RU2757139C1

RU2757139C1 - Method for obtaining lost-wax model of a body of revolution

Info

Publication number: RU2757139C1
Application number: RU2021106174A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Жилин; Олег Николаевич Комаров; Нина Анатольевна Богданова; Валерий Викторович Предеин; Денис Александрович Стражко
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2021-10-11

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 lost-wax model of a body of revolution includes a metered supply of a powder of a wax-like model composition to a mold in the form of a body of revolution and rotation of the said mold about its vertical axis. The wax-like model composition is a powder of a fraction of at least 0.4 mm. A mold with an inner radius of at least 3 cm is used, which is rotated at a frequency of 6000-15000 rpm. 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, which makes it possible to obtain 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

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 mold on the heated powder material introduced into the 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. 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 the powder material differ from the temperature of the casting mold, which leads to the appearance on the surface of the formed body of rotation of defects characteristic of casting: 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 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 поверхностью 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 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.

Технический результат, достигаемый при этом способе, заключается в получении выплавляемой модели с поверхностью без характерных для литья дефектов: коробления поверхности, слоистости, усадки.The technical result achieved with this method consists in obtaining an investment model with a surface without defects characteristic of casting: surface warping, lamination, and shrinkage.

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 выплавляемой модели, согласно изобретению, в качестве материала используют воскообразную модельную композицию в виде порошка фракции не менее 0,4 мм, используют форму с внутренним радиусом не менее 3 см, форму вращают относительно ее вертикальной оси с частотой 6000-15000 об/мин.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 lost-wax model, according to the invention, a waxy model composition in the form of a powder of a fraction of at least 0.4 mm, a mold with an inner radius of at least 3 cm is used, the mold is rotated about its vertical axis at a frequency of 6000-15000 rpm.

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, внесенного в форму, в которой под действием центробежной силы частицы порошка уплотняются на внутренней поверхности вращающейся литейной формы без подведения внешних источников тепла. За счет центробежного уплотнения порошкового материала образуется тело выплавляемой модели с поверхностью без характерных для литья дефектов: усадки, коробления поверхности и слоистости. A wax-like model composition in the form of a powder introduced into a mold is used as a material for obtaining a lost-wax model of a body of revolution, in which, under the action of centrifugal force, powder particles are compacted on the inner surface of a rotating casting mold without supplying external heat sources. Due to the centrifugal compaction of the powder material, a body of the investment model is formed with a surface without defects characteristic of casting: shrinkage, surface warping and lamination.

Вышеизложенное справедливо для порошков воскообразной модельной композиции фракции не менее 0,4 мм. При использовании модельной композиции фракции 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 foregoing is true for powders of a wax-like model composition with a fraction of at least 0.4 mm. When using a model composition of fraction less than 0.4 mm, clumping of powder material is observed, which complicates the uniform distribution of material at the initial stages of compaction and leads to a violation of the geometry of the lost-melted model of the body of revolution.

Дозированная подача воскообразной модельной композиции в форму обеспечивает требуемую толщину выплавляемой модели. 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.Dosed supply of the wax-like model composition to the mold provides the required thickness of the investment model. The technologically acceptable density of the melted model 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 shell molds formed according to such lost-wax patterns.

Получение выплавляемой модели с требуемой плотностью определяется массой дозированного материала, 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 (см. графическую часть).Obtaining a lost-wax model with the required density is determined by the mass of the dosed material, 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 (see the graphic part).

В таблице приведены экспериментально полученные значения плотности тел вращения при центробежном уплотнении парафино-стеариновой композиции ПС 50/50 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 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. Вносят в форму в виде тела вращения дозированное количество порошка воскообразной модельной композиции. Форму, закрепленную на роторе центрифуги или в патроне станка, вращают относительно ее вертикальной оси. 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. A dosed amount of powder of the wax-like model composition 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 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 модельную воскообразную композицию, например, парафино-стеаринового состава ПС 50/50, фракции 1,2 мм, 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 previously prepared model wax-like composition, for example, paraffin-stearin composition PS 50/50, fraction 1.2 mm, is placed in a dose into a shape of a body of revolution with a radius of, for example, 15 cm. The shape 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 0,920 г/см³ в форму в виде полого цилиндра с дном и крышкой засыпают порошок марки ПС50/50 массой 839 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 0.920 g / cm ^3, powder of the PS50 / 50 brand weighing 839 g is poured into a mold in the form of a hollow cylinder with a bottom and a lid. The rotation frequency of the mold for the above parameters is 6200 rpm, which follows from the table. The mold is brought into rotation, the speed of rotation is reached at 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 material into 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 wax-like model composition in the form of a powder of a fraction of at least 0.4 mm is used as a material, while use a form with an inner radius of at least 3 cm, which is rotated about the vertical axis with a frequency of 6000-15000 rpm.