автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка способа изготовления легкоудаляемых керамических стержней для литья по выплавляемым моделям сложных алюминиевых волноводов заданной точности

127 0 7 91

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет

им. Н.Э.Баумана

разработка способа изготовления легкоудадяеш керамических стержней ддя литья по вьшав№!ШМ моделям сложных алюминиевых волноьодоа заданной точности

од.16.04. - Литейное производство

Автореферат диссертации на ;оискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рук<" ти-ч

Коробейников Константин Алексеевич

Москва - 1992

Работа выполнена в Москоьск-м ордена Ленина, ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени государственном техническом универси;.-о имени Н.о.Баумана.

Научный руководитель - кандидат технических на^к Рыбкин Ь.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Кац Э.Л.

кандидат техниче-ки:- наук, доцент Озеров Ь.А.

Идущее предприятие: :, ШШШЖШ '

Защита состоится " 1S " ьлмХььь и 1992 г. на заседании спец/одизир данного Совета К 0o3.Io.I3 в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана по адресу: 1070013, Москва, Б-Ь, 2-я Бауманская ул. Д. о.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЧГТУ,

Бал отзыв на аьторе.рерат в одном экземпляра, заверен«;, л печать», просим выслать по указанному адресу.

Автореферат разослан " ^ " ч^-о.^ 1992 г.

УчЭШ СЕКРЕТАРЬ специализированного Совета, кандидат технических' наук, доцент Ii ¡Uuf**^] Щ'БЙН ji.H.

'bin. MI "ТУ л.:. Н.о.Бауяана, тир. lew укз. , за1>аз 1} ¿Hi объем 1,0 к.л. Подписано к печати " " 1992 г.

Актуальность темы:

Перспективным способом изготовления волноводов из алюминиевых сплавов, деталей радиоэлектр'чной промышленности, к ко-' торьм предъявляются высоки!, требования по точности размеров каналов является лить., по выплавляемым моделям. Работы, выполненные в МГТУ им.Н.Э.Бадманя в области исследования формирования точности размеров отливок, позволили I. лотовлять волноводы с линейными и радиальными каналами по 12 алитету точности без последующей механической обработки. Однако ..ри изготовлении волноводов со сложными разветвленными каналами использование данного приоеспе. осложняется рядом причин. Формирование таких сложных полостей в п^изводогве осуществляется гигроскопичными кэрбаыидными дай керамическими стержнями. Использование керамических стержне.« более перспективно, но сравнительно низкг I точность размеров стержне», в частности п Шоу-процессу, сдерживает гас широкое применение. Решение задачи обеспечения точности размеров отливок вояноводного класса со сложными разветвленными каналами, получаемыми по выплавляемым моделям с использовг. кием керамических стершей, являете?, актуальной, т.к. способствует улучтению характеристик радиоэлектронной епаратуры, повышает производительность труда за счет устранения механической обработки каналов волноводов.

Целью настоящей работы является уменьшение трудоемкости при изготовлении сложных волноводов с использованием легкоуда-ляемьге керамических стержней при обеспечении требуемой точности ОТЛИВОК.

Научная новизна: I. Разработаны физическая и математическая модели термосилового взаимодействия применительно к технологическому процессу изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям с использованием керамических стержней.

2. Установлены закономерности изменения размеров керамических стержней при их изготовлении в зависимости от состава материалов стержня и режимов процесса.

3. Показано, что конечный размер канала отливки при затруднении усадки, формируется по стержню и фактически соответствует размеру стержня перед заливкой.

Практическая ценность: I. Разработан технологический процесс изготовления керамических стержнсй, отличающийся от известных более высокой стабильностью и производительностью, обеспечь л>-ший получение каналов волново, >в сложной к. 1фигурации по 12-14 квалитетам СТ СЭВ 144-75.

2. Сконструирован, изготовлен и эксплуатируется измерительный стенд, позволяющий в условиях соответствующих реальному технологическому процессу проводить исследования изменений размеров у температуры образцов из керамических модельных и других как жидкотекучих, гак и вязкопластичных сшотвердеших составов.

3. Разработан представлен в виде программы метод расчета размера и допуска на размер рабочей полости пресстформы для получения керамических стержней, позволяющий в условиях производства устранить доводку пресс-формы.

4. Разработана программа для определения содержания жидкой фазы в суспензии и коррекции ее состава.

Реализация работы: Результаты работы прошли промышленное опробование на НПО "Вымпел" в 1988 г.

