RU2718635C1 - Method of making ceramic shell for casting blades (embodiments) - Google Patents
Method of making ceramic shell for casting blades (embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718635C1 RU2718635C1 RU2019119008A RU2019119008A RU2718635C1 RU 2718635 C1 RU2718635 C1 RU 2718635C1 RU 2019119008 A RU2019119008 A RU 2019119008A RU 2019119008 A RU2019119008 A RU 2019119008A RU 2718635 C1 RU2718635 C1 RU 2718635C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- ceramic
- rod
- shell mold
- binder
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
Abstract
Description
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способам изготовления керамических оболочек для литья лопаток из жаропрочных металлических сплавов для газотурбинных двигателей (ГТД).The invention relates to the field of engine building, and in particular to methods of manufacturing ceramic shells for casting blades from heat-resistant metal alloys for gas turbine engines (GTE).
Технология получения литых лопаток ГТД характеризуется большим количеством технологических переделов, высокими трудозатратами, необходимостью производства сложной оснастки для использования на различных этапах производства. При этом технология предназначена для серийного и крупносерийного производства в связи с использованием дорогостоящих многоразовых форм для изготовления оболочек.The technology for producing GTE cast blades is characterized by a large number of technological stages, high labor costs, and the need to produce sophisticated equipment for use at various stages of production. Moreover, the technology is intended for serial and large-scale production in connection with the use of expensive reusable molds for the manufacture of shells.
Известен способ изготовления керамической оболочки для литья лопаток, заключающийся в том, что последовательно методами механической обработки производят металлические формы для изготовления оболочки и стержня, затем отдельно формируют керамический стержень методом шликерного формования (Металлы и сплавы. Справочник под редакцией Ю.П. Солнцева, НПО «Профессионал», СПб, 2003). Далее формируют выплавляемую или выжигаемую модель, помещая в металлическую форму, предназначенную для изготовления наружной оболочки, изготовленный керамический стержень, запрессовывают в форму модельный состав, затем после его затвердевания и удаления металлической формы создают керамическую оболочку путем многократного погружения в керамическую суспензию и нанесения огнеупорного керамического порошка с последующей сушкой перед нанесением следующего слоя, после чего выжигают модель.A known method of manufacturing a ceramic shell for casting blades, which consists in the fact that sequentially by machining methods produce metal molds for the manufacture of the shell and the rod, then separately form the ceramic rod by slip molding method (Metals and alloys. Handbook edited by Yu.P. Solntseva, NPO "Professional", St. Petersburg, 2003). Next, a melted or burned model is formed by placing a ceramic rod made into a metal mold intended for the manufacture of the outer shell, the model composition is pressed into the mold, then, after it solidifies and the metal mold is removed, a ceramic shell is created by immersing it in a ceramic suspension and applying refractory ceramic powder followed by drying before applying the next layer, after which the model is burned.
Существенным недостатком известного технического решения является длительный трудоемкий процесс, сопряженный с большими затратами на производство.A significant disadvantage of the known technical solution is a long labor-intensive process, associated with high production costs.
Известен способ изготовления керамической оболочки для литья лопаток, заключающийся в изготовлении силиконовой оболочки, заливки в нее воска, покрытии восковок керамикой и удалении воска (Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т.18, №4(6), 2016, с. 1168-1172). Известное техническое решение позволяет снизить стоимость и трудоемкость изготовления керамической оболочки для литья лопаток за счет исключения механических операций по изготовлению металлической формы.A known method of manufacturing a ceramic shell for casting blades, which consists in the manufacture of a silicone shell, pouring wax into it, coating ceramics with waxes and removing wax (Bulletin of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, vol. 18, No. 4 (6), 2016, p. 1168 -1172). The known technical solution allows to reduce the cost and complexity of manufacturing a ceramic shell for casting blades due to the exclusion of mechanical operations for the manufacture of metal molds.
Существенным недостатком известного технического решения является недостаточная геометрическая точность изготовления оболочки, что снижает возможность использования отливок лопаток.A significant disadvantage of the known technical solution is the lack of geometric accuracy of the manufacture of the shell, which reduces the possibility of using castings of the blades.
