RU2755313C1

RU2755313C1 - Method for obtaining lost-wax model of a body of revolution

Info

Publication number: RU2755313C1
Application number: RU2021106175A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Жилин; Олег Николаевич Комаров; Нина Анатольевна Богданова; Валерий Викторович Предеин
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2021-09-15

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in the manufacture of an investment casting model. A method for obtaining a removable model of a body of revolution includes a metered supply of a mixture of a powder of a wax-like model composition and water into a mold in the form of a body of revolution and rotation of the said shape about its vertical axis. A mold with an inner radius of at least 3 cm is used, which is rotated at a frequency of 6000-15000 rpm. A mixture of powder of a waxy model composition and water is used with the following ratio of components, wt.%: waxy model composition of fractions of at least 0.4 mm - 95-99, water - 1-5. Under the action of centrifugal force, the particles of the powder of the model composition are compacted on the inner surface of the mold without supplying heat and are forced out onto the outer surface of the model. Water is displaced to the outer surface of the model and creates a layer between the mold and the model, which allows obtaining a model with the required roughness and geometry.

EFFECT: elimination of shrinkage, surface warping and layering of the model is provided, which makes it possible to increase the dimensional and geometric accuracy of castings and the physical and mechanical properties of shell molds.

1 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к способам изготовления выплавляемых моделей в литье по выплавляемым моделям и может быть использовано в машиностроительной отрасли народного хозяйства.The invention relates to methods for the manufacture of investment patterns in investment casting and can be used in the machine-building industry of the national economy.

Известен способ получения выплавляемой модели, описанный в патенте РФ № 2188735, согласно которому выплавляемую модель изготавливают из модельного порошкообразного материала фракции 0,1-1,6 мм, который дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 3-10%, и без предварительного нагрева прессуют посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы.There is a known method of obtaining an investment model, described in the patent of the Russian Federation No. 2188735, according to which the investment model is made from a model powdery material with a fraction of 0.1-1.6 mm, which is dosed into the mold in an amount that ensures the production of models with a porosity of 3-10% , and without preheating is pressed by aligning the connector surfaces of the mold.

Недостатком этого способа является сложность конструкции пресс-формы для получения выплавляемой модели тела вращения, поскольку при таком способе получение выплавляемой модели с одинаковыми свойствами на всех участках поверхности представляется затруднительным.The disadvantage of this method is the complexity of the design of the mold for obtaining the lost-wax model of the body of revolution, since with this method it is difficult to obtain the lost-wax model with the same properties on all parts of the surface.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому способу, является принятый за прототип способ, описанный в а.с. СССР №390862, при котором формование тела вращения осуществляют за счет действия центробежных сил во время вращения литейной формы на введенный в литейную форму разогретый порошкообразный материал и расплав связующего материала, в частности, парафина. По окончании формирования тела вращения оно извлекается из формы и направляется на дальнейшие стадии обработки.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed method is adopted as a prototype method described in and.with. USSR No. 390862, in which the shaping of the body of revolution is carried out due to the action of centrifugal forces during the rotation of the casting mold on the heated powdery material introduced into the casting mold and the melt of the binder material, in particular, paraffin. At the end of the formation of the body of revolution, it is removed from the mold and sent to further processing stages.

Реализация такого способа приводит к формированию тела вращения из расплава связующего материала, парафина, и разогретого порошкового материала, при этом температура связующего материала и порошкового материала отличаются от температуры литейной формы, что приводит к появлению на поверхности сформированного тела вращения характерных для литья дефектов: коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и литейной формы. Кроме того, при остывании связующего материала за счет уменьшения объема последнего, возможно проявление усадки. Отмеченное выше в совокупности не обеспечивает на поверхности сформированного тела вращения требуемой чистоты поверхности с низкой шероховатостью. Использование такого принципа формирования выплавляемых моделей для получения отливок по выплавляемым моделям затрудняется тем, что на этапе удаления модельной массы из керамической оболочковой формы в результате теплового расширения модельная масса оказывает разрушающее воздействие на внутреннюю поверхность керамической оболочковой формы, в ряде случаев приводя к образованию трещин в последней.The implementation of this method leads to the formation of a body of revolution from a melt of a binder material, paraffin, and a heated powder material, while the temperature of the binder material and powder material differ from the temperature of the casting mold, which leads to the appearance on the surface of the formed body of revolution characteristic for casting defects: surface warping and layering resulting from the temperature difference between the material and the mold. In addition, when the binder cools down due to a decrease in the volume of the latter, shrinkage may appear. The abovementioned in aggregate does not provide the required surface cleanliness with low roughness on the surface of the formed body of revolution. The use of this principle of the formation of lost-wax patterns to obtain castings by investment patterns is hampered by the fact that at the stage of removing the pattern mass from the ceramic shell mold as a result of thermal expansion, the model mass has a destructive effect on the inner surface of the ceramic shell mold, in some cases leading to the formation of cracks in the latter. ...

