автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка способа изготовления легкоудаляемых керамиеских стрежней для литья по выплавляемым моделям сложных алюминиевых волноводов заданной тонкости

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

им. Н.Э.Баумана

На правах руке -\и-ч

Коробейников Константин Алексеевич

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОУДАЛЯЕМЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ

стержней для литья по выплАвляРмым моделям сложных алюминиевых волноводов заданной томности

16.^4. - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Москоьои-м ордена Ленина, ордена Октябрьской революции и ордена 'Трудового Красного Знамени государственной техническом универсш ,-о имени Н.о.Зауыана.

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

Официальные оппоненты: доктор технических наук Кац ЭЛ.

кандидат технически:- наук, доцент Озеров Ь.А.

Идущее предприятие: :. ЫШЛДТМАШ 1

I

Защита состоится " 1992 г. на заседании

спец/*>лизир занного Совета К ОоЗ. 15.13 в Московском государственном техническом университете имени Н.Э.Баумана по адресу: 1070013, Москва, Б-Ь, 2-я Бауманская ул. Д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке 'ЧТУ. Баш отзыв на аьтореферат в одном экземпляре, заверенной печатью, просии выслать по указанному адресу.

Автореферат разослг.н "___1992 г.

УчЭШ оаСРЕГАРЬ специализированного Совета,

кандидат технических' наук, доцент [Ы^3^! И.и.

Тип. ¿'¿17 л:. Н.с.Бауз.;ана, тир. экз., заказ № ¿Ш-оСьеи 1,0 н.л. Подписано к печати " ? " _ 1992 г.

Актуальность темы:

Перспективным способом изготовления волноводов из алюминиевых сплавов, деталей радиозлектр'чной промышленности, к ко-" тс рым предъявляются высокие требования по точности размеров каналов япляется лить», по выплавляемым моделям. Работы, выполненные в МГТУ им.Н.Э.Бцумана в области исследования, формирования точности размэров отливок, позволили I. ¡'•отовлять волноводы с линейными и радиальными каналами по 12 алитету точности без последующей механической обработки. Однако ..ри изготовлении волноводов со сложными разветвленными каналами использование данного процесса осложняется рядом причин. Формирование таких сложных полостей в п^изводсгве осуществляется гигроскопичными карбамидными ити керамическими стержнями. Использование кераии-ческих стсржн-,., более перспективно, но сравнительно низкг: ; точность размеров стержней, в частности п Шоу-процессу, сдерживает их широкое применение. Решение задачи обеспечения точности размеров отливок волноводного класса со сложными разветвленными каналами, получаемыми по выплавляемым моделям с использов^ нием керамических стержней, являете*, актуальной, т.к. способствует улучшению характеристик радиоэлектронной аппаратуры, повышает производительность труда за счет устранения механической обработки каналов волноводов.

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

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

2. Установлены закономерности изменения размеров керамических стершей 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 я фактически соответствует размеру стержня перед заливкой.

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

2. Сконструирован, изготовлен и эксплуатируется измерительный стенд, позволяющий в условиях соответствующих р"альному технологическому процессу проводить исследований изменений размеров и температуры образцов из керамических модельных и других как жидкотекучих, так и вязкопластичных самотвердеющих составов.

3. Разработан представлен в виде программы метод расчета размера и допуска на ррэыер 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 разк ра стержней с применением измерительного ?ецда внедрен в учебный процесс и испопьзу-ется при выполнении лабораторных работ г;о курсу "Специальные-способы литья".

Апробация работы: Материалы диссертации докладывались и Осуждались на научных семинарах кафедры МТ-5 МГТУ им.Н.Э.Баумана в 1988, 1989, 199С г.г.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 3 статьи.

Объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов и приложений. Содержит страниц машинописного текста, 8 таблицы, 45 рисунков, список литературы из 403 наименований, приложений на страницах.

Основное содержание работы

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 ливо! волноводов г "чет точность размеров по 14-17 квалитету . СГ СЭВ 144-75, что не соответствует технологическим требованиям. В МГТУ им.Н.Э.Баумана ра^ ботан технологический-процесс изг ^т -вления тонкостенных алюминиевых отливок, обеспечивающий получение волноводов, имевших сравнительно простую конфигурации каналов, типа "прямой волновод", "радиусный изгиб", с точностью размеров по 12 квалитетам СТ СЭВ 144-75, что решает проблему их получения без последующей механической обработки. Однако при изготовлении волноводов со сложными разветвленными каналами типа "уголковый гзгиб" или "тройник", использование данного способа затруднено. Дкй формирования таких сложных полостей в производстве применяются карбамидные гигроскопичнее стержни, оформляющие полость модели, или предварительно изготовлен««, керамические и подобные им стержни, оформляюпие непосредственно полость отливки. Несмотря на ряд преимуществ керамических стержней перед порёззджзин они не нашли еихе 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-процесса 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 свойстг •> стержней и форм. Однако более жесткие требования к производительности процесса изготовления керамических стержней, точности их размеров и разупрочняемости 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 пресс-форме с по' едушим удалением из него влаги во время сушк' и прокаливания, а также при получении канала отливки в процессе заливки, пс "едущего ас местного охлаждения и выбивки стержня из отливки.

