Способ сборки блока удаляемых литейных моделей

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при производстве точных отливок из черных и цветных сплавов по удаляемым моделям, в том числе полученным 3D-печатью по аддитивным технологиям. Способ сборки блока удаляемых литейных моделей включает использование механического соединения «паз-шип». Глубину паза выбирают не менее чем на 25% больше длины шипа. На посадочной поверхности шипа выполняют канавки, а перед сборкой посадочную поверхность паза нагревают до температуры на 10-15°С выше уровня температуры размягчения материала литейных моделей. Может быть использовано для механического соединения «паз-шип» в виде ласточкиного хвоста. Обеспечивается повышение надежности соединения элементов блока удаляемых моделей за счет минимизации искажения геометрии модельного блока в целом и нарушения неразъемности соединения отдельных элементов блока при сборке. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к изготовлению литейных форм при производстве точных отливок из черных и цветных сплавов по удаляемым (выплавляемым или выжигаемым) моделям, в том числе полученным 3D-печатью по аддитивным технологиям (аддитивным моделям).

Известен способ сборки блока, применяемый в практике литья по выплавляемым моделям, в котором для соединения моделей отливок и элементов литниково-питающей системы в единое целое используется припаивание, когда нагретое лезвие ножа или электрического паяльника помещают между посадочными частями элементов блока, одновременно касаясь и оплавляя их, а затем быстро убирают, а соединяемые части слегка прижимают друг к другу [1].

Недостатками способа являются низкая надежность соединения элементов и высокая вероятность нарушения геометрии блока вплоть до разрушения как во время сборки блока, так и на последующих операциях изготовления литейной формы и отливки. Причиной этого является тот факт, что операции подготовки к сборке блока, в частности, выбор места спая, зачистку места спая, прижим сопрягающихся элементов блока и обеспечение плавности перехода в местах их сопряжения проводят вручную. При этом повышается вероятность смещения моделей, искажения размеров элементов блока из-за излишнего оплавления, а прочность соединения элементов блока нестабильна вследствие неполного пропаивания зазора между посадочными частями сопрягаемых моделей. Поэтому в некоторых случаях для предотвращения поломки блока вынуждены использовать специальные легкоплавкие монтажные сплавы (припои), а также металлические каркасы, что существенно усложняет и повышает трудоемкость операций сборки блока [2]. Кроме того, способ не всегла дает возможность собрать модели из плохо спаивающихся модельных составов, а его реализация применительно к моделям из термопластов с высокой температурой плавления, полученных 3D-печатью по аддитивным технологиям (аддитивные модели), требует высоких энергозатрат и применения специального инструмента.

Известен способ сборки блока, применяемый в практике литья по удаляемым моделям, при котором для повышения точности и надежности соединения моделей отливок и элементов литниково-питающей системы в единое целое используется сборка в кондукторе [1].

Основным недостатком в данном случае является высокая стоимость изготовления кондуктора. Помимо этого сохраняются проблемы, характерные для сборки припаиванием, обсуловленные плохой спаиваиваемостью и высокой температурой плавления материала элементов модельного блока.

Известен способ сборки блока, применяемый в практике литья по удаляемым моделям, в котором для соединения моделей отливок и элементов литниково-питающей системы в единое целое используется секционная сборка на металлический стояк-каркас с механическим зажимом, разработанная в НИИТАвтопроме [1].

Его недостаток – ограниченная область применения (цеха крупносерийного и массового производства отливок), обусловленная необходимостью использования для сборки специальных приспособлений.

Известен способ сборки блока, применяемый в практике литья по удаляемым моделям, в котором для соединения моделей отливок и элементов литниково-питающей системы в единое целое используется их склеивание [3].

Его недостаток связан с необходимостью выбора, подготовки и использования специального клея и, как следствие, увеличением числа производственных операций, а также повышением трудоемкости и длительности изготовления как блока, так и всего производственного цикла производства отливок. Кроме того, операция склеивания элементов блока по причине запаха, высокой летучести и пожароопасности компонентов клея снижает экологическую безопасность на рабочем месте и ухудшает условия труда персонала.

Известен способ сборки блока без клея, при котором размеры сопрягаемых частей блока назначаются с небольшим допуском для получения соединения с натягом [3].