Известен способ изготовления керамической оболочки для литья лопаток, заключающийся в изготовлении выплавляемой модели, керамического стержня, размещаемого в модели, пористой прослойки, закрепленной на верхнем знаке стержня, послойном нанесении на модель керамической оболочки, удалении модели и окончательном обжиге оболочки (RU 2660554, 2018). В известном техническом решении пористая прослойка содержит материал, который выгорает при обжиге, что обеспечивает компенсацию разности расширений формы и стержня в процессе заливки металла в керамическую оболочку и получение заданной толщины пера лопатки.A known method of manufacturing a ceramic shell for casting blades, which consists in the manufacture of a lost wax model, a ceramic rod placed in the model, a porous layer fixed to the upper sign of the rod, layering a ceramic shell on the model, removing the model and final firing of the shell (RU 2660554, 2018) . In a known technical solution, the porous interlayer contains material that burns out during firing, which compensates for the difference in the expansion of the mold and the core during the pouring of metal into the ceramic shell and obtains the specified thickness of the feather blades.
Существенным недостатком известного технического решения является сложность последующего удаления стержня из отливки, поскольку плотность интегрального стержня должна быть значительно меньше плотности оболочки.A significant disadvantage of the known technical solution is the complexity of the subsequent removal of the rod from the casting, since the density of the integral rod must be significantly less than the density of the shell.
Известен способ изготовления объемных изделий из порошкового материала, заключающийся в формировании внешней оболочки и внутренней полости оболочки путем послойного спекания лазером слоев (RU 2614291, 2017). В известном техническом решении предварительно осуществляют последовательное формирование и спекание слоев внешних стенок оболочки, после чего удаляют не спекшийся материал, формируют внутреннюю полость изделия путем заполнения другим материалом внутренней полости на высоту сформированной группы слоев внешних стенок и осуществляют спекание материала внутренней полости на всю глубину. При этом для изготовления внешней оболочки и внутренней полости оболочки могут применятся материалы различающегося состава, внешнюю оболочку и внутреннюю ее полость формируют в различных энергетических режимах.A known method of manufacturing bulk products from powder material, which consists in the formation of the outer shell and the inner cavity of the shell by layer-by-layer sintering of the layers with a laser (RU 2614291, 2017). In the known technical solution, the sequential formation and sintering of the layers of the outer walls of the shell is preliminarily carried out, after which the non-sintered material is removed, the inner cavity of the product is formed by filling the inner cavity with another material to the height of the formed group of layers of the outer walls, and the inner cavity is sintered to the full depth. Moreover, for the manufacture of the outer shell and the inner cavity of the shell, materials of varying composition can be used, the outer shell and its inner cavity are formed in different energy modes.
Существенным недостатком известного технического решения является сложность его использования при изготовления керамической оболочки для литья лопаток в связи с необходимостью применения материалов различающегося состава для обеспечения различной пористости оболочки и стержня и связанная с этим необходимость формирования оболочки и стержня на различных энергетических режимах работы лазера.A significant drawback of the known technical solution is the difficulty of its use in the manufacture of a ceramic shell for casting blades due to the need to use materials of varying composition to provide different porosity of the shell and the rod and the associated need for the formation of the shell and rod at different laser energy conditions.
Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является способ изготовления керамической оболочки для литья лопаток, заключающийся в том, что одновременно выполняют форму для изготовления оболочки и интегрированный в форму стержень методом трехмерной печати путем последовательного нанесения и отверждения слоев огнеупорного керамического материала со связующим (http://ddm.me.gatech.edu/page8/page8.html). В известном техническом решении послойное отверждение огнеупорного материала осуществляют методом фотополимеризации. Для обеспечения прочности в процессе заливки металла толщина стенок оболочки должна быть не менее 7,0 мм и иметь около 99% от плотности керамического материала. В процессе обжига в специальных печах осуществляется удаление связующего из керамического материала. Обжиг оболочки при наличии интегрированного в нее стержня, изготовленной методом фотополимеризации, приводит к растрескиванию оболочки. При изготовлении оболочки с толщиной стенок не превышающей 5,0 мм растрескивание не происходит, однако использование такой оболочки невозможно, поскольку она не обладает достаточной прочностью при теплосменах в процессе заливки металла и последующего охлаждения. Кроме того, для обеспечения последующего удаления из отливки стержня методом выщелачивания (или каким-либо другим методом) плотность интегрального стержня должна быть значительно меньше плотности оболочки. Поскольку в процессе послойной печати используется однородный керамический материал, то при одновременной печати и отверждении оболочки и стержня плотность конструкции оказывается одинаковой.The closest in technical essence and purpose to the present invention is a method for manufacturing a ceramic shell for casting blades, which consists in simultaneously performing a mold for manufacturing a shell and a rod integrated into the mold by three-dimensional printing by successively applying and curing layers of refractory ceramic material with a binder ( http://ddm.me.gatech.edu/page8/page8.html). In a known technical solution, layer-by-layer curing of the refractory material is carried out by photopolymerization. To ensure strength in the process of pouring metal, the wall thickness of the shell should be at least 7.0 mm and have about 99% of the density of the ceramic material. In the process of firing in special furnaces, the binder is removed from the ceramic material. The firing of the shell in the presence of an integrated rod made by photopolymerization in it leads to cracking of the shell. In the manufacture of the shell with a wall thickness not exceeding 5.0 mm, cracking does not occur, however, the use of such a shell is impossible, since it does not have sufficient strength during heat exchanges during the pouring of metal and subsequent cooling. In addition, to ensure subsequent removal from the casting of the rod by the leaching method (or by any other method), the density of the integral rod should be significantly lower than the density of the shell. Since homogeneous ceramic material is used in the process of layer-by-layer printing, the density of the structure is the same when printing and curing the shell and the rod at the same time.
