RU2697995C1

RU2697995C1 - Bimetallic casting method

Info

Publication number: RU2697995C1
Application number: RU2018140933A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Жилин; Олег Николаевич Комаров; Нина Анатольевна Богданова
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2019-08-21

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to casting on molten models and can be used in machine building. Method of bimetallic casting production includes production of wax-like model, obtaining of permanent shell shape on the model, melting of wax-shaped model from mold and pouring of metal. At that, the frame is made with dimensions smaller than the size of the obtained cast from material with a melting point higher than the melting temperature of the casting material. Frame is installed in steel mold, cavity of which corresponds to dimensions and geometry of casting. Wax-shaped model material of 0.1–4 mm fraction is dosed into the mold, which is pressed in vacuum of 80–98 kPa, wherein mold pressing elements are moved at rate of 0.2–2 mm/s, and upon completion of pressing, produced wax-like model with frame is held in closed mold for at least 1 minute.

EFFECT: method enables to obtain bimetallic castings of high dimensional-geometrical precision by casting on molten models.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к литью по выплавляемым моделям и может быть использовано в машиностроении.The invention relates to investment casting and can be used in mechanical engineering.

Известен способ изготовления выплавляемых моделей, описанный в патенте RU № 2632051, при котором порошок модельного материала фракции 0,1 – 2,5 мм дозируют в пресс-форму и получают выплавляемые модели путем прессования в вакууме 80 – 98 кПа посредством совмещения поверхностей разъема пресс-формы со скоростью 0,2 – 1 мм/с, по завершении прессования модель выдерживают в пресс-форме 1 – 10 минут. A known method for manufacturing investment castings is described in RU patent No. 2632051, in which a powder of a model material of a fraction of 0.1 - 2.5 mm is metered into a mold and a lost wax is obtained by pressing in a vacuum of 80 - 98 kPa by combining the surfaces of the press connector molds with a speed of 0.2 - 1 mm / s; after pressing, the model is kept in the mold for 1 - 10 minutes.

Данный способ обеспечивает равномерное распределение плотности в выплавляемой модели и минимизирование упругого отклика материала, что позволяет получать отливки с высокой размерно-геометрической точностью. This method provides a uniform density distribution in the investment model and minimizes the elastic response of the material, which allows to obtain castings with high dimensional and geometric accuracy.

К недостаткам данного способа относится отсутствие возможности изготавливать биметаллические отливки с высокой размерно-геометрической точностью.The disadvantages of this method include the lack of the ability to produce bimetallic castings with high dimensional and geometric accuracy.

Известен способ литья по выплавляемым моделям (см. https://cyberleninka.ru/article/v/novyy-sposob-litya-po-vyplavlyaemym-modelyam-s-kristallizatsiey-pod-davleniem), при котором на каркас наносят воскообразный модельный материал, затем на модельный материал с каркасом наносят слои огнеупорного материала, которые образуют неразъемную огнеупорную оболочковую форму, производят выплавление воскообразного модельного материала, заформовывают оболочковую огнеупорную форму в огнеупорный наполнитель, осуществляют их совместную прокалку и заливают металл. Заливают металл с температурой плавления ниже температуры плавления материала каркаса. A known method of investment casting (see https://cyberleninka.ru/article/v/novyy-sposob-litya-po-vyplavlyaemym-modelyam-s-kristallizatsiey-pod-davleniem), in which a waxy model material is applied to the frame Then, layers of refractory material are applied to the model material with the skeleton, which form an integral refractory shell mold, the wax-like model material is melted, the shell refractory mold is molded into a refractory filler, they are calcined together and the metal is poured. Pour metal with a melting point below the melting point of the carcass material.

Данный способ не позволяет получить отливку высокой размерно-геометрической точности, так как воскообразный модельный материал на каркас наносят и формируют вручную.This method does not allow to obtain a casting of high dimensional and geometric accuracy, since a waxy model material is applied to the frame and formed manually.