Применение способа ограничено упругими свойствами материала элементов блока.

Известен модельный блок, содержащий модели или секции моделей, питатели с замковой частью, стояк с пазами по месту установки питателей, литниковую чашу, в котором с целью создания возможности автоматизированной сборки моделей в блок пазы выполнены с обратным уклоном 10-60˚, при этом в теле стояка выполнены каналы, диаметр каждого из которых относится к его длине в интервале 0,004-0,010, предназначенные для заполнения модельным составом [4].

Однако данное решение не свободно от недостатков. Область его применения ограничена литьем по выплавляемым моделям, изготовленных из модельных композиций с невысокой температурой плавления, которые при комнатной температуре легко сминаются. Решение характеризуется трудоемкостью реализации из-за сложности конструкции стояка с внутренними каналами, а также необходимости дополнительной операции запрессовки модельного состава в каналы стояка. Наличие взаимообразных уклонов пазов и выступов сопрягаемых элементов блока в полной мере не гарантирует устранения зазора между ними, поскольку при их относительном сдвиге в ходе сборки слой сминаемого материала движется в направлении от зазора, а не наоборот, и не заполняет его. Надежность соединения во многом зависит от полноты затвердевания модельного состава вокруг замковой части выступа питателя и существенно снижается в случае недостаточного уровня давления его запрессовки в каналы стояка по причине газового противодавления.

Наиболее близким к изобретению является способ сборки блока, применяемый в практике литья по удаляемым моделям, в котором для соединения моделей отливок и элементов литниково-питающей системы в единое целое используется механическое соединение «паз-шип» в виде ласточкиного хвоста или другой формы [1]. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Недостаток способа – высокая вероятность искажения геометрии блока при сборке и нарушения неразъемности соединения его элементов по причине недостаточной надежности из-за возможного смещения выступа относительно паза, обусловленного наличием зазора между ними.

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.

Решается задача совершенствования способа-прототипа в части повышения надежности соединения элементов блока удаляемых моделей.

Технический результат – минимизация искажения геометрии модельного блока в целом и нарушения неразъемности соединения отдельных элементов блока при сборке.

Технический результат достигается тем, что согласно способу сборки блока удаляемых литейных моделей, предусматривающему использование механического соединения «паз-шип» в виде ласточкиного хвоста или другой формы, на посадочной поверхности шипа выполняют канавки, глубину паза выбирают не менее, чем на 25%, большей длины шипа, а посадочную поверхность паза перед сборкой нагревают до температуры на 10-15˚ выше уровня температуры размягчения материала моделей.

Выполнение канавок на посадочной поверхности шипа необходимо для формирования после его сопряжения с пазом (входа шипа в паз сопрягаемого элемента блока) емкости для приема размягченного материала модели и последующего по окончании затвердевания материала образования замка, препятствующего смещению шипа относительно паза.

Выбор глубины паза не менее, чем на 25%, большей длины шипа, дает возможность снизить газовое противодавление, неизбежно возникающее в ходе сборки при введении шипа в паз, если последний представляет собой глухое отверстие. Эмпирически установлено, что при глубине паза, меньшей 25% длины шипа, возникает необходимость увеличения усилия прижима сопрягаемых элементов блока и, как следствие, возрастает вероятность поломки его тонкостенных и ажурных частей.

Нагрев посадочной поверхности паза перед сборкой выполняется для временного увеличения площади сечения, принимающего шип, а также размягчения материала моделей до температуры, при которой резко возрастает его деформируемость и возникает текучесть.

Как показала экспериментальная проверка, проведенная на ряде материалов удаляемых моделей (парафино-стеариновая композиция, полипропилен, темплен, фторопласт, полиарилат, полиамид), превышение уровня температуры размягчения материала моделей на 10-15˚ обеспечивает стабильность эффекта текучести. Нагрев до температур меньшего уровня не гарантирует текучесть материала. Перегрев материала до более высоких температур экономически нецелесообразен и повышает вероятность нежелательной термодеструкции, способствующей возникновению дополнительного газового противодавления в емкости паза.