Метод исследований изменения разы. ¿а стержней с применением измерительного тенда внедрен в учебный процесс и испочьзу-ется при выполнении лабораторных работ по курсу "Специальные-способы литья".

Апробация работа: Материалы диссертации докладывались и Осуждались на научных семинарах кафедры МТ-5 МГТУ им.Н.Э.Баумана в 1968, 1989, 199С г.г.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 3 статьи. ч

Объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, б глав, обвшх выводов и приложений. Содержит страниц машинописного текста, 8 таблицы, 45 рисунков, список литературы

из 393 наименований, приложений на Ш страницах.

/

Основное содержание работе

I

Во ¿ведении обоснована актуальность работы и ее 'Цель, изложены научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

Глава I посвяшена анализу состояния вопроса и обоснованию выбора цели и задач исследования.

Выбор литья по выплавляемым моделям как способа изготовления волноводов, показал, что в производстве значительная часть с ливо1 волноводов г '^.ет точность размеров по 14-17 квалитету СТ СЭВ 144-75, что не соответствует технологическим требованиям, В МГГУ им.Н.Э.Баумана разр ботан технологический процесс иэг т -вления тонкостенных алюминиевых отливок, обеспечивающий получение волноводов, имеющих сравнительно простую конфигурация каналов, типа "прямой волновод", "радиусный изгиб", с точностью размеров по 12 квалитетам СТ СЭВ 144-75, что решает проблем их получения без последующей механической обработки. Однако при изготовлении волноводов со сложными разветвленными каналами типа "уголковый гзгиб" или "тройник", использование данного способа затруднено. Дьй формирования таких сложных полостей в производстве применяются карбамидные гигроскопичнее стержни, оформлявшие полость модели, или предварительно изготовленныь керамические и подобные им стержни, оформляюдие непосредственно полость отливки. Несмотря на ряд преимуществ керамических стержней перед оврйадяама они не нашли еше широкого применения в промышленности из-за трудностей, возникающих пр. их изготовлении и сравнительно низкой точности размеров.

Анализ литературы показал, что среди известных способов изготовления стержней для получения каналов волноводов наиболее приемлемым является Шоу-процесс. Использование данного процесса в производстве сдерживается прежде всего его нестабильностью.

Вопросы, связанные с повышением стабильност" Шоу-прэцесса на этапе отверждения керамической суспензии, решались в работах Хмелева Ю.Г.Фирсова В. Г. и др., что позволило сделать его более надежным и управляемым, обеспечить необходимые эксплуатационные свойстг1 стержней и форм. Однако более жесткие требования к производительности процесса изготовления керамических стержней, точности юс размеров и раз^прочняемости при получении волноводов, вызвало необходимость дальнейшего совершенствования Шоу-процесса. Особое значение при этом имеет получение с помощью керамических стержней точных размеров каналов, поскольку этот параметр во многом определяет качество' волноводов.

Формирование размера и погрешности размера канала отливки

с использованием керамических стержней происходит при изготовлении стержня в прасс-форые с по' едуюашм удалением из него влаги во время суинг• и прокаливания, а также при получении канала отливки в процессе заливки, пс "вдувшего сс. лестного охлаждения и выбивки стержня из отливки.

Результаты предварительного промышленного опробования показали, что наибольшая доля изменения размера и '-накопление его погрешности ароисходит в процессе усадки стержня в пресс-форме и последующей сушки. Множество факторов, влиявших на величину усадки стержней обусловили то, что существующие закономерности формирования рпмеров стержней достаточно сильно отличаются друг от друга и не позволяют ни одну из них использовать как универсальную.

Обзор литературы по формированию талера стержня и канала отливки в условиях их термосилового взаимодойстгия показал, что влияние данного процесса проявляется главным образом для сплавов с высоким модулем упругости при усадке на жесткий стержень. При этом трудности, возникающие при определении размера и напряженного состояния в условиях реального технологического про-цс за, а также слогность создания математических моделей, в полной мере отражавших тепловые и силовые процессы взаимодействия стержня и отливки оставляют данный вопрос во многом открытым.

На основании анализа работ были сформулированы задачи диссертационной работы:

1. Разработать процесс изготовления ле.коудаляемых зра-мических стержней, удовлетворявший требованиям производства волноводов.

2. Изучить закономерности формирования размеров стержней при их получении а пресс-форме, сушке и чрзкалкя"чии.

3. Произвести оценку влияния термосилового взаимодействия стержня и отливки на конечный размер ее канала.