Известен способ получения отливок по выплавляемым моделям (Литье по выплавляемым моделям/В.Ф. Гаранин, В.Н. Иванов, Казеннов и др.; Под общ.ред. В.А. Озерова. – 4 изд., переработ. и доп. – М.: Машиностроение, 1994. – 448 с.: ил.; см. стр.5-8), принятый заявителем за прототип, при котором в пресс-форме изготовляют модель отливки из воскообразного материала, на поверхности которой слоями наносят суспензию, сушат ее, получают неразъемную оболочковую форму, удаляют воскообразную модель из оболочковой формы и заливают металл в форму.A known method of producing castings for investment castings (Lost wax casting / V.F. Garanin, V.N. Ivanov, Kazennov and others; Under the general editorship of V.A. Ozerov. - 4th ed., Rev. And additional . - M.: Engineering, 1994. - 448 pp., Ill .; see p. 5-8), adopted by the applicant for the prototype, in which a mold is made of a casting made of waxy material on the surface of which a suspension is applied in layers. , dry it, get an integral shell mold, remove the waxy model from the shell mold and pour the metal into the mold.

Известный способ не позволяет получить биметаллическую отливку высокой размерно-геометрической точности. The known method does not allow to obtain a bimetallic casting of high dimensional and geometric accuracy.

Указанный недостаток устраняется представленным техническим решением.The specified disadvantage is eliminated by the presented technical solution.

Задача, решаемая заявленным способом изготовления биметаллической отливки, заключается в минимизации упругого отклика и равномерном распределении плотности воскообразного материала выплавляемой модели, за счет чего повышается её размерно-геометрическая точность, что в свою очередь позволяет получить биметаллическую отливку высокой размерно-геометрической точности.The problem solved by the claimed method of manufacturing a bimetallic casting is to minimize the elastic response and uniform distribution of the density of the waxy material of the investment model, thereby increasing its dimensional and geometric accuracy, which in turn allows to obtain a bimetallic casting of high dimensional and geometric accuracy.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в получении биметаллической отливки высокой размерно-геометрической точности литьем по выплавляемым моделям.The technical result of the proposed invention is to obtain a bimetallic casting of high dimensional and geometric accuracy by investment casting.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биметаллической отливки, включающем изготовление воскообразной модели, получение неразъемной оболочковой формы на модели, выплавление воскообразной модели из формы, заливку металла, согласно изобретению, изготовляют каркас с размерами меньшими требуемого размера отливки из материала с температурой плавления большей температуры плавления материала отливки, каркас устанавливают в стальную пресс-форму, полость которой соответствует размерам и геометрии отливки, в пресс-форму дозируют порошок воскообразного модельного материала фракции 0,1 – 4 мм, который напрессовывают в вакууме 80 – 98 кПа, причем перемещают прессующие элементы пресс-формы со скоростью 0,2 – 2 мм/с, по завершении прессования полученную воскообразную модель с каркасом выдерживают в сомкнутой пресс-форме не менее 1 минуты.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing a bimetallic casting, including the manufacture of a waxy model, obtaining an integral shell mold on the model, smelting the waxy model from the mold, pouring metal, according to the invention, a framework is produced with dimensions smaller than the required size of the casting from a material with a melting temperature higher melting temperature of the casting material, the frame is installed in a steel mold, the cavity of which corresponds to the size and geometry of the casting, powder of a waxy model material of a fraction of 0.1 - 4 mm is dosed into the mold, which is pressed in a vacuum of 80 - 98 kPa, and the pressing elements of the mold are moved at a speed of 0.2 - 2 mm / s, upon completion of pressing, the resulting waxy model with the frame is kept in a closed mold for at least 1 minute.

Новым в заявленном способе является то, чтоNew in the claimed method is that

- изготовляют каркас с размерами меньшими требуемого размера отливки из материала с температурой плавления большей температуры плавления материала отливки,- produce a frame with dimensions smaller than the required size of the casting from a material with a melting point greater than the melting temperature of the casting material,

- каркас устанавливают в стальную пресс-форму, полость которой соответствует размерам и геометрии отливки, - the frame is installed in a steel mold, the cavity of which corresponds to the dimensions and geometry of the casting,

- в пресс-форму дозируют порошок воскообразного модельного материала фракции 0,1 – 4 мм,- a wax-like model material of a fraction of 0.1-4 mm is dosed into the mold

- напрессовку модельного материала выполняют в вакууме под давлением 80 – 98 кПа,- pressing the model material is performed in vacuum at a pressure of 80 - 98 kPa,

- прессующие элементы пресс-формы перемещают со скоростью 0,2 – 2 мм/с,- the pressing elements of the mold are moved at a speed of 0.2 - 2 mm / s,

- по завершении прессования полученную воскообразную модель с каркасом выдерживают в сомкнутой пресс-форме не менее 1 минуты.- at the end of the pressing, the resulting waxy model with the frame is kept in a closed mold for at least 1 minute.