Способ реализуется следующим образом (фиг.1). На посадочной поверхности шипа предварительно выполняются канавки. Глубину паза выбирают не менее чем на 25%, большей длины шипа. Посадочную поверхность паза перед сборкой нагревают до температуры на 10-15° выше уровня температуры размягчения материала моделей. Затем модель (или секцию моделей) с шипом с небольшим усилием прижимают к сопрягаемому элементу блока с пазом так, чтобы шип полностью вошел в паз. При этом часть отверстия паза остается свободной и выполняет функцию сбора газа, вытесняемого шипом при сборке, а размягченный текучий материал моделей заполняет канавки шипа и после затвердевания в них «запирает» соединение, не давая возможности шипу смещаться относительно паза.

Для оценки эффективности предлагаемого способа по сравнению с прототипом проводилась проверка в условиях действующего производства. Собирались по пять блоков удаляемых литейных моделей согласно предлагаемому способу (опытная партия) и прототипу (контрольная партия). Модели отливок с питателями и стояка изготавливались 3D-печатью по аддитивной FDM-технологии из CAST-пластика – материала на основе полиметилметакрилата (PMMA) с добавлением специальных пластификаторов (термопластичный полимерный материал). Каждый из блоков опытной и контрольной партий включал модель стояка с толщиной стенки 60 мм, а также одну модель отливки с четырьмя питателями (одинаковой геометрии для блоков опытной и контрольной партий). Минимальная толщина стенки модели отливки составляла 12 мм. На торцах питателей выполнялись шипы (выступы) диаметром и длиной по 10 мм. Посадочные поверхности шипов моделей отливок с питателями опытной партии имели по две канавки шириной 2 мм и глубиной 1,5 мм от поверхности. Посадочные поверхности шипов моделей отливок с питателями контрольной партии оставались гладкими и не имели канавок. Глубина пазов в элементах блока опытной партии составляла 15 мм, контрольной партии – 12 мм. Перед сборкой посадочная поверхность пазов газовой горелкой нагревалась до температуры 125°С (температура размягчения PMMA составляет 110°С). Контроль нагрева велся инфракрасным термометром (пирометр) марки DT-811. Модели с шипом с небольшим усилием прижимали к сопрягаемым элементам блоков с пазом так, чтобы шип полностью вошел в паз, после чего выдерживали в течение пяти минут. Затем проводили визуальный контроль качества соединения и манипуляторную проверку его прочности.

Собранные модельные блоки опытной и контрольной партий, успешно прошедшие контроль, использовали для изготовления отливок «Корпус» массой 18,5 кг из стали 40Л ГОСТ 977 методом литья в объемные керамические формы по выжигаемым моделям по технологии, действующей на предприятии. После выбивки до обрубки проводился контроль геометрии отливок с литниково-питающей системой.

Результаты сравнения опытной и контрольной партий приведены в таблице 1.

Испытания показали высокие эффективность предлагаемого способа, качество сборки модельных блоков и получаемых отливок.

Источники информации:

1. Литье по выплавляемым моделям / В.Н. Иванов, С.А. Казеннов, Б.С. Курчман [и др.]; под ред. Я.И. Шкленника, В.А. Озерова. – М.: Машиностроение, 1984. – 408с. – прототип.

2. Репях, С.И. Технологические основы литья по выплавляемым моделям / С.И. Репях. – Днепропетровск: Лира, 2006. - 1056с.

3. Шуляк, В.С. Литье по газифицируемым моделям / B.C. Шуляк. – Спб.: Профессионал, 2007. – 408 c.

4. Авторское свидетельство СССР №1419790, B22 C7/02, 1988.

Таблица 1

Общее число соединений «паз-шип» Контроль после сборки блока
(качество и прочность соединения)
Контроль после выбивки (геометрия отливок с литниково-питающей системой) Число соединений, успешно прошедших проверку, количество / %
опытная партия (предлагаемое решение) 20 все блоки успешно прошли проверку все блоки и отливки успешно прошли проверку 20 / 100
контрольная партия (прототип) 20 два блока (8 соединений) не прошли проверку по причине смещения шипа относительно паза
и не были допущены в дальнейшее производство
коробление зафиксировано у одной отливки
(4 соединения)
8 / 40

1. Способ сборки блока удаляемых литейных моделей, включающий использование механического соединения «паз-шип», отличающийся тем, что на посадочной поверхности шипа выполняют канавки, глубину паза выбирают не менее чем на 25% больше длины шипа, а посадочную поверхность паза перед сборкой нагревают до температуры на 10-15°С выше уровня температуры размягчения материала литейных моделей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют механическое соединение «паз-шип» в виде ласточкиного хвоста.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при литье по выплавляемым моделям в керамические литейные формы. Способ удаления модельного блока из керамической формы в литье по выплавляемым моделям, состоящего из воскового модельного состава, на котором сформирована керамическая форма, включает пропитку керамической формы водой, размещение ее в бойлерклаве для вытапливания модельного блока и предварительную прокалку керамической формы.