Таким образом, существенным недостатком известного технического решения является низкое качество керамических оболочек со стенками толщиной не менее 7,0 мм из-за склонности материала к растрескиванию в процессе удаления связующего и обжиге, что может привести к браку при литье лопаток, и одинаковая плотность материала оболочки и интегрированного стержня.Thus, a significant drawback of the known technical solution is the low quality of ceramic shells with walls of at least 7.0 mm thick due to the tendency of the material to crack during binder removal and firing, which can lead to marriage during casting of the blades, and the same density of the shell material and integrated rod.
Техническая проблема заключается в повышении надежности способа изготовления керамической оболочки, включающей интегрированный в оболочку стержень.The technical problem is to increase the reliability of the method of manufacturing a ceramic shell, including a rod integrated into the shell.
Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в повышении трещиностойкости формы для изготовления керамической оболочки в процессе обжига, обеспечении достаточной прочности оболочки в условиях теплосмен в процессе заливки и охлаждения металла и переменного уровня пористости материала оболочки и интегрированного в нее стержня.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to increase the crack resistance of the mold for the manufacture of a ceramic shell during the firing process, to provide sufficient strength of the shell under heat exchange during pouring and cooling of the metal and a variable level of porosity of the shell material and the core integrated into it.
Указанный технический результат по первому варианту достигается за счет того, что в способе изготовления керамической оболочки для литья лопаток одновременно выполняют форму для изготовления оболочки и интегрированный в форму стержень методом трехмерной печати путем последовательного нанесения и отверждения слоев огнеупорного керамического материала со связующим, причем форму выполняют тонкостенной, с толщиной стенок не превышающей 5,0 мм, а последовательное отверждение слоев осуществляют путем спекания лазером, удаляют связующее огнеупорного керамического материала нагревом формы и стержня и осуществляют обжиг, при котором обеспечивают переменный уровень пористости тонкостенной формы и стержня за счет неравномерного нагрева, затем изготавливают керамическую оболочку с заданной толщиной стенок путем по меньшей мере однократного погружения тонкостенной формы в керамическую суспензию, нанесения огнеупорного керамического материала на внешнюю поверхность тонкостенной формы и последующей сушки слоя материала.The specified technical result according to the first embodiment is achieved due to the fact that in the method for manufacturing a ceramic shell for casting blades, they simultaneously perform a mold for manufacturing a shell and an integrated rod into the mold by three-dimensional printing by successively applying and curing layers of refractory ceramic material with a binder, and the form is thin-walled , with a wall thickness not exceeding 5.0 mm, and sequential curing of the layers is carried out by laser sintering, the binder is removed refractory ceramic material by heating the mold and the rod and carry out firing, which provides a variable level of porosity of the thin-walled mold and the rod due to uneven heating, then make a ceramic shell with a given wall thickness by at least once immersing the thin-walled mold in a ceramic suspension, applying a refractory ceramic material on the outer surface of a thin-walled form and subsequent drying of the material layer.