4. Разработать метод расчета размеров и допусков на размеры рабочих полостей пресс-форм, обеспечивающих заданную точность размеров каналов отливок и устранение операции доводки лресс-форы.

Глава 2 посвящена разработке технологического процесса изготовления легхоудаляемых керамических стержней, формирующих каналы волноводов при получении их литьем по выплавляемым мо-4

деля.м.

Выбрав в качестве базового Шоу-процесса, с учетом рекомендаций, приведенных в работах Иванова Б.Н., Зареикой Г.М., Хмелева Ю.Г. и др., связующ»! керачиче'. ;ой суспензии использовали : •дрол"Зованный распор этилсиликата (ГРЭГС), а за основу наполнителя при соотношении в нем вылевидной/ зерновой фракций 60/40% масс, приняли кваргевые огнеупоры. Для облегчения удвде -ния стержней из каналов алюминиевых отливок использовали рдь-^п-рочняющуга добавку, выбор которой с учегоы н/-дефицитности , невысокой стоимости, растворимости и других свойств, показал, что данному комплексу требований лучшим образом отвечает гипс. Применение гипса строительных парок, содержащих щелочные примеси, позволило использовать его также как гелеобразователь суспензии, обеспечивающий высокую стабильность отверждения. ■

Указание в работах Кестнер 0,Е,, Дудаля E.H. и др. h<* необратимую усадку гипсовых стержней и форм при прокаливании, а также отсутствие необходимых данных по изменению размера керамических стершей, содержащих полу гидрат гипса и кварц, в процессе их прокаливания заливки и охлаждения, потребовали проведение дилатометрических и термографических исследований гипсо-кзарцевнх составов при двойном цикле нагрева-ох зждения. > Измерение размеров образцов керамических смесей при нагре-- ве провопили на дилатометре ДШ-2 по стандартной методике, используя для контроля изменения длины образцов измерительную систему 234 завода "КалиОр" с точностью i 50 мкм. Температуру измеряли термопарой град.Ш с точностью - 2°С. Запись изменения длины и температуры осуществляли на предварительно тарированном самопишущим потенциометре типа КСП-4 класса 0,25. Термографические исследования смесей производили на дериватографе(Х-1500£\

Дилатометрия образцов при повторном нагреве до 800°С и их после уюшэм охтчждении показали, что кривые изменения размера имеют в этом случае линейный без неоокатимой усадки характер, а изменение соотношения кварца и гипса в составе керамики практически не отражается на величине температурного коэффициента линейного расширения сжатия (ТКЛР) керамики в интервале температур от 20 до ?50°С. Термографический анализ также подтвердил, что изменений при нагреве до 800°С а смесях не наблюдается. Подученные результаты позволили установить приемлемую максимальную

температуру прокаливания гипсскварцевой керамики (800°С) и послужили основанием для использования в составах стержней предварительно прокале! чого гипса.

Сравнение дилатометрически" характеристик образцов, содержащих 40 и 60% гипса в наполнителе показало, что вели'чна необратимой усадки для непрокаленногс, гипса составляла соответственно 0,18 и 0,5%, а для прокаленного 0,02 и 0,12t. Таким образом, предварительное прокаливание гипса позволило в значительней степени уменьшить необратимую усадку керамики при прокаливании до 800°С, стабилизировать ее ТЮ1Р, и за счет этого обеспечить требуeMi > точность стержней.

Выбор оптимальн: го количества гипса в составе керамики производили с учетом ее разупрочняемости noce ?<шивки, при выдержке в воде и нагрузок, действующих на ^ержни при запрессовке модельного состава и транспортировке. Прочность керамики определяли предельными напряжениями при испытании на изгиб. Испытания на разрывной машине FP-IO/I проводили при температуре от 20 до 22°С после основных операций процесса. Результаты этих испытаний и промышленного опробования процесса позволили опре-де..лть кинетику изменения прочности от аэрации к операции и оптимальное содержание гипса в наполнителе (от 40 до 60%), обеспечивавшее как необходимую прочность при запрессовке модельного состава « 1,4-1,7 МПа), ¡гак и удаление стерзней из кана-

лов отливок на вк ростенде в течение 5-10 мин после 30-60 мин выдержки в воде ( gJJÎ » 0,6-0,75 Мпа).

