RU2777106C1

RU2777106C1 - Casting mold for the production of casting with overflow channels

Info

Publication number: RU2777106C1
Application number: RU2021123979A
Authority: RU
Inventors: Михаил Львович Маслов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АЛЛИТ"
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2022-08-01

Abstract

FIELD: foundry production.

SUBSTANCE: invention relates to the field of foundry production and can be used for casting the working bodies of submersible multistage centrifugal pumps with blades and with overflow channels. The casting mold for the production of casting with overflow channels is formed by combined rods (2, 3, 4) from a cold-hardening or heat-hardening mixture. One of the mentioned rods is made composite and contains a ceramic insert for the formation of overflow channels in the casting. The ceramic insert is made by casting a ceramic suspension using models. The cavity of the forming equipment is filled with a ceramic suspension, the models are melted, and the resulting ceramic insert (1) is fired. The resulting ceramic insert (1) is placed in a tool for making a rod (2) and a rod with a ceramic insert integrated into it is obtained.

EFFECT: reduction in the complexity of manufacturing castings with blades and overflow channels is ensured while improving the quality of the surfaces of the said blades and channels.

6 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано, в частности, для литья рабочих органов погружных многоступенчатых центробежных насосов с лопатками и с проливными каналами.The invention relates to foundry production and can be used, in particular, for casting the working bodies of submersible multistage centrifugal pumps with blades and pouring channels.

Существует задача повышения КПД рабочих органов центробежных насосов, который зависит, среди прочего, от геометрии, формы и шероховатости поверхностей отлитых лопаток, которые могут иметь сложную кривизну, и проливных каналов - полостей в рабочем колесе и в направляющем аппарате, по которым движется перекачиваемая жидкость. There is a problem of increasing the efficiency of the working bodies of centrifugal pumps, which depends, among other things, on the geometry, shape and surface roughness of the cast blades, which can have complex curvature, and pouring channels - cavities in the impeller and in the guide vane, through which the pumped liquid moves.

Известны способы литья с использованием сборных литейных форм, содержащих стержни, выполненные с использованием постоянной и полупостоянной оснастки из холодно или теплотвердеющих смесей. Эти способы характеризуются малым временем изготовления, низкой себестоимостью изготовления. Их недостатком является низкое качество поверхности отливаемой детали, низкий класс размерной точности отливки, малая прочность стержней, а также имеющиеся ограничения на возможность изготовления конструкционных элементов, которые бы могли обеспечить высокий КПД рабочих органов. Для получения требуемого качества поверхностей используется механообработка.Known methods of casting using prefabricated molds containing rods made using permanent and semi-permanent equipment from cold or heat-hardening mixtures. These methods are characterized by short manufacturing time, low manufacturing cost. Their disadvantage is the low quality of the surface of the cast part, the low class of dimensional accuracy of the casting, the low strength of the rods, as well as the existing restrictions on the possibility of manufacturing structural elements that could provide a high efficiency of the working bodies. Machining is used to obtain the required surface quality.

Известны способы литья по выплавляемым моделям. Поверхность восковой модели многократно смачивают суспензией и высушивают. Затем восковые модели выплавляют и получившуюся форму обжигают, в результате происходит спекание наполнителя, и формы приобретают высокую прочность и огнеупорность. При способе литье металла в такие формы, обеспечиваются высокое качество поверхности отливки, высокую размерную точность, однако способ характеризуются трудоемкостью, длительностью (сушка довольно продолжительна), сложностью использования, при этом, этот способ литья также накладывает свои ограничения по конструктивной сложности межлопаточных полостей (проливных каналов) рабочих органов, связанные с послойным нанесением слоев суспензии. Known methods of investment casting. The surface of the wax model is repeatedly moistened with a suspension and dried. Then the wax models are melted and the resulting form is fired, as a result, the filler is sintered, and the forms acquire high strength and fire resistance. The method of casting metal into such molds provides high quality of the casting surface, high dimensional accuracy, however, the method is characterized by laboriousness, duration (drying is quite long), complexity of use, while this method of casting also imposes its limitations on the design complexity of the interblade cavities (torrent channels) of the working bodies associated with the layer-by-layer application of layers of the suspension.