Указанный технический результат по второму варианту достигается за счет того, что в способе изготовления керамической оболочки для литья лопаток одновременно выполняют форму для изготовления оболочки и интегрированный в форму стержень методом трехмерной печати путем последовательного нанесения и отверждения слоев огнеупорного керамического материала со связующим, причем форму выполняют тонкостенной, с толщиной стенок не превышающей 5,0 мм, а последовательное отверждение слоев осуществляют путем спекания лазером, обеспечивают переменный уровень пористости тонкостенной формы и стержня за счет неполного отверждения внутренней структуры слоев материала стержня лазером при осуществлении трехмерной печати, удаляют связующее огнеупорного керамического материала нагревом формы и стержня и осуществляют обжиг, затем изготавливают керамическую оболочку с заданной толщиной стенок путем по меньшей мере однократного погружения тонкостенной формы в керамическую суспензию, нанесения огнеупорного керамического материала на внешнюю поверхность тонкостенной формы и последующей сушки слоя материала.The specified technical result according to the second embodiment is achieved due to the fact that in the method for manufacturing a ceramic shell for casting blades, they simultaneously perform a mold for manufacturing a shell and a rod integrated into the mold by three-dimensional printing by sequentially depositing and curing layers of refractory ceramic material with a binder, the shape being thin-walled , with a wall thickness not exceeding 5.0 mm, and sequential curing of the layers is carried out by laser sintering, provide the level of porosity of the thin-walled shape and the rod due to incomplete curing of the inner structure of the layers of the material of the rod with a laser during three-dimensional printing, the binder of the refractory ceramic material is removed by heating the mold and the rod and fired, then a ceramic shell is made with a given wall thickness by at least once immersing the thin-walled forms into a ceramic suspension, applying a refractory ceramic material to the outer surface of a thin-walled form and after uyuschey drying material layer.
Существенность отличительных признаков способа изготовления керамической оболочки для литья лопаток по первому и второму вариантам подтверждается тем, что:The significance of the distinguishing features of the method of manufacturing a ceramic shell for casting blades according to the first and second options is confirmed by the fact that:
- выполнение формы для изготовления оболочки тонкостенной, с толщиной стенок не превышающей 5,0 мм, осуществление последовательного отверждения слоев путем спекания лазером, удаление связующего огнеупорного керамического материала нагревом формы и стержня, осуществление обжига и изготовление керамической оболочки с заданной толщиной стенок путем по меньшей мере однократного погружения тонкостенной формы в керамическую суспензию, нанесения огнеупорного керамического материала на внешнюю поверхность тонкостенной формы и последующей сушки слоя материала позволяют повысить трещиностойкость формы для изготовления оболочки в процессе обжига, обеспечить достаточную прочность оболочки в условиях теплосмен в процессе заливки и охлаждения металла;- execution of a mold for the manufacture of a thin-walled shell with a wall thickness not exceeding 5.0 mm, the implementation of sequential curing of the layers by laser sintering, removal of the binder refractory ceramic material by heating the mold and the core, firing and manufacturing of a ceramic shell with a given wall thickness by at least single immersion of a thin-walled form in a ceramic suspension, applying a refractory ceramic material to the outer surface of a thin-walled form and subsequent drying the material layer allows to increase the crack resistance of the mold for the manufacture of the shell during the firing process, to provide sufficient strength of the shell under heat exchange during pouring and cooling of the metal;
- неравномерный нагрев в процессе осуществления обжига по первому варианту позволяет обеспечить переменный уровень пористости тонкостенной формы и стержня, что приводит к обеспечению переменного уровня пористости материала керамической оболочки и интегрированного в нее стержня;- uneven heating during the firing process according to the first embodiment allows to provide a variable level of porosity of the thin-walled shape and the rod, which leads to a variable level of porosity of the material of the ceramic shell and the rod integrated into it;
- неполное отверждение внутренней структуры слоев материала стержня лазером при осуществлении трехмерной печати по второму варианту позволяет обеспечить переменный уровень пористости тонкостенной формы и стержня, что приводит к обеспечению переменного уровня пористости материала керамической оболочки и интегрированного в нее стержня.- incomplete curing of the internal structure of the layers of the material of the rod by a laser during the three-dimensional printing according to the second embodiment allows for a variable level of porosity of the thin-walled shape and the rod, which leads to a variable level of porosity of the material of the ceramic shell and the rod integrated into it.
Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием способов изготовления керамической оболочки для литья лопаток со ссылкой на иллюстрации, где:The present invention is illustrated by the following detailed description of methods for manufacturing a ceramic shell for casting vanes with reference to illustrations, where:
- на фиг. 1 представлена 3D модель выполнения оболочки (а) и 3D модель выполнения оболочки с литниковой системой для одной лопатки (б);- in FIG. 1 shows a 3D model of the shell (a) and a 3D model of the shell with a gate system for one blade (b);
- на фиг. 2 представлена схема выполнения первого варианта изготовления керамической оболочки с полостью для заливки металла;- in FIG. 2 shows a diagram of the first embodiment of the manufacture of a ceramic shell with a cavity for pouring metal;
- на фиг. 3 представлена схема выполнения второго варианта изготовления керамической оболочки с полостью для заливки металла;- in FIG. 3 shows a diagram of a second embodiment of manufacturing a ceramic shell with a cavity for pouring metal;
- на фиг. 4 представлена схема нанесения суспензии на поверхность тонкостенной формы (а), нанесение на тонкостенную форму огнеупорного керамического материала в коробе (б) и сушки слоя материала (в).- in FIG. 4 is a diagram of applying a suspension to the surface of a thin-walled form (a), applying a refractory ceramic material in a box (b) to a thin-walled form, and drying the layer of material (c).