Использование гипса в качестве гелеобразователя суспензии потребовало, в cíjo очередь, выбора состава ГРЭТС, обеспечивающего время затвердевания суспензии в пресс-форме в прсделех 5-15 шн. Исследование длительности геявИразова». я ГРЭТО ¡^низводили на стандартных пробах по 20 и 20 мл для растворов с условным содержанием 5tQ| 20 и 30% при изменении количества воды для гидролиза H or 0,3 до 0,8. Результаты исследований показали, что при одинаковой чувствительности (склонности к огели-ваюио) растворов с 20 и 30$ $uOj • последние имели лучшие технологические и эксплуатационные свойства (живучесть раствора, прочность и усадка керамики и т.д.). Поэтому с учетом стабильности свойств был выбран ГРЭТС с 30? $VÛ| и H » 0,45, затвердевавший под действием гипса в течение 17-22 мин. '

- Для ускорения и стабилизации процесса гелеобразования применяли нагрев пресс-формы, предварительно проведя серии экспериментов по влиянию температуры на время гелеобразования. В ре-, зультате было установлено, что при лагреве ГРЭТС от 25 до 70°С "коро'ть его затвердевания возрастала в 3,3-4 раза, а различие во времени твердения для составов с соотношением ^рипса^ГРЭТС от 0,25 до 2,0 уменьшалось от 40 до 9 мин. С учетом выбрши эг количества гипса и особенностей процесса, определен оптимальный интервал температур нагрева пресс-формы от 40 до 60°С, обеспечивавший отверждение суспензии в течение 5-10 мин.

Формирование механических свойств керамических стержней" в значительной мере происходит после их извлечения из пресс-формы при удалении жидкой фазы в ходе сутки или горения. С целью определения раи-онального способа обработки стершей проведена оценка их влияния на прочностные характеристики стержней, которая показала, что быстрая эвакуация растворителя при высокоскоростных способах сушки приводит к значительному снижение прочности стержней и короблению. Среди замедленных способов лучшие результаты по прочности и шероховатости поверхности стержней были достигнуты при их вьдоржке в воде с последующей сушкой на воздухе. Однако неравномерность гидратации гипс при его взаимодействии с водой и последующая значительная усадка стержней при прогуливании, явились причиной снижения их точности, в связи с чем, в качестве основного был принят способ сушки на воздухе, обеспечивающий, по сравнению с горением, устранение коробления и болыцув прочность стержней. Было определено, что начальный период удаления жидкой фазь, сопровождающийся уг-дкой керамики, необходимо проводить замедленными способами сушки, после чего Бйэ снижения механических сво1. .¿в стержней можно использовать ускоренные способы. Удаление стершей из нагретой пресс-фор-м умет ;ает склз"чость к образованию трчайн на их поверхности, за счет увеличения влагопроводности материала стержней, которое обусловлено образованием положительного температурного градиента в поперечном сечении стержней.

В главеЗ приведены результаты исследовани-: усздки керамических стер-дней во время их выр^ржки в полости пресс-формы и последующей суаки на воздухе, а также изменения массы стержней в процессе сугаки.

/

Для определения изменения Размера керамического стержня при его формировании в пресс-форме и сушке разработан и изготовлен измерительный ;генд, позволяющий контролировать размер и температуру образца как в полос.- пресс-форм.., так и вне ее в условиях, соответствующих реальному технологическому процессу. Измерительный стенд оснашен приспособлением для дозирования и запрессовки составов в полость пресс-ф">рмк, закрепленной на подвижной каретке, удлиненным подвижным итоком, и резиновыми уп этнениями, для предотвращения выжимания при запрессовке жидкой фазы. Нагрев и поддержание температуры пресс-формы осу-тест. лялось ульчратермостатоы с точностью - 0,5°С. Контроль за размером образца про», водился при помощи измерительной системы модели 234 завода "Калибр". Измерение температуры - при помощи хромель-копелевой термопары. Регистрам - изменения размера и температуры осуществлялась в автоматическом режиме на приборах КСП-4 класса 0,5. Максимальная температура пресс-формы составляла Ю0°С, диапазон измеряемых перемещений - от 0 до 3000 мкм, точность измерения температуры - - 2°С, точность измерения размера - - 50 мкм. Наличие запрессовочкого приспособления поьноляло последовать составы с повышен й начальной вязкостью.

Измерение масс стержней в процессе сушки осуществлялось взвешиванием контрольных образцов на весах ВЖ-500г-1! с точность» £ 0,01 г.