Результаты предварительного промышленного опробования показали-, что наибольшая доля изменения размера и скопление его погрешности происходит в процессе усадки стержня в пресс-форме и последующей сушки. Множество факторов, влияющих 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 тз..:ера стержня и канала отливки в условиях их термосилового взаимодействия показал, что влияние данного процесса проявляется главным образом для сплавов с высоким модулем упругости при усадке на жесткий стержень. При этом трудности, возникавшие при определении размера и напряженного состояния в условиях реального технологического про-|Д£ за, а также слогность создания математических моделей, в полной мере отражающих тепловые и силовые процессы взаимодействия стержня и отливки оставляют данный вопрос во многом открытым.

На основании анализа работ были сформулированы задачи диссертационной рабты:

1. Разработать процесс изготовления ле» ¿«¡удаляемых эра-мических стержней, удовлетворяющий требованиям производства волноводов.

2. Изучить закономерности формирования размеров стержне^ при их получении в пресс-форме, сушке и прокалил"чии.

3. Произвести оценку влияние термосилового взаиь.идействия стержня и отливки на конечный размер ее канала.

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

Глава 2 посвяшена разработке технологического процесса изготовления легкоудаляемых керамических стержней, формирующих каналы волноводов при получении их ли?ьем по выплавляемым мо- . 4

делян.

Выбрав в качестве базового Шоу-процесса, с учетом рекомендаций, приведенных в работах Иванова В.Н., Зарепкой Г.М., Хмелева Ю.Г. и др., связующим керамиче!..;ой суспензии использовали ' 'дрол'*зованный распор зтилсиликата (ГРЭТС), а за основу наполнителя при соотношении в нем вылевидной/ зерновой фракций 60/40% масс, приняли кваргевые огнеупоры. Для облегчения удале ния стержней из каналов алюминиевых отбивок использовали {Ai^n-рочняюцую добавку, выбор которой с учетом н^чефицитностп , невысокой стоимости, растворимости и других свойств, показал, что данному комплексу требований лучшим образом отвечает гипс. Применение гипса строительных парок, содержащих шелочные примеси, позволило использовать его также как гелеобразователь суспензии, обеспечивавший высокую стабильность отверждения. .

Указание в работах Кестнер 0,Е,, Дудаля E.H. и др. на необратимую усадку гипсовых стержней и форм при прокаливании, а также отсутствие необходимых данных по изменении размере - керамических стержней, содержащих полугидрат гипса и кварц, в процессе их прокаливания заливки и охлаждения, потребовали проведение дилатометрических и термографических исследований гилсо-кзарцевых составов при двойном иикле нагрева-ох хждения.

Измерение размеров образцов керамических смесей при нагреве провочили на дилатометре ДКВ-2 по стандартной методике, используя для контроля измрнения длины образцов измерительную систему 234 завода "КалиОр" с точностью - 50 нкм. Температуру измеряли термопарой град.ПЛ с точностью - 2°С. Запись изменения длины и температуры осуществляли на предварительно тарированном самопищушим потенциометре типа КСП-4 класса 0,25. Термографи-чаские исследования смесей производили на дериватографей-1500^.

Дилатометрия образцов при повторном нагреве до 800°С и их после уюшем ох.>"цкденаи показали, что кривые изменения размера имеют в этом случае линейный без нео&ратимсЯ усадки характер, а изменение соотношения кварца и гипса в составе керамики практически не отражается на величине температурного коэффициента линейного расширения сжатия (1КЛР) керамики в интервале температур от 20 до 750 С. Термографический анализ также подтвердил, что изменений при нагреве до 800°С з смесях не наблюдается. Подученные результаты позволили установить приемлемо максимальную

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

Сравнение дилатометрически" характеристик образцов, содержащих 40 и 60% гипса в наполнителе показало, что вели- 1на необратимой усадки для непрокаленного гипса_составляла соответственно 0,18 и 0,5$, а для прокаленного 0,02 и 0,12>. Таким образом, предварительное прокаливание гипса позволило в значительная степени уменьшить необратимую усадку керамики при прокаливании до 800°С, стабилизировать ее ТКЛР, и за счет этого обеспечить требуема i точность стержней.

Выбор оптимальн го количества гипса в составе керамики производили с учетом ее разупрочняемости noce раливки, 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-I0/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 терации к операции и оптимальное содерка«ие гипса в наполнителе (от .40 до 60^), обеспечивающее как необходимую прочность при запрессовке модельного состава (6¡¡£ » 1,4-1,7 МПа), <гак и удаление стердшей из каналов отливок на вк ростенде в течение 5-10 мин после 30-60 мин выдержки в воде ( gJJ » 0,6-0,75 Мпа).