На фиг. 2-4 приняты следующие обозначения:In FIG. 2-4 the following notation is accepted:
1 - тонкостенная форма;1 - thin-walled form;
2 - стержень;2 - a core;
3 - полость для заливки металла;3 - a cavity for pouring metal;
4 - ванна;4 - bath;
5 - керамическая суспензия;5 - ceramic suspension;
6 - короб;6 - box;
7 - огнеупорный керамический материал.7 - refractory ceramic material.
Предварительно перед изготовлением керамической оболочки на основе исходной 3D модели лопатки осуществляют проектирование 3D модели отливки лопатки с учетом литейной усадки металла и припусков на механическую обработку по контактным поверхностям и создают 3D модель оболочки (см. фиг. 1а) для трехмерной печати из выбранного керамического материала с учетом требований и ограничений технологии 3D-печати, усадки после окончательного обжига на основе выбора остаточной пористости и с учетом удовлетворения условий прочности при изгибе для предотвращения растрескивания в процессе заливки жаропрочного сплава. При этом в 3D модели оболочки предусматривают место крепления к модельно-литейному блоку и проектируют литниковую систему (см. фиг. 1б). Затем разрабатывают аддитивный технологический процесс, обеспечивающий изготовление оболочки с заданными параметрами плотности (от 85 до 99,6% от плотности материала оболочки), прочности при изгибе (от 8 до 11 МПа) в температурном интервале от 1300 до 1350°С и геометрическими размерами. Трехмерную печать осуществляют с использованием технологий, обеспечивающих контроль уровня пористости и необходимый уровень прочности материала как в холодном, так и в горячем состоянии, а также заданные к отливке требования точности и шероховатости. Такими свойствами обладают технологии стереолитографии (ceramic SLA), а также 3D-принтеры, основанные на технологии Digital Light Projection (ceramic DLP), обеспечивающие печать изделий из керамических материалов. При изготовлении керамической оболочки учитывают свойства основного (наружного) материала оболочки при условии обеспечения стойкости к возникновению трещин в процессе обжига тонкостенной формы и прочности оболочки при изготовлении лопаток в процессе заливки жидкого металла, которая происходит при температуре примерно 1600°C с перегревом 80-100°С, со скоростью отливки до 100°С/сек и скоростью кристаллизации 104-105°С/с. Для компенсации изменения физических размеров оболочки и отливок лопаток, связанных с усадкой керамического материала оболочки, кристаллизацией и охлаждением жаропрочного сплава в оболочке, учитывают припуски по контактным поверхностям в 1 мм на механическую обработку, 0,6 мм по высоте гребешков и коэффициент 1,9% усадки металла.Prior to the manufacture of the ceramic shell based on the original 3D model of the blade, a 3D model of the casting of the blade is designed taking into account the metal shrinkage and machining allowances on the contact surfaces and a 3D model of the shell is created (see Fig. 1a) for three-dimensional printing from the selected ceramic material with taking into account the requirements and limitations of 3D printing technology, shrinkage after the final firing based on the choice of residual porosity and taking into account the satisfaction of bending strength conditions for pre tvrascheniya cracking during casting superalloy. At the same time, in the 3D model of the shell, a mounting location for the model-foundry block is provided and the gate system is designed (see Fig. 1b). Then, an additive technological process is developed, which ensures the manufacture of a shell with specified density parameters (from 85 to 99.6% of the density of the shell material), bending strength (from 8 to 11 MPa) in the temperature range from 1300 to 1350 ° C and geometric dimensions. Three-dimensional printing is carried out using technologies that provide control of the level of porosity and the required level of strength of the material both in cold and in hot condition, as well as accuracy and roughness requirements specified for casting. These properties are possessed by stereolithography technologies (ceramic SLA), as well as 3D printers based on Digital Light Projection (ceramic DLP) technology, which provide printing of products made of ceramic materials. In the manufacture of the ceramic shell, the properties of the main (outer) shell material are taken into account, provided that cracks are resistant to the firing process of the thin-walled shape and the shell strength during the manufacture of blades during the pouring of liquid metal, which occurs at a temperature of about 1600 ° C with an overheat of 80-100 ° C, with a casting speed of up to 100 ° C / s and a crystallization rate of 104-105 ° C / s. To compensate for changes in the physical dimensions of the casing and castings of the blades associated with shrinkage of the ceramic material of the casing, crystallization and cooling of the heat-resistant alloy in the casing, allowances are made for contact surfaces of 1 mm for machining, 0.6 mm for scallops height and a coefficient of 1.9% shrinkage of metal.