Изобретение относится к области литейного производства. Способ удаления выжигаемой полимерной модели из керамической формы в литье по выплавляемым моделям включает размещение керамической формы, сформированной на модельном блоке, содержащем как минимум одну выжигаемую полимерную модель, в бойлерклаве для удаления из модельного блока содержащегося в нем воскового состава, размещение керамической формы в печи для выжигания полимерной модели.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении выплавляемой литейной модели. Способ получения выплавляемой модели включает дозированную подачу воскообразного модельного материала в виде порошка фракции не менее 0,4 мм в форму и вращение формы относительно ее оси.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении выплавляемой литейной модели. Способ получения выплавляемой модели тела вращения включает дозированную подачу воскообразного модельного материала в виде порошка фракции не менее 0,4 мм в форму с внутренним радиусом не менее 3 см и ее вращение относительно оси.

Изобретение относится к области литейного производства. Способ литья по выплавляемым моделям для изготовления готовой детали включает формовку оболочки вокруг мастер-модели, растворение мастер-модели, находящейся в оболочке, с образованием в оболочке полости, соответствующей готовой детали, заливку литьевого материала в полость оболочки, его отверждение и удаление оболочки.
Изобретение относится к области литейного производства. Ремонтный воск для исправления дефектов моделей в литье по выплавляемым моделям содержит 25-75 мас.% восковой пасты повторного использования и 25-75 мас.% освежающего компонента.

Изобретение относится к литейному производству. Модельный блок для формирования оболочковой формы для изготовления элементов газотурбинного двигателя методом литья по выплавляемым моделям, имеющий продольную ось (Х), содержит модели разливочной чаши (2), центрального стояка (3), элементов (4) газотурбинного двигателя, каналов (5) для сифонной подачи расплавленного металла в оболочковые формы элементов (4) и приспособления для манипулирования.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении выплавляемой литейной модели. Способ получения выплавляемой модели тела вращения включает дозированную подачу порошка воскообразной модельной композиции в форму в виде тела вращения и вращение упомянутой формы относительно ее вертикальной оси.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении выплавляемой литейной модели. Способ получения удаляемой модели тела вращения включает дозированную подачу смеси порошка воскообразной модельной композиции и гранул нитрата аммония в форму в виде тела вращения и вращение упомянутой формы относительно ее вертикальной оси.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении выплавляемой литейной модели. Способ получения удаляемой модели тела вращения включает дозированную подачу смеси порошка воскообразной модельной композиции и воды в форму в виде тела вращения и вращение упомянутой формы относительно ее вертикальной оси.

Изобретение относится к области литейного производства. Способ изготовления крупногабаритной комбинированной восковой модели рабочей лопатки турбины энергоустановки включает изготовление вставки, установку и фиксацию вставки в пресс-форме, обработку формообразующих поверхностей пресс-формы разделительным составом, сборку пресс-формы и запрессовку в предварительно нагретую пресс-форму, в зазор между ее внутренней поверхностью и поверхностью вставки, воско-полимерной смеси, извлечение полученной комбинированной модели и ее охлаждение. В качестве вставки изготавливают воско-полимерную премодель (3) с поверхностью, эквидистантно повторяющей формообразующие поверхности основной модели (6) и составляющую до 70% ее объема на дополнительной пресс-форме. Премодель извлекают, укладывают в пазы пресс-формы основной модели, собирают пресс-форму и запрессовывают в нее воско-полимерную смесь. Полученную комбинированную модель извлекают, укладывают в драйер для калибровки и охлаждения. Обеспечивается стабильность геометрических размеров модели устранение усадочных дефектов изготавливаемой лопатки за счет нивелирования усадки воско-полимерной смеси. 5 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл., 3 ил.
Наркология
Наверх