Известна литейная форма, в которую устанавливается составной стержень для литья отливок рабочих органов центробежных насосов с лопатками двойной кривизны (по патенту RU2359778), содержащий корпус с отверстиями, снабженный закладными элементами, размещенными в отверстиях корпуса. Форма наружной боковой поверхности закладных элементов соответствует форме боковой стенки отверстий корпуса, а в каждом закладном элементе выполнен канал, форма боковой стенки которого соответствует форме боковой поверхности лопатки рабочего органа центробежного насоса. Недостатками литейной формы являются высокая трудоемкость, связанная с необходимостью использования закладных элементов. Форма полости под лопатку является сборной, что приводит к неточности геометрии исполнения. При использовании такой литейной формы невозможно обеспечить высокое качество всего проливного канала как рабочего колеса, так и направляющего аппарата.A mold is known in which a composite core is installed for casting castings of working bodies of centrifugal pumps with double curvature blades (according to patent RU2359778), containing a housing with holes, equipped with embedded elements placed in the holes of the housing. The shape of the outer side surface of the embedded elements corresponds to the shape of the side wall of the housing holes, and in each embedded element there is a channel, the shape of the side wall of which corresponds to the shape of the side surface of the blade of the centrifugal pump working body. The disadvantages of the mold are the high complexity associated with the need to use embedded elements. The shape of the cavity under the blade is a team, which leads to inaccuracies in the geometry of execution. When using such a casting mold, it is impossible to ensure the high quality of the entire pouring channel of both the impeller and the guide vane.

Известна литейная форма для изготовления отливок с проливными каналами (по патенту CN110586874, выбран в качестве прототипа изобретения), имеющая составной стержень со вставками из твердеющей песчано-смоляной смеси, с полостями внутри вставок имеющих форму лопаток, покрытых порошковой краской из циркония и отполированными, что обеспечивает качество поверхности лопаток. Вставки устанавливаются в составной стержень, образованный из вставок и областей между ними, заключенными между верхней и нижней частью, изготовленных из твердеющей песчано-смоляной смеси. Изготовление формы является трудоемким. Литейная форма обеспечивает низкое качество поверхности лопатки и проливного канала, так как качество поверхностей наследуется качеством поверхности выгораемой песчано-смоляной смеси. Литейная форма не может использоваться при малых расстояниях между лопатками, поскольку невозможно разместить вставки. Кроме того, невозможно выполнение сложной геометрии проливного канала.Known casting mold for the manufacture of castings with pouring channels (according to the patent CN110586874, selected as a prototype of the invention), having a composite core with inserts of a hardening sand-resin mixture, with cavities inside the inserts having the shape of blades, coated with zirconium powder paint and polished, which ensures the surface quality of the blades. The inserts are installed in a composite rod formed from the inserts and the areas between them, enclosed between the upper and lower parts, made of a hardening sand-resin mixture. Making a mold is labor intensive. The casting mold provides a low quality of the surface of the blade and the pouring channel, since the quality of the surfaces is inherited by the quality of the surface of the burnt-out sand-resin mixture. The mold cannot be used with small blade spacings because inserts cannot be placed. In addition, it is impossible to perform complex geometry of the pouring channel.

Технической задачей изобретения является создание литейной формы, состоящей из совмещённых стержней, один из которых выполнен составным, с установленной в нем керамической формой, имеющей форму проливного канала. Такая литейная форма будет иметь минимум ограничений для проектировщиков на рабочее колесо и направляющий аппарат, использует преимущества литья с использованием стержней для поверхностей, подлежащих механообработке. Для обеспечения высокого качества лопаток и проливных каналов, не подлежащих механообработке, используется керамическая огнеупорная вставка (керамическая форма), формирующая поверхности с качеством аналогичным литью по выплавляемым моделям. Техническим результатом является снижение трудоемкости изготовления отливки с лопатками как с одинарной, так и с двойной (пространственной) кривизной и проливными каналами, поверхности которых выполнены с качеством, обеспечивающим высокое КПД рабочих органов насосов.The technical objective of the invention is the creation of a mold consisting of combined rods, one of which is made composite, with a ceramic mold installed in it, having the shape of a pouring channel. Such a casting mold will have a minimum of restrictions for designers on the impeller and guide vane, take advantage of casting using cores for surfaces to be machined. To ensure the high quality of blades and pouring channels that are not subject to machining, a ceramic refractory insert (ceramic mold) is used that forms surfaces with a quality similar to investment casting. The technical result is a reduction in the complexity of manufacturing a casting with blades with both single and double (spatial) curvature and pouring channels, the surfaces of which are made with a quality that ensures high efficiency of the working bodies of the pumps.

Технический результат достигается в литейной форме для изготовления отливки с проливными каналами, образованной совмещёнными стержнями, один из которых выполнен составным, с установленной в нем керамической формой, имеющей форму проливного канала. Например, литейная форма может быть изготовлена из трех совмещенных стержней: верхнего, нижнего и среднего стержней, при этом, средний стержень выполнен составным. Отливкой с проливными каналами является рабочее колесо центробежного насоса или направляющий аппарат центробежного насоса. Стержни изготовлены из твердеющей песчано-смоляной смеси. The technical result is achieved in a casting mold for the manufacture of a casting with pouring channels formed by combined rods, one of which is made composite, with a ceramic mold installed in it, having the shape of a pouring channel. For example, a mold can be made of three combined cores: top, bottom and middle cores, while the middle core is made of composite. A channeled casting is a centrifugal pump impeller or a centrifugal pump guide vane. The rods are made from a hardening resin-sand mixture.

