no need for the formation of a pasty composition with certain intervals of solidification.

Дозирование порошкообразного модельного материала в пресс-форму в меньших количествах, обеспечивающих получение моделей с пористостью более 3%, приводит к снижению физико-механических свойств моделей, в больших (с образованием пористости менее 1,5%) - способствует возникновению силового воздействия модели при выплавлении на оболочковую форму, т.е. температурное расширение модельной массы не компенсируется меньшей пористостью [1]. Dosing of powdered model material into the mold in smaller quantities, providing models with a porosity of more than 3%, leads to a decrease in the physicomechanical properties of the models, and in large (with the formation of porosity of less than 1.5%) it contributes to the occurrence of force action of the model during smelting on the shell form, i.e. the thermal expansion of the model mass is not compensated by lower porosity [1].

Степень разряжения -95 кПа, создаваемая при изготовлении моделей, является оптимальной, т. к. ее увеличение представляется технологически нецелесообразным, а уменьшение - препятствует получению моделей заданной пористости и способствует сохранению воздуха в структуре модели, что может неблагоприятно отразиться на оболочковую форму при выплавлении последних. The degree of vacuum of -95 kPa created in the manufacture of models is optimal, since its increase seems technologically impractical, and a decrease prevents the creation of models of a given porosity and contributes to the preservation of air in the structure of the model, which can adversely affect the shell shape when smelting the latter .

Процесс удаления моделей, полученных заявляемым способом, из оболочковых форм в горячей воде сопровождается их объемным сокращением при расплавлении. Образующаяся жидкая фаза модельного материала впитывается в модель под действием капиллярных сил и рязряжения в структуре модели, температурные расширения модели полностью компенсируются 1,5-3% пористостью [1]. The process of removing models obtained by the claimed method from shell forms in hot water is accompanied by their volumetric reduction during melting. The resulting liquid phase of the model material is absorbed into the model under the action of capillary forces and tension in the structure of the model, the temperature expansion of the model is fully compensated by 1.5-3% porosity [1].

На основании вышеизложенного выплавляемая модель не оказывает силового воздействия на оболочковую форму и не пропитывает ее, что позволяет повысить на 20-40% прочность оболочек, сократить их потери при прокаливании, повысить качество отливок по чистоте поверхности и точности. Based on the foregoing, the lost wax model does not exert a force effect on the shell mold and does not impregnate it, which makes it possible to increase the strength of the shells by 20-40%, reduce their loss during calcination, and improve the quality of castings in terms of surface cleanliness and accuracy.

Признаки, характеризующие изобретение
Ограничительные: способ изготовления выплавляемых моделей включает использование модельного материала в виде порошка.Features characterizing the invention
Restrictive: a method for manufacturing investment castings involves the use of a model material in the form of a powder.

Отличительные: в качестве модельного материала используется смесь порошков его компонентов в количестве, регламентированном техническими условиями фракции 0,1-1,6 мм, дозируется в количестве, обеспечивающем получение 1,5-3% пористости выплавляемых моделей вакуумированием до -95 кПа с последующим прессованием без предварительного нагрева, посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы. Distinctive: as a model material, a mixture of the powders of its components in an amount regulated by the technical conditions of the 0.1-1.6 mm fraction is used, it is dosed in an amount that provides 1.5-3% porosity of the melted models by vacuuming up to -95 kPa, followed by pressing without pre-heating, by combining the surfaces of the mold connectors.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим решением осуществляется посредством способности порошкообразных компонентов модельного материала 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 выплавлении моделей и прокаливании, повысить качество поверхности отливок и их точность. A causal relationship between the essential features and the technical solution achieved is achieved through the ability of the powdered components of the model material 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 marriage in the manufacture of models, to increase their dimensional and geometric accuracy, increase the strength of shell molds and reduce their loss in the smelting of models th and calcination to improve the quality of castings and surface accuracy.

Промышленная применимость разработанного способа изготовления выплавляемых моделей обуславливается: простотой осуществления технологической операции изготовления моделей; значительным снижением, а в некоторых случаях, полным упразднением брака при изготовлении моделей; полным упразднением брака оболочковых форм при выплавлении 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. The industrial applicability of the developed method for manufacturing investment castings is determined by: simplicity of the technological operation of manufacturing models; a significant reduction, and in some cases, the complete abolition of marriage in the manufacture of models; the complete abolition of the marriage of shell forms during the smelting of models, as well as at the stage of their formation; 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.

Реализация заявляемого технического решения осуществляется следующим образом. The implementation of the proposed technical solution is as follows.

Предварительно подготовленный порошок модельной композиции фракции 0,8 мм дозируется в пресс-форму в объеме ~ 25 объемов изготавливаемой выплавляемой модели, что обеспечивает ее изготовление с 3%-ной пористостью. Пресс-форма герметизируется, после чего в ней создается разряжение -95 кПа. Под действием вакуума производится прессование модели посредством совмещения (смыкания) элементов пресс-формы. После прессования разряжение снижается, пресс-форма раскрывается, модель удаляется при помощи толкателей пресс-формы. The pre-prepared powder of the model composition of the 0.8 mm fraction is dosed into the mold in a volume of ~ 25 volumes of the produced investment model, which ensures its manufacture with 3% porosity. The mold is sealed, after which a vacuum of -95 kPa is created in it. Under the action of vacuum, the model is pressed by combining (closing) the mold elements. After pressing, the pressure decreases, the mold opens, the model is removed using the pushers of the mold.

Технологические свойства выплавляемых моделей, изготавливаемых заявляемым способом, представлены в таблице. The technological properties of investment models manufactured by the claimed method are presented in the table.

На основании анализа результатов технологических свойств удаляемых моделей представленных в таблице, заявляемые диапазоны изготовления моделей представляются предпочтительными. Based on the analysis of the results of the technological properties of the deleted models presented in the table, the claimed ranges for the manufacture of models are preferable.

ЛИТЕРАТУРА
1. 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.LITERATURE
1. Lost wax casting / V.N. Ivanov, S.A. Kuzennov, B.S. Kurchman et al .; under the general. ed. ME AND. Shklennika, V.A. Ozerova. - 3rd ed., Revised. and add. - M.: Mechanical Engineering, 1984, p. 133-136.

2. А.с. 1687358 СССР, МКИ⁵ В 22 С 7/02. Способ изготовления выплавляемых моделей / П.Ф. Степченко, Г.И. Наумов, В.С. Маколкин, У.Е. Широбонова. - Заявл. 03.01.89. Опубл. 30.10.91. Бюл. 40.2. A.S. 1687358 USSR, MKI ⁵ V 22 C 7/02. A method of manufacturing investment castings / P.F. Stepchenko, G.I. Naumov, V.S. Makolkin, U.E. Shirobonova. - Declared. 01/03/89. Publ. 10/30/91. Bull. 40.

Claims

A method of manufacturing investment castings, comprising pressing a model material in a mold in vacuum, characterized in that the model material is used in the form of a mixture of powders of its components with a fraction of 0.1-1.6 mm, which is metered into the mold in an amount that provides models with a porosity of 1.5-3%, while pressing the model composition is carried out in vacuum -95 kPa without pre-heating by combining the surfaces of the mold connectors.