Благодаря тому, что каркас изготавливают с размерами меньшими размера требуемой биметаллической отливки из материала с температурой плавления большей температуры плавления материала отливки и устанавливают его в стальную пресс-форму, полость которой соответствует требуемым размерам и геометрии отливки, получают воскообразную выплавляемую модель высокой размерно-геометрической точности с каркасом, что позволяет литьем по выплавляемым моделям на каркас наносить слой отливки из требуемого более дорогого по стоимости (со свойствами отличными от свойств материала каркаса) металла с высокой размерно-геометрической точностью, а каркас служит прочностной основой для отливки. Экспериментально установлено, что стальная пресс-форма обеспечивает гарантированное отлипание воскообразной модели от пресс-формы, что также способствует получению воскообразной выплавляемой модели высокой размерно-геометрической точности.Due to the fact that the frame is made with dimensions smaller than the required bimetallic casting from a material with a melting point higher than the melting temperature of the casting material and set it into a steel mold, the cavity of which corresponds to the required dimensions and geometry of the casting, a waxy castable model of high dimensional geometric accuracy is obtained with a frame, which allows investment casting on a frame to apply a casting layer from the required more expensive one (with properties about personal properties of the carcass material) of metal with a high dimensional-geometrical precision and frame Strength is the basis for the casting. It was experimentally established that a steel mold provides guaranteed detachment of the waxy model from the mold, which also contributes to the production of a wax-like lost wax model of high dimensional and geometric accuracy.

В пресс-форму дозируют порошок воскообразного модельного материала фракции 0,1 – 4 мм. Использование воскообразных материалов фракции меньшей, чем 0,1 мм сопровождается их комкованием и риском попадания частиц в воздушные каналы. При использовании модельных материалов фракции больше, чем 4 мм наблюдается разрушение частиц на поверхности моделей с образованием поверхностных дефектов, повышается вероятность застревания частиц в узких участках пресс-формы, что может привести к искажению размеров и геометрии модели.Powder of a waxy model material of a fraction of 0.1-4 mm is metered into the mold. The use of waxy materials of a fraction smaller than 0.1 mm is accompanied by their clumping and the risk of particles entering the air channels. When using model materials of a fraction larger than 4 mm, particles are destroyed on the surface of the models with the formation of surface defects, the likelihood of particles getting stuck in narrow sections of the mold increases, which can lead to distortion of the size and geometry of the model.

Благодаря тому, что прессование воскообразного модельного материала производится в вакууме под давлением 80 – 98 кПа, происходит равномерное распределение плотности материала в модели. Создание вакуума выше 98 кПа не приводит к необходимой величине разряжения. При создании вакуума ниже 80 кПа материал модели начинает поступать в воздушные каналы, что приводит к искажению геометрии выплавляемой модели. Due to the fact that the pressing of a waxy model material is carried out in vacuum at a pressure of 80 - 98 kPa, a uniform distribution of the material density in the model occurs. The creation of a vacuum above 98 kPa does not lead to the required vacuum value. When a vacuum is created below 80 kPa, the model material begins to flow into the air channels, which leads to a distortion of the geometry of the smelted model.

Прессующие элементы пресс-формы перемещают со скоростью 0,2 – 2 мм/с. При скорости более 2 мм/с в участках модели происходит локальное переуплотнение и (или) появление усадочных дефектов. Создавать скорость менее 0,2 мм/с технологически нецелесообразно. The pressing elements of the mold are moved at a speed of 0.2 - 2 mm / s. At a speed of more than 2 mm / s, local reconsolidation and (or) the appearance of shrinkage defects occur in the model sections. Creating a speed of less than 0.2 mm / s is technologically impractical.

Выдерживание модели в сомкнутой пресс-форме не менее 1 минуты обеспечивает перераспределение напряжений и минимизирует упругий отклик. Holding the model in a closed mold for at least 1 minute provides a redistribution of stresses and minimizes the elastic response.

Вся совокупность признаков обеспечивает получение биметаллической отливки по выплавляемым моделям высокой размерно-геометрической точности. The whole set of features provides a bimetallic casting on investment casting of high dimensional and geometric accuracy.