Изобретение поясняется рисунками:The invention is illustrated by drawings:

фиг. 1 – литейная форма для отливки рабочего колеса, изготовленная из трех стержней, с отливкой рабочего колеса (взрыв-схема);fig. 1 – casting mold for casting the impeller, made of three rods, with the casting of the impeller (explosion diagram);

фиг. 2 – литейная форма для отливки рабочего колеса, из трех совмещенных стержней, с отливкой рабочего колеса;fig. 2 - casting mold for casting the impeller, from three combined rods, with the casting of the impeller;

фиг. 3 – литейная форма для отливки рабочего колеса, из трех совмещенных стержней;fig. 3 - casting mold for casting the impeller, from three combined rods;

фиг. 4 – составной стержень с керамической формой, с отливкой рабочего колеса;fig. 4 - a composite rod with a ceramic shape, with a casting of the impeller;

фиг. 5 – составной стержень с керамической формой для отливки рабочего колеса;fig. 5 - composite rod with a ceramic mold for casting the impeller;

фиг. 6 – литейная форма для отливки направляющего аппарата, изготовленная из трех стержней, с отливкой направляющего аппарата (взрыв-схема);fig. 6 - casting mold for casting the guide vane, made of three rods, with the casting of the guide vane (explosion diagram);

фиг. 7 – литейная форма для отливки направляющего аппарата, из трех совмещенных стержней;fig. 7 - a casting mold for casting a guide vane, from three combined rods;

фиг. 8 – литейная форма для отливки направляющего аппарата, из трех совмещенных стержней, с отливкой направляющего аппарата;fig. 8 - casting mold for casting the guide vane, from three combined rods, with the casting of the guide vane;

фиг. 9 – отливка, рабочее колесо.fig. 9 - casting, impeller.

Литейная форма для изготовления отливки с проливными каналами может быть образована двумя и более совмещёнными стержнями, изготовленными преимущественно из холоднотвердеющей смеси, например, по Cold-box-amin-процессу, то есть, по технологии с использованием смесей, при которой отверждение стержня происходит при его продувке газообразным амином, выступающим в роли катализатора (отвердителя). Также, стержни могут быть изготовлены из теплотвердеющих смесей, по Hot-box процессу. Общей характеристикой таких способов является низкая трудоемкость и технологичность.A casting mold for casting with pouring channels can be formed by two or more combined cores made mainly from a cold-hardening mixture, for example, according to the Cold-box-amin-process, that is, according to technology using mixtures, in which the solidification of the core occurs during its purging with gaseous amine, acting as a catalyst (hardener). Also, the rods can be made from heat-hardening mixtures, according to the Hot-box process. A common characteristic of such methods is low labor intensity and manufacturability.

Один из стержней выполнен составным. В случае изготовления литейной формы из двух стержней, составным стержнем может быть верхний или нижний стержень. В случае изготовления литейной формы из трех совмещенных стержней: верхнего, нижнего и среднего стержней, средний стержень 2 выполнен составным. На рисунках показан вариант выполнения литейной формы из трех совмещенных стержней: верхнего стержня 3, среднего стержня 2, нижнего стержня 4.One of the rods is made composite. In the case of making a mold from two cores, the composite core can be an upper or lower core. In the case of manufacturing a mold from three combined rods: upper, lower and middle rods, the middle rod 2 is made composite. The figures show a variant of the mold from three combined rods: the upper rod 3, the middle rod 2, the lower rod 4.

В составном стержне (в среднем стержне 2) установлена керамическая форма 1, имеющая (повторяющая) форму проливных каналов 7 отливки, которая будет отлита с использованием литейной формы. Керамическая форма 1 изготавливается с использованием формообразующей оснастки. Отливкой с проливными каналами 7 является рабочее колесо 5 центробежного насоса или направляющий аппарат 8 центробежного насоса. Проливные каналы 7 – это полости между лопатками 6 и дисками 9 рабочего колеса 5 (показано на фиг.9, или направляющего аппарата 8). В рабочих колесах 5 и направляющих аппаратах 8 центробежных насосов поверхности проливных каналов 7 не подлежат механообработке, поэтому высокое качество должно быть обеспечено при литье, так как от качества проливного канала 7 (от размера шероховатостей поверхностей, вдоль которых передвигается перекачиваемая жидкость) зависит повышение КПД.In the composite rod (in the middle rod 2), a ceramic mold 1 is installed, having (repeating) the shape of the pouring channels 7 of the casting, which will be cast using a casting mold. Ceramic mold 1 is made using a shaping tool. The casting with pouring channels 7 is the impeller 5 of the centrifugal pump or the guide vane 8 of the centrifugal pump. The pouring channels 7 are cavities between the blades 6 and disks 9 of the impeller 5 (shown in Fig.9, or the guide vane 8). In the impellers 5 and guide vanes 8 of centrifugal pumps, the surfaces of the pouring channels 7 are not subject to machining, therefore, high quality must be ensured during casting, since the increase in efficiency depends on the quality of the pouring channel 7 (on the size of the roughness of the surfaces along which the pumped liquid moves).