Эти недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.These disadvantages are eliminated by the proposed technical solution.

Задачей заявляемого изобретения является получение выплавляемой модели тела вращения с требуемой геометрией и требуемой шероховатостью, без характерных для литья дефектов: усадки, а также коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и формы.The objective of the claimed invention is to obtain a lost-wax model of a body of revolution with the required geometry and the required roughness, without defects characteristic of casting: shrinkage, as well as surface warping and layering resulting from the temperature difference between the material and shape.

Технический результат, достигаемый при этом способе, заключается в получении выплавляемой модели тела вращения с требуемой геометрией и требуемой шероховатостью, с поверхностью без характерных для литья дефектов: усадки, а также коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и формы.The technical result achieved with this method consists in obtaining a lost-wax model of a body of revolution with the required geometry and the required roughness, with a surface without defects characteristic of casting: shrinkage, as well as surface warping and layering resulting from the temperature difference between the material and shape.

Указанная задача решается благодаря тому, что в способе получения выплавляемой модели тела вращения, включающим дозированную подачу материала в форму в виде тела вращения, вращение формы до получения сформированной модели, согласно изобретению, используют форму с внутренним радиусом не менее 3 см, форму вращают относительно ее вертикальной оси с частотой 6000-15000 об/мин, в качестве материала используют воскообразную модельную композицию в виде порошка фракций не менее 0,4 мм и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%: модельная композиция 95-99, вода 1-5.This problem is solved due to the fact that in the method of obtaining the lost-wax model of the body of revolution, including the metered supply of material to the mold in the form of a body of revolution, the rotation of the mold to obtain the formed model, according to the invention, a mold with an inner radius of at least 3 cm is used, the mold is rotated relative to it vertical axis with a frequency of 6000-15000 rpm, a waxy model composition in the form of a powder of fractions of at least 0.4 mm and water with the following ratio of components, wt%: model composition 95-99, water 1-5 is used as a material.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом объясняется следующим образом.The causal relationship between the essential features and the achieved technical result is explained as follows.

В качестве материала для получения выплавляемой модели тела вращения используют воскообразную модельную композицию в виде порошка и воды, внесенных в форму, в которой под действием центробежной силы частицы порошка уплотняются на внутренней поверхности вращающейся литейной формы без подведения внешних источников тепла, а т.к. вода имеет большую плотность чем модельная композиция, то под действием центробежной силы она вытесняется на поверхность формируемой модели и обеспечивает получаемой выплавляемой модели требуемую шероховатостью и геометрию. За счет центробежного уплотнения порошкового материала образуется тело выплавляемой модели с поверхностью без характерных для литья дефектов: усадки, коробления поверхности и слоистости.As a material for obtaining a lost-wax model of a body of revolution, a wax-like model composition in the form of powder and water introduced into a mold is used, in which, under the action of centrifugal force, the powder particles are compacted on the inner surface of a rotating casting mold without supplying external heat sources, and since Since water has a higher density than the model composition, then under the action of centrifugal force it is displaced onto the surface of the formed model and provides the resulting lost-wax model with the required roughness and geometry. Due to the centrifugal compaction of the powder material, a body of the lost-wax model is formed with a surface without defects characteristic of casting: shrinkage, surface warping and lamination.

Вышеизложенное справедливо для порошков воскообразной модельной композиции фракций не менее 0,4 мм. При использовании модельной композиции фракций менее 0,4 мм наблюдается комкование порошкового материала, что затрудняет равномерное распределение материала на начальных стадиях уплотнения и приводит к нарушению геометрии выплавляемой модели тела вращения.The above is true for powders of a wax-like model composition of fractions of at least 0.4 mm. When using a model composition of fractions less than 0.4 mm, lumping of the powder material is observed, which complicates the uniform distribution of the material at the initial stages of compaction and leads to a violation of the geometry of the melted model of the body of revolution.