Заявляемый способ получения биметаллической отливки по выплавляемым моделям осуществляют с помощью устройства, представленного на чертеже. На фиг.1 показан разрез пресс-формы 1 с каналом 2 для откачки воздуха и прессующими элементами 3, в которую помещен каркас 4. На фиг.2 изображен разрез пресс-формы 1 с каналом 2 для откачки воздуха, в которую помещен каркас 4 с напрессованной на нем воскообразной моделью 5 и прессующие элементы 3 в сомкнутом состоянии. На фиг.3 изображен разрез неразъемной оболочковой формы 6 с размещенным в ней каркасом 4, на котором сформирована отливка 7, выполненная из металла с температурой плавления меньшей, чем температура плавления металла каркаса 4.The inventive method for producing bimetallic investment casting is carried out using the device shown in the drawing. Figure 1 shows a section of a mold 1 with a channel 2 for pumping air and pressing elements 3 into which the frame 4 is placed. Figure 2 shows a section of a mold 1 with a channel 2 for pumping air into which a frame 4 s is placed a waxy model 5 pressed onto it and pressing elements 3 in a closed state. Figure 3 shows a section of an integral shell mold 6 with a frame 4 located on it, on which a cast 7 is formed, made of metal with a melting point lower than the melting temperature of the metal of the frame 4.

Заявляемый способ получения биметаллической отливки литьем по выплавляемым моделям осуществляется следующим образом. Изготавливают каркас 4 размерами меньшими размеров биметаллической отливки из материала с температурой плавления большей, температуры плавления материала отливки. Каркас 4 помещают в пресс-форму 1, имеющую канал 2 для откачки воздуха. Полость пресс-формы соответствует требуемым размерам и геометрии отливки. В пресс-форму 1 дозируют порошок воскообразного модельного материала фракции 0,1 – 4 мм (например, 2,5 мм), который напрессовывают на каркас 4. Прессование модели осуществляют посредством перемещения прессующих элементов 3 со скоростью 0,2 – 2 мм/с (например, 1 мм/с) с одновременной откачкой воздуха из канала 2 с давлением вакуумирования 80 – 98 кПА (например, 90 кПа). Полученную воскообразную модель 5 выдерживают в сомкнутой пресс-форме не менее 1 минуты (например, 5 минут). Воскообразную модель 5 с каркасом 4 внутри извлекают из пресс-формы 1, наносят на нее слои неразъемной огнеупорной оболочковой формы 6. Оболочковую форму 6 сушат, выплавляют воскообразную модель 5. Оболочковую форму 6 прокаливают и нагревают до температуры плавления металла отливки 7. В полость неразъемной оболочковой формы 6, содержащей каркас 4, заливают расплавленный металл отливки 7. Полученную биметаллическую отливку охлаждают и извлекают из оболочковой формы 6.The inventive method for producing bimetallic castings by investment casting is as follows. A frame is made of 4 sizes smaller than the dimensions of a bimetallic casting from a material with a melting point greater than the melting temperature of the casting material. The frame 4 is placed in the mold 1 having a channel 2 for pumping air. The cavity of the mold corresponds to the required dimensions and geometry of the casting. Powder of a waxy model material of a fraction of 0.1 - 4 mm (for example, 2.5 mm) is dosed into the mold 1, which is pressed onto the frame 4. The model is pressed by moving the pressing elements 3 at a speed of 0.2 - 2 mm / s (for example, 1 mm / s) with simultaneous pumping of air from channel 2 with a vacuum pressure of 80 - 98 kPa (for example, 90 kPa). The resulting waxy model 5 is kept in a closed mold for at least 1 minute (for example, 5 minutes). The wax-like model 5 with the frame 4 inside is removed from the mold 1, layers of a one-piece refractory shell mold 6 are applied onto it. The shell mold 6 is dried, the wax-like model 5 is melted. The shell mold 6 is calcined and heated to the melting temperature of the casting metal 7. In the integral cavity shell mold 6 containing the frame 4, pour the molten metal of the casting 7. The resulting bimetallic casting is cooled and removed from the shell mold 6.

Claims

A method of producing a bimetallic casting, including the manufacture of a waxy model, obtaining an integral shell mold on the model, melting a waxy model from a mold, pouring metal, characterized in that a framework is manufactured with dimensions smaller than the dimensions of the casting obtained from a material with a melting point higher than the melting temperature of the material castings, the frame is installed in a steel mold, the cavity of which corresponds to the size and geometry of the casting, a wax-like powder is dosed into the mold of the 0.1–4 mm fraction material, which is pressed in a vacuum of 80–98 kPa, and the pressing elements of the mold are moved at a speed of 0.2–2 mm / s, and upon completion of pressing, the resulting waxy model with the frame is held in a closed press -form at least 1 minute.