остановлено, что при выдержке стержней в прзса-форме наглодается их усадка, вызванная синереаисом геля связушеп , величина которой зависит от скорости гелеобразования и длительности выдержки сгаржнвй в пресс-форме. В ходе экспериментов время вцаершеи изменяли от 20 до 180 мин, что вызвало различную усадку стержней пере," их удалелием ы П1>усс-ф>р«а. Однако .44 значении полной усадки эта разница практически не отразилась, что позволило сделать вывод о незначительном влиянии гелеобразования на величину конечной усадки керамических стержней.

Отсутствие систематизированных данных по усадке керамики во время удаления жидкой фазы при использовании в качестве связующего ГРЭГС на органические растворителях, вызвало необходимое ь определить влияние данного фактора на усадку применительно к разработанному процессу. Результаты измерений показали, что зависимость усадки Ь от количества испарившейся жцокой

фазы - имеет в основном линейный характер и может быть представлена формулой: . .

где: Кис - коэффициент усадки, характеризупзшй ее интенсивность в зависимости от потери жидкой фазы;

КэбВ - коэффициент испарения, определяющий часть влаги,

которая удаляется при сушке из связуюшего {ГРЭТС);

О» - исходное содержание ГРЭ'ТС в суспензии ;

В - часть ГРЭТС, фактически не участвующая в усадке. При прочих равных параметрах процесса изготовление стержней (состав наполнителя, температура пресс-формы и т.д.) значение Кч®, Код и в « изменением в пределах от 20 до 22,5$ оставались постоянными, что подтвердило линейный характер зависимости

Так как для разработанного процесса содержание ЗШ^ в связующем растворе и способ сушки имеют непссредстсенную связь с технологией изготовления и эксплуатационными свойствами стержней, данные факторы в ходе экспериментов не изменяли, выбрав в качестве переменных параметров фракционный сослав наполнителя и температуру пресс-формы» В результате исследований было установлено влияние указанных параметров на значение и & .

Использование наполнителей с соотношениями пкл./зерн. фракций 40/60, 60/40 и 80/20 % (величиной удельноГ поверхности

соответственно 145, 232 и 280 ;.1^/кг), показало, что с увеличением количества пылевидной фракции пропорционально возрастает , обеспечивающее суспензии необходимую технологическую подвижность, I также величина Кц* • Зависимости Киса и имел»! более г южный близкий к параболе вид, с точками минимума при ■ 200 и 207 и /кг, что, очевидно, связано с характером изменения адсорбции геля ГРЭТС и плотности упаковки наполнителя.

Влияние нагрев;., пресс-форш на величину усадки оиеннзали в интервале температур пресс-формы от 20 до 70~С, Розличия усадки имели место в первые 5-7 мин, когда после извлечения стержней иэ пресс-форш они охлаждались до комнатной температуры. Это соответствовало около 15£ всей нспаргашейся влаги я существенным образом не отразилось на значении , Киса и упадка в целом.

В главе 4 по результатам решения на ПЭЕМматеиатической модели термосилового взаимодействия стержня с отливкой (термодинамической и деформационной задач), произведена оценка влияния термосилового взаимодействия на размер канала отливки при ее затрудненной усадке. Аначиз силового взаимодействия при помощи ' номограммы формирования натяга для тонкостенных алюминиевых отливок при литье по выплавляемым моделям показал, что обиая величина натяга определяется температурой стержня в момент начала линейноЧ усэдки отливки (Т„_ „„,,), которая пропорциональ-

п. Л ..у •

на т( 1ературе стержня перед заливкой (Хст 3;, а различие натягов, которое образуется при изменении Тот , реализуется в интервале температур, соответствующих максимальному прогре у стершей (Тст макс).

Задача определения деформаций стержня и отливки при наличии между ними натяга является классической, однако решить ее аналитически невозможно, что обусловлено упруго-пластическим состоянием отливки, неосесимметричностью тел, нестаии: ¡арностью процесса (тела меняют свои размеры во времени), и поэтому требует использования численных методов,среди которых одним из наиболее эффективных и хорошо разработанных является метод конечных элементов (ЖЭ).

Решение задачи теркосилового взаимодействия отливки волновода со стержнем, оформляющим ее канал, осуществлялось на ПЭВМ EC-I84G с использованием пакета пшкладных прогрели: разработанного в МГТУ ж.Н.Э.Баумана и предназначенного для анализа термодинамической (программа TERM01) ) и деформационной (программа DF. 5-0RM) задач в плоской постановке.

