RU2614480C2

RU2614480C2 - Method for production of combined mould for complex workpieces made of titanium alloys

Info

Publication number: RU2614480C2
Application number: RU2015129739A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Горюхин; Екатерина Сергеевна Гайнцева; Марсель Салаватович Кильдияров
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2017-03-28
Also published as: RU2015129739A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: graphite mould is mechanically made, then a spatially complex mould fragment is made by applying to a model in the form of a sector of the refractory lining by casting as per cast models. The model is grown by prototyping. The resulting fragment is fixed in a graphite mould.

EFFECT: improved accuracy of holes in the large-sized castings.

5 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения комбинированных графитовых форм с керамическими вставками для крупногабаритных титановых отливок с пространственно-сложными отверстиями.The invention relates to foundry and can be used to obtain combined graphite molds with ceramic inserts for large titanium castings with spatially complex holes.

Известен способ получения форм с отверстиями сложной формы в крупногабаритной отливке с применением цельного стержня (патент РФ №1127148 А1, кл. В22С 9/10, В22С 1/16, 10.12.2005), который изготавливается методом спекания стержня-сырца, полученного запрессовкой в пресс-форму стержня.A known method of producing molds with holes of complex shape in large castings using a solid rod (RF patent No. 1127148 A1, class B22C 9/10, B22C 1/16, 12/10/2005), which is produced by sintering a raw rod obtained by pressing in the mold of the rod.

Недостатками способа получения сложного отверстия в крупногабаритной отливке являются высокая трудоемкость и повышенная стоимость, с большим процентом брака при обжиге: коробление, слом, усадка и т.д.The disadvantages of the method of obtaining a complex hole in a large casting are the high complexity and increased cost, with a high percentage of rejects during firing: warpage, scrap, shrinkage, etc.

Известен способ получения полости в отливках с применением составных керамических стержней (патент РФ №2090299 С1, кл. В22С 9/10, В22С 9/04, 20.09.1997), содержащий основной стержень и соединенные с ним министержни, в котором министержень выполнен в виде рамки с продольной перегородкой, которая с двух сторон соединена перемычками с продольными стенками рамки, при этом оси перемычек смещены друг относительно друга, а крепление основного стержня с министержнями фиксирует их по нормали к профильной части изделия.A known method of obtaining a cavity in castings using composite ceramic rods (RF patent No. 2090299 C1, class B22C 9/10, B22C 9/04, 09/20/1997), containing the main rod and connected to it by a mini-rod, in which the mini-rod is made in the form frames with a longitudinal partition, which is connected on both sides by jumpers with the longitudinal walls of the frame, while the axis of the jumpers are offset from each other, and the mounting of the main rod with mini rods fixes them normal to the profile part of the product.

Недостатками такого способа являются, во-первых, установка министержней и их соединение с основным внутренним стержнем являются трудоемкой операцией, учитывая малые размеры министержней и их большое количество в одной детали. Во-вторых, полученный стержень обладает невысокой точностью и прочностью.The disadvantages of this method are, firstly, the installation of mini-rods and their connection with the main inner rod is a time-consuming operation, given the small size of the mini-rods and their large number in one part. Secondly, the resulting rod has low accuracy and strength.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения крупногабаритной отливки с внутренними полостями сложной конфигурации по выплавляемым моделям (патент РФ №2231414 С2, кл. В22С 9/04, 27.06.2004). В качестве огнеупорных материалов применяются дистенсиллиманит и электрокорунд. Основным материалом для связующего при облицовке является этилсиликат (представляющий собой смесь этиловых эфиров и поликремниевых кислот). Наносят облицовочные слои окунанием модели отливки в суспензию заданной вязкости. Распределению суспензии в отверстии способствует вращение модели на воздухе.Closest to the proposed method is a method for producing large-sized castings with internal cavities of complex configuration by investment casting (RF patent No. 2231414 C2, class B22C 9/04, 06/27/2004). Distensillimanite and electrocorundum are used as refractory materials. The main material for the binder during lining is ethyl silicate (which is a mixture of ethyl esters and polysilicic acids). Cover layers are applied by dipping the casting model into a suspension of a given viscosity. The distribution of the suspension in the hole is facilitated by the rotation of the model in air.