Способ по первому варианту реализуют следующим образом.The method according to the first embodiment is implemented as follows.
Одновременно методом трехмерной печати путем последовательного нанесения и отверждения слоев смеси огнеупорного керамического материала со связующим выполняют форму 1 для изготовления оболочки и интегрированный в форму стержень 2 с образованием полости 3 для заливки металла (см. фиг. 2). При этом форму 1 выполняют тонкостенной, с толщиной стенок не более 5,0 мм. В процессе изготовления не допускается образование острых внешних и внутренних углов, создающих концентраторы напряжений и приводящих к возникновению трещин. Последовательное отверждение слоев огнеупорного керамического материала осуществляют путем спекания лазером в процессе их нанесения. При этом получают одинаковую плотность керамического материала соответствующих слоев стержня 2 и тонкостенной формы 1. После спекания слоев керамического материала удаляют связующее путем нагрева тонкостенной формы 1 с интегрированным стержнем 2, затем осуществляют их обжиг. В процессе обжига обеспечивают переменный уровень пористости интегрированного стержня 2 (от 20 до 30%) и тонкостенной формы 1 (в пределах 1%) неравномерным нагревом за счет подбора режимов и расположения тонкостенной формы 1 с интегрированным стержнем 2 в печи. После обжига изготавливают керамическую оболочку с заданной толщиной стенок для литья лопаток. Для этого по меньшей мере однократно погружают тонкостенную форму 1 в ванну 4 с керамической суспензией 5 (см. фиг. 4а), устанавливают форму 1 в короб 6 для нанесения огнеупорного керамического материала 7 на ее внешнюю поверхность (см. фиг. 4б), причем материал 7 играет роль верхних слоев изготавливаемой оболочки, и осуществляют последующую сушку слоя материала 7 (см. фиг. 4в). В случае необходимости аналогичным образом осуществляют нанесение последующих слоев до получения керамической оболочки с заданной толщиной стенок. Способ позволяет повысить трещиностойкость формы для изготовления оболочки в процессе обжига, обеспечить достаточную прочность оболочки в условиях теплосмен в процессе заливки и охлаждения металла при переменном уровне пористости материала оболочки и интегрированного в нее стержня.At the same time, by the method of three-dimensional printing by successively applying and curing the layers of a mixture of refractory ceramic material with a binder,
Способ по второму варианту реализуют следующим образом.The method according to the second embodiment is implemented as follows.
Аналогично с первым вариантом одновременно методом трехмерной печати путем последовательного нанесения и отверждения слоев смеси огнеупорного керамического материала со связующим выполняют форму 1 для изготовления оболочки и интегрированный в форму стержень 2 с образованием полости 3 для заливки металла. При этом форму 1 выполняют тонкостенной, с толщиной стенок не более 5,0 мм. В процессе изготовления не допускается образование острых внешних и внутренних углов, создающих концентраторы напряжений и приводящих к возникновению трещин. Последовательное отверждение слоев огнеупорного керамического материала осуществляют путем спекания лазером в процессе их нанесения. При этом переменный уровень пористости интегрированного стержня 2 и тонкостенной формы 1 обеспечивают неполным отверждением внутренней структуры слоев материала стержня 2 лазером при осуществлении трехмерной печати. Для этого задают переменное расположение неотверждаемых участков слоев с интервалом между участками в несколько микрон (см. фиг. 3). После спекания слоев керамического материала удаляют связующее путем нагрева тонкостенной формы 1 с интегрированным стержнем 2, осуществляют их обжиг, а затем изготавливают керамическую оболочку для литья лопаток. Для этого по меньшей мере однократно погружают тонкостенную форму 1 в ванну 4 с керамической суспензией 5 (см. фиг. 4а), устанавливают форму 1 в короб 6 для нанесения огнеупорного керамического материала 7 на ее внешнюю поверхность (см. фиг. 4б), причем материал 7 играет роль верхних слоев изготавливаемой оболочки, и осуществляют последующую сушку слоя материала 7 (см. фиг. 4в). В случае необходимости аналогичным образом осуществляют нанесение последующих слоев до получения керамической оболочки с заданной толщиной стенок. Способ позволяет повысить трещиностойкость формы для изготовления оболочки в процессе обжига, обеспечить достаточную прочность оболочки в условиях теплосмен в процессе заливки и охлаждения металла при переменном уровне пористости материала оболочки и интегрированного в нее стержня.Similarly, with the first option, the method of three-dimensional printing is simultaneously applied by sequentially applying and curing the layers of a mixture of refractory ceramic material with a binder,
Предложенные способы изготовления керамических оболочек обеспечивают требуемые характеристики прочности при изгибе в условиях теплосмен в процессе заливки и охлаждения металла при изготовлении отливок полых лопаток.The proposed methods for the manufacture of ceramic shells provide the required bending strength under heat exchange during casting and cooling of the metal in the manufacture of castings of hollow blades.