Для решения нестационарной задачи численными методами ее свели к ряду стационарных. Весь интервал термосилового взаимодействия стержня и отливки был разбит на ряд шагов и для каждого шага, размеры определяли сначала в зависимости от температуры без учет- силового взаимодействия, пс:;ле чего решая деформационную задачу находили реальный размер. Таким образом определяя дьикение границы стержня и отливки по мере их охлаждения находили конечный размер отливки при совместном деформировании. Выбивка стержня из канала отливки равносильна ее разгрузке.

Программой TERM0D производится определение значений температур в узлах при метении системы линейных алгебраических

уравнений полученных преобразованием дифференциального уравнения нестационарной теплопроводному при заданных граничных, условиях. Подготовка файла исходных данных включает разбиение поперечного сечения на конечные элементы, эйод граничных условий задачи, характеристик материалов, коэффициентов конвекции, теплопроводно"^« и т.д. 3 результате выполнения программы получается файл, содержащий информация о значениях температур в узловых точках в каждый из моментов времени, соответствующих выбранному интервалу интегрирования и шагу по времени.

Определение перемещений в узлах, осуществляется при помощи программы DEFORM, созданной в соответствии с вариантом ШЭ, основные положения которого с учетом специфики решения данной задачи изложены в отдельном раздало диссертации. В частности, построена конечно-элементная модель упругой плоской деформацииt при помощи метода невязок решена физически нелинейная задача упруго-пластической деформации отльаки.

В каче *ве исходных данных для заду ска программы DEFORM используют характеристики материалов, граничные условия и результаты, полученные при решении прогр&мш TtRMOD . После выполнения программы DEFORM получают файл, содержащий информацию о смешении узловых точек в направлении X и У.

Относительно высокая сложность задач потребовала оптимизации расчетов. Сходство условий силового взаимодействия между стержнем и отливкой при различных значениях темпер туры стержня перед заливкой, позволило ограничить количество вариантов расчета по данному параметру тремя: Тст 3 ■ (20 , 200, 400)°С. При решении термодинамической задачи продолжительность интервалов расчёта я лагов по времени выбирали в соответствии со скоростью охлаждения тел, а при решении деформационной задачи границы температурных интервалов для всех случаев IQT 3 при совместном охлаждении отливки и стержня были выбраны одинаковыми, что существенно сократило обмее количество расчетов.

Сравнение результатов решения термодинамической задачи с результатами экспериментов, полученными при иослийнэм термомет-рировании форм литья по выплавляема моделям, показало, что различие между ними во всех случаях не повышает и подтвердило возможность использования .результатов теплового расчета для решения упруго-пластической задачи.

По результатам деформационных расчетов определены абсолютные перемещения внутренней и внешней границы отливки на основных этапах процесса, а также значения относительного обжатия стержня при затрудненной усадке, относительного изменения размера отливки при' выбивке стержня и реализации усадки отливки Результаты расчетов показали, что обжатие стержня отливки при прогреве стержня до Тст мако происходило лишь в случае Тст 3 = =20°С. 3 то же среыя характер и величина деформаций стержня и отливки при их совместном охлаждении для всех трех значений Тст 0 были приблизительно одинаковыми. Так, при изменении Тсг 3 от 20 до 200°С величина обжатия уменьшалась в 1,36-1,44 раза; при дальнейшем увеличении до 400°С практически не изменялась.

На величину деформации в значительной мере влияла конфигурация отливки в поперечном сечении. При этом наиболее нагруженными и сжатыми оказались углы стержня, где относительное обжатие к концу охлаждения составляла 0,055-0,06%, тогда как в середине сторон деформация изменялась от 0 до 0,0346%. После удаления стержня из полости отливки, деформация разгрузки прибли-' зительно в 1,25 раза превышала вел/чину обжатия стержня. Средняя по длине суммарная деформация канала отливки пол влиянием силового взаимодействия, составила для протяженной стороны 0,054$ при различии между краем и серединой 0,1205?. Для короткой стороны эти значения равнялись соответственно 0,11 и 0,0328^ Применительно к прямоугольному "еченив какала волновода 15хЗомм среднэе изменение размера 15 им составило 0,0085 мм, при разнице 0,0192 км. Для стороны 35 мм эти значения равнялись соответственна 0,04 и 0,011 мм. Величина суммарной деформации отливка составляла 6-14% от натяга (разница усадки отливки и стержня) и соответствовала литературным данным.

Таким образом, влияние силового взаимодействия отражается прежде всего на неравномерности изменения размера канала по периметр , что необходимо учитывать при назначении'допуска на рабочий размер оснастки. В то же время среднее по длине сторон 'изменение размера в результате сжатия стержня и реализации накопленных в отливке упругих напряжений не превышает 0,11$, что составляет около от обше'го изменения размера и в расчетах при назначении рабочих размеров оснастки во внимание может не приниматься.