Литейная форма изготавливается и используется следующим образом.The mold is made and used in the following way.

Из песчано-смоляной смеси с использованием металлической оснастки изготавливают верхний и нижний стержни, 3, 4. На рисунках показан пример литейной формы, позволяющей одновременно отливать три отливки. Количество одновременно отливаемых отливок может быть иным (одна, две, четыре и т.д.) и определяется используемой оснасткой.Upper and lower rods, 3, 4, are made from a sand-resin mixture using metal equipment. The figures show an example of a casting mold that allows three castings to be cast simultaneously. The number of castings cast at the same time can be different (one, two, four, etc.) and is determined by the equipment used.

Для изготовления керамической формы 1, часть поверхности которой имеет (повторяет) форму проливных каналов 7 отливки, используют свою формообразующую оснастку, с установленными в ней лопатками 6 требуемой геометрии. Рабочая полость формообразующей оснастки заливается суспензией под центробежной силой инерции. Затем восковые лопатки выплавляют и получившуюся форму обжигают до удаления основной части кристаллизационной воды. Полученная керамическая форма 1 обеспечивает высокое качество стенок проливных каналов 7 отливки, высокую размерную точность.For the manufacture of a ceramic mold 1, part of the surface of which has (repeats) the shape of the pouring channels 7 of the casting, use their own shaping equipment, with blades 6 installed in it of the required geometry. The working cavity of the forming equipment is filled with suspension under the centrifugal force of inertia. Then the wax blades are smelted and the resulting shape is fired until the main part of the water of crystallization is removed. The obtained ceramic form 1 provides high quality of the walls of the pouring channels 7 of the casting, high dimensional accuracy.

Затем, керамические формы 1 помещают в оснастку для изготовления среднего стержня 2. Вдувают песчано-смоляную смесь, в результате получается средний стержень 2 с интегрированной в него керамической формой 1. Then, the ceramic molds 1 are placed in the middle core 2 tooling.

Совмещают верхний, средний и нижний стержни, 3, 2, 4, при этом, образуется литейная форма. Производят отливку. Наружные поверхности полученной детали, повторяющие форму верхнего и нижнего стержней 3, 4, подвергаются механообработке, а внутренние поверхности проливных каналов 7 наследуют высокое качество поверхности сообщенных ей керамической формой 1. Таким образом, снижается трудоемкость изготовления отливок с лопатками 6 и проливными каналами 7, обеспечивающих высокое КПД рабочих органов насосов за счет высокого качества поверхностей проливных каналов 7 и за счет сложной геометрии лопаток 6 между ними, с одинарной и двойной (пространственной) кривизной.Combine the upper, middle and lower rods, 3, 2, 4, thus forming a mold. Casting is produced. The outer surfaces of the obtained part, repeating the shape of the upper and lower rods 3, 4, are subjected to machining, and the inner surfaces of the pouring channels 7 inherit the high quality of the surface of the ceramic mold 1 communicated to it. Thus, the complexity of manufacturing castings with blades 6 and pouring channels 7, providing high efficiency of the working bodies of the pumps due to the high quality of the surfaces of the pouring channels 7 and due to the complex geometry of the blades 6 between them, with single and double (spatial) curvature.

Claims

1. A casting mold for the manufacture of a casting with pouring channels, formed by combined rods made from a cold-hardening mixture or a heat-hardening mixture, one of which is made composite, characterized in that the composite rod contains a ceramic insert made with the possibility of forming pouring channels in the casting and manufactured by the method casting ceramic suspension using models and subsequent firing.

2. A casting mold according to claim 1, characterized in that the casting with pouring channels is the impeller of a centrifugal pump.

3. A casting mold according to claim 1, characterized in that the casting with pouring channels is a guide vane of a centrifugal pump.

4. A mold according to claim 1, characterized in that said cores are made from a hardening sand-resin mixture.

5. The mold according to claim 1, characterized in that it is formed by the upper, lower and middle rods, while the middle rod is made composite.

6. A casting mold according to claim 1, characterized in that a ceramic insert is used, made by casting a ceramic suspension using investment patterns.