Таким образом, выполнение тонкостенной формы, с толщиной стенок не превышающей 5,0 мм, отверждение слоев огнеупорного керамического материала путем их спекания лазером, обеспечение после удаления связующего переменного уровня пористости тонкостенной формы и стержня путем их неравномерного нагрева в процессе обжига в первом варианте реализации способа или путем неполного отверждения внутренней структуры материала стержня лазером при осуществлении трехмерной печати во втором варианте реализации способа, создание после обжига керамической оболочки с заданной толщиной стенок путем по меньшей мере однократного погружения тонкостенной формы в керамическую суспензию, нанесения огнеупорного керамического материала на внешнюю поверхность тонкостенной формы и последующей сушки слоя материала позволяет повысить трещиностойкость формы для изготовления оболочки в процессе обжига, обеспечить достаточную прочность оболочки в условиях теплосмен в процессе заливки и охлаждения металла и переменный уровень пористости материала оболочки и интегрированного в нее стержня, повышая надежность способов изготовления керамических оболочек в целом.Thus, performing a thin-walled form with a wall thickness not exceeding 5.0 mm, curing the layers of refractory ceramic material by sintering with a laser, providing after removing a binder of varying porosity of the thin-walled form and the rod by uneven heating during the firing process in the first embodiment of the method or by incompletely curing the internal structure of the rod material with a laser during three-dimensional printing in the second embodiment of the method, the creation of ceramic after firing shell with a given wall thickness by at least once immersing the thin-walled mold in a ceramic suspension, applying a refractory ceramic material to the outer surface of the thin-walled mold and subsequent drying of the material layer allows to increase the crack resistance of the mold for the manufacture of the shell during the firing process, to ensure sufficient strength of the shell under heat exchange conditions in the process of pouring and cooling the metal and a variable level of porosity of the shell material and the core integrated into it, yshaya reliable methods for manufacturing ceramic membranes in general.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119008A RU2718635C1 (en) | 2019-06-19 | 2019-06-19 | Method of making ceramic shell for casting blades (embodiments) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119008A RU2718635C1 (en) | 2019-06-19 | 2019-06-19 | Method of making ceramic shell for casting blades (embodiments) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2718635C1 true RU2718635C1 (en) | 2020-04-10 |
Family
ID=70156574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019119008A RU2718635C1 (en) | 2019-06-19 | 2019-06-19 | Method of making ceramic shell for casting blades (embodiments) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2718635C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2742095C1 (en) * | 2020-08-31 | 2021-02-02 | Общество с ограниченной ответственностью "РОБОТЕХ" | Method for producing articles of complex shape from sand-polymer mixtures |
| RU2817238C1 (en) * | 2023-05-26 | 2024-04-11 | Радис Раилович Ганиев | Method for manufacturing complex-profile ceramic, metal and composite products using additive technologies |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU839657A1 (en) * | 1978-05-10 | 1981-06-23 | Научно-Исследовательский Институттехнологии Автомобильной Про-Мышленности | Method of firing flaskless shell moulds |
| RU2098220C1 (en) * | 1996-05-21 | 1997-12-10 | Челябинский государственный технический университет | Mixture and method for manufacturing casting ceramic cores |
| RU2299111C2 (en) * | 2004-04-15 | 2007-05-20 | Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн | Method (variants) and apparatus for making casting mold for casting with use of investment patterns and method for casting with use of investment patterns (variants) |
| US20160325493A1 (en) * | 2013-11-26 | 2016-11-10 | Carbon3D, Inc. | Rapid 3d continuous printing of casting molds for metals and other materials |
| RU2614291C2 (en) * | 2014-11-19 | 2017-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" | Method of making 3-d products and apparatus for realising said method |