В главе 5 приводится метод расчета размеров и допуска на размер прем:.,-форма для изготовления керамических стерунеЯ, который позволяет свести к минимуму систематическую погрешность размера канала отливки и устранять необходимость в доводке пресс-форм. Основой для создали метода послужили результаты эк^периментчльш... иееледсроняй изменения размера керамического стержня и расчета размера канала отлиэки, формирующегося в условиях затрудненной усадки.

На языке ЗОРТРАН-77 была разработана программа "Расчет размеров и допусков на размеры пресс-форм для изготовления керамических стержней", исходными денными для которой являются размер отливки по чертежу» параметры процесса, а также'их отклонения от номинальных значений. После выполнения прегр&мш создает файл, в котором, помимо рабочих размеров пресс-форм и допусков на них, приводятся доли влияния этапов и параметров процесса в суммарном относительном изг.„нении размера и относительной погрешпти общего гередаточкого коэффициента, что позволяет в случае необходимости дат? рекомендации по изменении процесса с целью корректировки размеров отливки и повышению их точности.

Определение указанных величии применительно к разработанному технологическому процессу показало, что при средней суммарной усадке =■ 1,54$ и общем передаточном коэффициенте К = 0,9846, основная доля изменения размера' - от 80 до 9<$ происходит при сушке от 5 до 185» при прокаливании стержня. В свою очередь накопление погрешностей с учетом деформаций попречнзго сечения отливки на 64-75$ обусловлено отклонениями содержания жидкой фззы в суспензии* и в меньшей мере колебаниями других фат ¿ов: те! зратуры пресс-форм - 7-11%, удельной поверхности фракционного состава наполнителя - 4-7% и т.д.

Результаты расчета показали, что одним из основных условий получения точных каьалов отливок при использовании керамических стержней является постоянство содержания жидкой фазы в суспензии, а это, в свою очередь-, обеспечив1ется как высокой точнос-тьо дозирования компонентов, так и контролем состава суспензии перед использованием. Наиболее простым и надежным способом контроля является, определение содержания твердой и жидкой фазы в суспензии по ее плотности. На языке 20РТРАИ-77 разработан! прог-

1а

ракма "Определение к коррекция состава суспензии", позволяющая по плотности исходной суспензии установить ее состав и, в сду-чад, если он отличается от заданного, сделать рекомендацию по его изменения).

3 главе G лр/.водятся результаты промышленного опробования процесса изготовления легкоудаляемкх керамических стержней с последуюлим получением по нш в процессе литья по выплавляемым моделям волнсьодных узлов трех наименований со сложной конфигурации каналов. Керамические стержни получали в сооп ¡етствии с разработанной технологией эглресеовяой суспензии в нагретую до 50¿5aC металлическую пресс-форду. После удаления стешн~й из оснастки и сушки на воздухе, стержни устанавливали в полость пресс-формы для изготовления выплавляемых моделей. Дальнейшие операции соответствовали стандартному процессу литья по выплавляемым моделям. Выплавлениз моделей из ферм производили в среде горячего воздуха при температуре 150-20°С, про калив ан:- - форм в опокях с применением опорного материала при температуре 750±50°С. ¿зрмк заливали сплавом АЛ9 при температуре расплава 720-20QC. После охлаждения формы на 30-S0 мил помешали в воду, а затем на вибрсстенде з течение 5-10 мин очищали отливки от кер^ики.

В ходе опробования производили измерения размеров пресс-форм конпеси.'-я :.!ераыи с точностью 0,001 ь"м,стержней - микрометром с точностьío 0,005 ¡.ж, каналов отливок - штангенциркулем с точностью 0,05 ja!. Статистическая обраС^гка результатов измерений показала, что среднее изменение размера (усадка) стержней при сушке составила I.3S при расчетной 1,43^, а изменение размера пря прокаливании и заливке 0,3% при расчетной 0,27$, т.е. изменение размеров стержней,« отливок с погрешностями порядка 10^ сс'ответсгьовало расчетному. Точность размеров пресс-форм находилась в пределах 8-9, стержней 11-13, отливок 12-14 квалитетов СГ СЗЗ т'4-75. Достагвдтая точность отливок отвечала требованиям к точности деталей по чертежу. Ожидаемый экономический эф-фвкт от внедрения технологического процесса изготовления волноводов с использованием легкоуделяемых керамических стержней в ргсчете на годовую программу (по состояний на 1989 г.) составляет 5134,, 5 руб. .