Недостатком такого способа является необходимость наличия внутренней полости большого диаметра и невозможность получения качественной облицовки в случаях протяженных, пространственно сложных отверстий.The disadvantage of this method is the need for an internal cavity of large diameter and the inability to obtain high-quality cladding in cases of long, spatially complex holes.

Задача изобретения - снижение трудоемкости изготовления формы, повышение качества и точности отверстий в крупногабаритных отливках.The objective of the invention is to reduce the complexity of manufacturing the mold, improving the quality and accuracy of holes in large castings.

Технический результат - получение сложных форм размером до 350 мм цельным сектором с последующим соединением с механически полученной основной графитовой формой.EFFECT: obtaining complex shapes up to 350 mm in size by an integral sector with subsequent connection with a mechanically obtained basic graphite form.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом получения комбинированной формы с пространственно-сложным отверстием в крупногабаритных отливках из титановых сплавов, согласно изобретению изготавливают основную форму из графита механическим путем, сложный фрагмент которой вырезают в виде сектора, и вместо него изготавливают керамическую форму, которую получают путем нанесения облицовки на модель, выращенную методом прототипирования, и собирают керамическую форму вместе с основной формой из графита.The problem is solved, and the technical result is achieved by the method of obtaining a combined mold with a spatially complex hole in large castings from titanium alloys, according to the invention, the main mold is made from graphite mechanically, a complex fragment of which is cut out in the form of a sector, and instead a ceramic mold is made that obtained by applying the cladding to a model grown by prototyping, and collect the ceramic mold together with the main form of graphite.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 и на фиг. 2 изображен пример пространственно-сложного фрагмента модели отливки, на фиг. 3 и на фиг. 4 представлен способ получения фрагмента формы облицовкой модели в виде сектора, выращенной методом прототипирования. На фиг. 5 изображена модель графитовой формы со вставленным керамическим сектором, полученным облицовкой модели, выращенной методом прототипирования, и содержащим пространственно-сложное отверстие.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 and in FIG. 2 shows an example of a spatially complex fragment of a casting model; FIG. 3 and in FIG. 4 shows a method for producing a fragment of a form by facing a model in the form of a sector grown by the prototyping method. In FIG. 5 shows a model of a graphite form with an inserted ceramic sector, obtained by facing the model grown by the prototyping method and containing a spatially complex hole.

Пример конкретной реализации способа.An example of a specific implementation of the method.

Механическим путем изготавливают графитовую форму, которая изображена на фиг. 5, состоящую из двух полуформ (поз. 6). В графитовой форме вырезают сектор, содержащий пространственно-сложное отверстие (фиг. 1, фиг. 2, поз. 1), так как это отверстие невозможно получить механическим путем. Модель отливки, относящаяся к вырезанному сектору, изготавливают отдельно методом прототипирования (фиг. 1, фиг. 2, поз. 2) - выращивают модель сектора, внутренняя полость которой соответствует внутренней полости отливки. Метод прототипирования заключается в послойном наращивании материала, из которого состоит модель, до образования единого целого - готового изделия, которое соответствует математической модели, представленной в CAD-формате [Кунву Ли, Основы САПР (CAD/CAM/CAE), СПб.: Питер, 2004].A graphite mold is produced mechanically, which is depicted in FIG. 5, consisting of two half-forms (pos. 6). In a graphite form, a sector is cut out containing a spatially complex hole (Fig. 1, Fig. 2, item 1), since this hole cannot be obtained mechanically. A casting model related to the cut out sector is made separately by the prototyping method (Fig. 1, Fig. 2, item 2) - a sector model is grown, the internal cavity of which corresponds to the internal cavity of the casting. The prototyping method consists in layer-by-layer building-up of the material that makes up the model, until a single whole is formed - the finished product, which corresponds to the mathematical model presented in the CAD format [Kunwu Lee, CAD Fundamentals (CAD / CAM / CAE), St. Petersburg: Peter, 2004].