| WO2018203331A1 (en) * | 2017-05-01 | 2018-11-08 | Tritone Technologies Ltd. | Molding method and apparatus, particularly applicable to metal and/or ceramics |
| DE102017122973A1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-04-04 | Flc Flowcastings Gmbh | Method for producing a ceramic core for producing a cavity-type casting and ceramic core |
-
2019
- 2019-06-19 RU RU2019119008A patent/RU2718635C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU839657A1 (en) * | 1978-05-10 | 1981-06-23 | Научно-Исследовательский Институттехнологии Автомобильной Про-Мышленности | Method of firing flaskless shell moulds |
| RU2098220C1 (en) * | 1996-05-21 | 1997-12-10 | Челябинский государственный технический университет | Mixture and method for manufacturing casting ceramic cores |
| RU2299111C2 (en) * | 2004-04-15 | 2007-05-20 | Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн | Method (variants) and apparatus for making casting mold for casting with use of investment patterns and method for casting with use of investment patterns (variants) |
| US20160325493A1 (en) * | 2013-11-26 | 2016-11-10 | Carbon3D, Inc. | Rapid 3d continuous printing of casting molds for metals and other materials |
| RU2614291C2 (en) * | 2014-11-19 | 2017-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Лазеры и аппаратура ТМ" | Method of making 3-d products and apparatus for realising said method |
| WO2018203331A1 (en) * | 2017-05-01 | 2018-11-08 | Tritone Technologies Ltd. | Molding method and apparatus, particularly applicable to metal and/or ceramics |
| DE102017122973A1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-04-04 | Flc Flowcastings Gmbh | Method for producing a ceramic core for producing a cavity-type casting and ceramic core |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2742095C1 (en) * | 2020-08-31 | 2021-02-02 | Общество с ограниченной ответственностью "РОБОТЕХ" | Method for producing articles of complex shape from sand-polymer mixtures |
| RU2817238C1 (en) * | 2023-05-26 | 2024-04-11 | Радис Раилович Ганиев | Method for manufacturing complex-profile ceramic, metal and composite products using additive technologies |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9415438B2 (en) | Method for forming single crystal parts using additive manufacturing and remelt | |
| RU2299111C2 (en) | Method (variants) and apparatus for making casting mold for casting with use of investment patterns and method for casting with use of investment patterns (variants) | |
| EP0787547B1 (en) | A method of investment casting and a method of making an investment casting mould | |
| RU2766221C2 (en) | Combination method for casting on smelted models | |
| US3996991A (en) | Investment casting method | |
| KR20060100375A (en) | Tool for producing cast components, method for producing said tool, and method for producing cast components | |
| CN110788279A (en) | Preparation method of ceramic mould shell of single crystal high-temperature alloy turbine blade | |
| CN109396349A (en) | A kind of investment precision casting technology of small thin-wall | |
| RU2718635C1 (en) | Method of making ceramic shell for casting blades (embodiments) | |
| US3441078A (en) | Method and apparatus for improving grain structures and soundness of castings | |
| JPH11244994A (en) | Quick formation of complicated hollow shape using lost wax method | |
| CN110976770A (en) | Method for eliminating shrinkage cavity in precision casting based on chilling block | |
| JPH04319041A (en) | Cast mold and manufacture therefor | |
| US11826819B2 (en) | Process for manufacturing a metal part | |
| CN110831712A (en) | Casting process by utilizing hot die casting | |
| JP6344034B2 (en) | Casting method of TiAl alloy | |
| JP3656747B2 (en) | Resin model and molding method thereof | |
| JP2004174512A (en) | Casting method | |
| JPH0813400B2 (en) | Precision casting method for castings having a narrow hollow portion | |
| RU2722956C1 (en) | Cast multilayer shell mold | |
| RU2763359C1 (en) | Foundry multilayer shell mold | |
| JP7309143B2 (en) | How to make a wax model | |
| RU2807279C1 (en) | Method for growing large-sized thin-walled models of engine part castings using 3d printing technology | |
| GB2032310A (en) | Composite casting | |
| Magerramova et al. | Development of a method for manufacturing ceramic tooling for precision casting of blades made of heat-resistant alloys using additive technologies |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210804 |