Обшие быв оды

1. Разработан технологический процесс изготовления легко-удаляемых керамических стержней дан оформления сложных полостей в алюминиевых отливках. Использование в качестве разупрочиненого и гелеобразу;.^его компонента керамической суспензии предварительно проваленного строительного гипса э сочетании с нагреасм пресс-формы позволило:

- повысить скорость и стабильность процессе. отвор;::декия суспензии 8

- уменьшить вероятность образования треаин на поверхности стержней при их сушке на воздухе ;

- устранить необратимую усадку гипсокварцевоП керамики пои прокаливании, стабилизировать ее ТШ1? и за счет его га повыпкгь точность размеров стержней и каналов отливок.

2. С помоиью разработанного измерительного стенда установлены закономерности изменения размеров керамических стершей при

их изготовлении в зависимости от состава материалов стержня и режимов процесса. Определено, что при выдержке стержней е полости- нагретой пресс-формы происходит усадка стер-чей, обусловленная синерезисом геля евдзугаего и практически не влияющая на значение полной усадки, которая для выбранного техлроиесса определяется содержаг ем в суспензии жидкой фазы, фракционным составом наполнителя и температурой пресс-формы.

3. Разработаны физическая и математическая модели гсшосило-вого взаимодействия применительно к технологическому поо'Лессу изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям с использованием керамических стержне^.

В результате решения на П-ЭХ." математической модели тармсск-лового взаимодействия стержня с отлнзкой (термодинамической и деформационной задач в плоской постановке) установлено, что при заа^дешм усадки тонкостенных алюминиевых отливок с прямоугольным сечением канала влияние силового взаимодействия отражается прежде всего на неравномерности изменения размбрз (деформации) канала по периметру - от 0,032 до 0,128 % или от 0,011 до 0,019 мм при допуска на размер ¿0,15 мм и в меньшей степени ка измерении среднего размера канала от 0,054 до 0,11 75, что составляет менее от общего изменения размера.

4. Установлено, что конечный размер канала отливки при затруднении усадка формируется по стержню и фактически соответствует размеру стертая перед заливкой.

5. Разработан и реализован в виде программы метод расчета размеров и допусков на размеры пресс-формы для изготовления fr-рамических стержней, оформляших полости алдаиниовых отливок, который учитывает особенности формирования размера на этапах сушки, прокаливания стержней, залилки и охлаждения отливки и позволяет в значительной мере уменьшить систематические погрешности размеров каналов отливок, устранить доводку пресс-форы, а также определить величину случайных погрешностей в зависимости от параметров по- эсса.

6. Технологический процесс изготовления литьем по выплавляемым моделям алюминиевых волководных узлов со сложной конфигурацией каналов прошел п^г.ъяялеинэе опробования на НПО "Бык-пол" . Статистическая обработка измерений пресс-форм, стержней и каналов отливок трех наименований показала, что изыеь.-ния размеров с погрешностями порядка 10% соответствовали расчетному,

а достигнута« точность каналов отлиеок находилась в пределах 12-14 квалитетов CT СЭВ 144-75 и отвечала требования?' по чертежу . Ожидаемый экономический эффект за счет использования керамических стеряней в расчете на годовую программу по состоянию на Юсй г. составил 5134,5 руб.

Основное содержание диссертации сражено в следующих работах:

1.Юеилов P.S., Коробейников К.А. Использование гипса в составе легкоудаляеках керамических стержней при по.г чении алюминиевых отливок по выплавляемым моделям / ЫГТУ им.Н.Э.Баумана.-М. ,1990.-3 с. - Дел.во ВШСТЭМР 12.02.90. JP64 - ыш 90.

2. Юсшов Р.&., Коробейников К.А. Разработка технологического процесса изготовления легкоудаляемых керамических стержней длг получения сложных разветеяенк« полостей в алюминиевых отливках литьем по выплавляемы моделям / ИГТУ им.Н.Э.Баумана. - М., 1990.- 6 с.-Деп. во ВДИТЗИР 12.02.90. »65 - т 90.

3. Рыбкин i.A., Коробейников К.А. Расчет размеров полостей алюминиевых отливок, получаемых с использованием керамических стержней // Методы контроля и исследования в производстве отливок по выплавляемы*- моделям: Материалы научно-технического семинара ВДШ1. - М., 1092. - С. ?о-с>4.

16