По торцевым поверхностям модели прикрепляют защитные панели (фиг. 3, поз. 3) для предотвращения загрязнения этих поверхностей. Затем полученную конструкцию (фиг. 3) облицовывают огнеупорными материалами в 6-12 слоев методом, принятым для литья по выплавляемым моделям. В качестве огнеупорных материалов применяют дистенсиллиманит и электрокорунд. Основным материалом для связующего при облицовке является этилсиликат (представляющий смесь этиловых эфиров и поликремниевых кислот), который содержит 41±1% SiO₂, 10-15% тетраэтоксилана и не более 0,5% HCl. Связующие свойства этилсиликат приобретает в процессе гидролиза. Гидролиз сопровождается поликонденсацией (объединение различных или одинаковых молекул в одну с образованием полимеров и выделением простейшего вещества). Гидролиз этилсиликата для получения связующих растворов проводят подкисленным раствором воды в спирте или ацетоне, так как этилсиликат и вода хорошо растворяются в них. Для ускорения реакции гидролиза применяют соляную кислоту. Слои наносят путем двукратного окунания модели в суспензию. Для получения качественной облицовки после каждого окунания модель необходимо вращать в течение 10…30 секунд. Это способствует равномерному распределению суспензии. Затем при Т≈600°C проводят обжиг, в результате которого модель (фиг. 4, поз 5) полностью выжигают. Защитные панели снимают. Форму в виде сектора (фиг. 4, фиг. 5, поз. 4), полученную таким путем, устанавливают в графитовую форму (фиг. 5, поз. 6). Крепление и установку фрагмента формы осуществляют с помощью огнеупорного состава.On the end surfaces of the model attach protective panels (Fig. 3, item 3) to prevent contamination of these surfaces. Then, the resulting structure (Fig. 3) is lined with refractory materials in 6-12 layers by the method adopted for investment casting. Distensillimanite and electrocorundum are used as refractory materials. The main material for the binder during lining is ethyl silicate (which is a mixture of ethyl esters and polysilicic acids), which contains 41 ± 1% SiO ₂ , 10-15% tetraethoxylane and not more than 0.5% HCl. Ethyl silicate acquires binding properties during hydrolysis. Hydrolysis is accompanied by polycondensation (combining different or identical molecules into one with the formation of polymers and the release of the simplest substance). The hydrolysis of ethyl silicate to obtain binder solutions is carried out with an acidified solution of water in alcohol or acetone, since ethyl silicate and water are well dissolved in them. To accelerate the hydrolysis reaction, hydrochloric acid is used. The layers are applied by dipping the model twice in suspension. To obtain high-quality lining after each dipping, the model must be rotated within 10 ... 30 seconds. This contributes to an even distribution of the suspension. Then, at T≈600 ° C, firing is carried out, as a result of which the model (Fig. 4, item 5) is completely burned out. The protective panels are removed. The sector-shaped form (Fig. 4, Fig. 5, pos. 4) obtained in this way is set in the graphite form (Fig. 5, pos. 6). Fastening and installation of the mold fragment is carried out using a refractory composition.

Итак, заявляемое изобретение позволяет получить качественные и сложные фрагменты формы в крупногабаритных отливках любой сложности с пространственно-сложными отверстиями диаметром от 20 до 40 мм и протяженностью до 350 мм.So, the claimed invention allows to obtain high-quality and complex fragments of the form in large castings of any complexity with spatially complex holes with a diameter of 20 to 40 mm and a length of up to 350 mm.

Claims

A method for producing a combined mold for large castings with a spatially complex hole made of titanium alloys, including the mechanical production of the main mold from graphite, the manufacture of a spatially complex fragment of the mold by applying refractory cladding by investment casting on a prototype sector-grown model, and assembly of the mold fragment and the main graphite mold.