Использование воды в количестве менее 1% по массе приводит к возникновению участков на поверхности модели, контактирующих с формой без водной прослойки, что приводит к повышению шероховатости выплавляемой модели. Использование воды в количестве более 5% по массе приводит к формированию волнистости и складок на поверхности выплавляемой модели.The use of water in an amount of less than 1% by weight leads to the appearance of areas on the surface of the model, in contact with the mold without a water layer, which leads to an increase in the roughness of the investment model. The use of water in an amount of more than 5% by weight leads to the formation of waviness and folds on the surface of the investment model.

Дозированная подача воскообразной модельной композиции и воды в форму обеспечивает требуемые толщину стенок выплавляемой модели, геометрию и шероховатость. Технологически приемлемая плотность выплавляемой модели, получаемой прессованием порошка ПС50/50, при которой достигаются требуемые размерно-геометрические и прочностные характеристики прессовки, принадлежит диапазону 0,810-0,921 г/см³. Такая плотность по данным работы [Жилин С.Г., Богданова Н.А., Комаров О.Н., Соснин А.А. Снижение упругого отклика при уплотнении порошковой парафиностеариновой композиции // Деформация и разрушение материалов. 2020. № 1. С. 29-33.] обеспечивает выплавляемым моделям пористость в диапазоне 0-12%, что позволяет повысить трещиностойкость оболочковых форм, сформированных по таким выплавляемым моделям.The dosed supply of the wax-like model composition and water to the mold provides the required wall thickness of the investment model, geometry and roughness. The technologically acceptable density of the melted pattern obtained by pressing the PS50 / 50 powder, at which the required dimensional-geometric and strength characteristics of the pressing are achieved, belongs to the range 0.810-0.921 g / cm ³ . Such density according to the work [Zhilin SG, Bogdanova NA, Komarov ON, Sosnin AA. Decrease in elastic response during compaction of powder paraffin-stearin composition // Deformation and destruction of materials. 2020. No. 1. P. 29-33.] Provides the lost-wax models with porosity in the range of 0-12%, which makes it possible to increase the fracture toughness of the shell molds formed by such lost-wax patterns.

Получение выплавляемой модели с требуемой плотностью определяется массой дозированного материала с водой, частотой вращения формы и величиной ее внутреннего радиуса. Значения рабочей частоты вращения формы, внутреннего радиуса формы и массы дозированного материала определены экспериментально и представлены в таблице.Obtaining a lost-wax model with the required density is determined by the mass of the dosed material with water, the rotational speed of the mold and the size of its inner radius. The values of the operating frequency of rotation of the mold, the inner radius of the mold and the mass of the dosed material were determined experimentally and are presented in the table.

В таблице приведены экспериментально полученные значения плотности тел вращения при центробежном уплотнении парафино-стеариновой композиции ПС 50/50 с водой при различных радиусах формы, массах материала и частотах вращения для получения выплавляемой модели цилиндрической формы с толщиной стенки 1 см.The table shows the experimentally obtained values of the density of bodies of revolution for centrifugal compaction of the paraffin-stearin composition PS 50/50 with water at different shape radii, material masses and rotation frequencies to obtain a cylindrical lost-wax model with a wall thickness of 1 cm.

Из таблицы следует, что требуемая плотность тела вращения достигается при условиях, характерных для данных, представленных в строках таблицы с порядковыми номерами Nп/п: 4, 7, 10, 13, 14.It follows from the table that the required density of the body of revolution is achieved under conditions typical for the data presented in the rows of the table with serial numbers Nn / n: 4, 7, 10, 13, 14.

Способ осуществляют следующим образом. Образующую поверхность формы смачивают разделительным составом, например, керосином. Вносят в форму в виде тела вращения дозированное количество смеси порошка воскообразной модельной композиции с водой. Форму, закрепленную на роторе центрифуги или в патроне станка, вращают относительно ее вертикальной оси. Формирование наружной поверхности модели происходит на границе контакта со слоем воды, который в виды большей плотности, чем плотность материала ПС50/50, распределяется на внутренней поверхности вращающейся формы. Наличие воды на внутренней поверхности формы позволяет уменьшить шероховатость формируемой удаляемой модели. Сформированную в форме за счет воздействия центробежной силы на порошок воскообразной модельной композиции выплавляемую модель тела вращения удаляют из формы выдавливанием или извлекают вручную, после разъединения разъемных частей формы.The method is carried out as follows. The forming surface of the mold is moistened with a release agent, for example, kerosene. A dosed amount of a mixture of the powder of the wax-like model composition with water is introduced into the form in the form of a body of revolution. The form, fixed on the centrifuge rotor or in the chuck of the machine, is rotated about its vertical axis. The formation of the outer surface of the model occurs at the boundary of contact with a layer of water, which, in species with a higher density than the density of the PS50 / 50 material, is distributed on the inner surface of the rotating mold. The presence of water on the inner surface of the mold makes it possible to reduce the roughness of the removed model being formed. The lost-wax model of the body of revolution, formed in the form due to the action of centrifugal force on the powder of the wax-like model composition, is removed from the mold by extrusion or removed manually after separating the detachable parts of the mold.

Заявляемое техническое решение осуществляют следующим образом. Образующую поверхность формы смачивают разделительным составом, например, керосином. Предварительно подготовленную смесь, содержащую воду по массе в количестве 2%, с модельной воскообразной композицией, например, парафино-стеаринового состава ПС 50/50, фракции 1,2 мм, по массе в количестве 98% дозой помещают в форму тела вращения радиусом, например, 15 см. Форму, закрепленную на роторе центрифуги вращают относительно ее вертикальной оси.The claimed technical solution is as follows. The forming surface of the mold is moistened with a release agent, for example, kerosene. A preliminarily prepared mixture containing water by weight in an amount of 2%, with a model waxy composition, for example, paraffin-stearin composition PS 50/50, fraction 1.2 mm, by weight in an amount of 98%, is placed in a dose into the shape of a body of revolution with a radius, for example , 15 cm. The form fixed on the centrifuge rotor is rotated about its vertical axis.

Для формирования выплавляемой модели цилиндрической формы высотой 10 см и толщиной стенки 1 см с плотностью 0,921 г/см³ в форму в виде полого цилиндра с дном и крышкой засыпают порошок марки ПС50/50 массой 839 г перемешанный с водой массой 16 г. Частота вращения формы для представленных выше параметров составляет 6200 об/мин., что следует из таблицы. Форму приводят во вращение, достигают значения частоты вращения 6200 об/мин. Экспериментально установлено, что время вращения не оказывает существенного влияния на плотность формируемой выплавляемой модели тела вращения. В ходе эксперимента установлено, что для достижения требуемой плотности модели достаточно вращения формы до 5 мин. Вращают форму около 4 минут. Вращение формы прекращают; после остановки формы извлекают выплавляемую модель тела вращения.To form a lost-wax model of a cylindrical shape with a height of 10 cm and a wall thickness of 1 cm with a density of 0.921 g / cm ^3, powder of the brand PS50 / 50 weighing 839 g mixed with water weighing 16 g is poured into a mold in the form of a hollow cylinder with a bottom and a lid. for the above parameters is 6200 rpm, which follows from the table. The mold is brought into rotation, the speed reaches 6200 rpm. It has been experimentally established that the rotation time does not have a significant effect on the density of the formed melted model of the body of revolution. In the course of the experiment, it was found that to achieve the required density of the model, it is sufficient to rotate the mold for up to 5 minutes. Rotate the mold for about 4 minutes. The rotation of the form is stopped; after stopping the mold, the lost-wax model of the body of revolution is removed.

Claims

A method of obtaining a lost-wax model of a body of revolution, including a metered supply of the material of the lost-wax model to a mold in the form of a body of revolution, rotation of the mold until a formed lost-wax model is obtained, characterized in that a mold with an inner radius of at least 3 cm is used, the mold is rotated about its vertical axis with a frequency 6000-15000 rpm, as the material of the lost-wax model, a waxy model composition in the form of a powder of fractions of at least 0.4 mm and water is used with the following ratio of components, wt%:

model composition 95-99 water 1-5