Использование гипса в качестве гелеобразователя суспензии потребовало, в сьло очередь, выбора состава ГРЭТС, обеспечивавшего время затвердевания суспензии в пресс-форме в пределах 5-15 мин. Исследование длительное?:* лел«и1раоова...я ГРЭТВ ^изводили на стандартных пробах по 10 и 20 ил для растворов с условным содержанием 5U)j 20 и 30% при изменении количества воды для гидролиза H от 0,3 до 0,8. Результаты исследований показали, что при одинаковой чувствительности (склонности к огели-ванию) растворов с 20 и ЗС# SlOj , последние имели лучшие технологические и эксплуатационные свойства (живучесть раствора, прочность н усадка керамики и т.д.). Поэтому с учетом стабильности свойств был выбран ГРЭТС с 30% Si,0| я ,Н ■ 0,45, затвердевающий под действием гипса в течение 17-22 мин. 9

Для ускорения и стабилизации процесса гелеобраэования применяли нагрев пресс-формы, предварительно проведя серию экспериментов по влиянию температуры на время гелеобраэования. 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 Мгипса/%рэтс от 0,25 до 2,0 уменьшало'"! от 40 до 9 мин. С учетом выбраш :г количества гипса и особенностей процесса, определен оптимальный интервал температур нагрева пресс-формы от 40 до 60°С, обеспечивавший отверждение суспензии в течение 5-Ю мин.

Формирование механических свойств керамических стержней в значительной мере происходит после их извлечения из пресс-формы г.ри удалении жидкой фазы в ходе сушки или горения. С целью определения р азонального способа обработки стержней проведена оценка их влияния на прочностные характеристики стержней, которая показала, что быстрая эвакуация растворителя при высокоскоростных способах сушки приводит к значительному снижению прочности стержней и короблению. Среди замедленных способов лучшие результаты по прочности и шероховатости поверхности стержней были достигнуты при их выдержке в воде с последующей сушкой на воздухе. Однако неравномерность гидратации гипс ■. при его взаимодействии с водой и последующая значительная усадка стержней при проуливании, 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 большую прочность стержне«. Было определено, что начальный период удаления жидкой фазы, сопровождающийся у^дкой керамики, необходимо проводить замедленными способами сушки, после чего ввз снижения механических сво1. лв стержней можно использовать ускоренные способы. Удаление стержней из нагретой пресс-фор-ы умеш ;ает скло,гчость к образованию тр^шин на их поверхности, за счет увеличения влагопроводкости материала стержней, которое обусловлено образованием положительного температурного градиента в поперечном сечении стержней.

В главе 3 приведены результаты исследована у ездки керамических стержней во время их вы^оржки в полости преос-форш и последующей пушки на воздухе, а также изменения массы стержней в процессе сугаки.

Для определения изменения Размера керамического стергшя при его формировании в пресс-форме и сушке разработан и изготовлен измерительный ;тенд, позволяющий контролировать размер и температуру образца как в полос пресс-форы., так и вне ее в условиях, соответствующих реальному технологическому п^чцессу. Измерительный стенд оснашен приспособлением для дозирования и запрессовки составов в полость пресс-ф^рмьт, закрепленной на подвижной каретке, удлиненным подвижным штоком, и резиновыми уп этнаниями, для предотвращения выжимания при запрессовке жидкой фазы. Нагрев и поддержание температуры пресс-формы осу-шест, лялось ульаратермостатом 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 термолары. Регистраш*" изменения размера и температуры осуществлялась в автоматическом режиме на приборах КСГМ 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 запрессовочного приспособления поьиоляло последовать составы с повышен >й начальной вязкостью.

Измерение масс стержней в процессе сушки осуществлялось взвешиванием контрольных образцов на весах ВЛК-500г-М с точностью ± 0,01 г.

Установлено, что при выдержке стержней в пресс-форме наблюдается их усадка, вызванная синерезисом геля свяауюиадч , величина которой зависит от скорости гелеобразования и длительности выдержки съержней в пресс-форме. В ходе экспериментов время выдержки изменяли от 20 до 180 мин, что вызвало раэличнуп усадку стержней Пере," их удалегцдо ьч щссс-форк . Однако V» значении полной усадки эта разница практически не отразилась, что позволило сделать вывод о незначительном влиянии гелеобразования на величину конечной усадки керамических стершей.

Отсутствие систематизированных данных по усадке керамики во время удаления жидкой фазы при использовании в качестве связующего ГТЭТС на органических растворителях, вызвало необходимо ь определить влияние данного факторе на усадку применительно к разработанному процессу. Результаты измерений показали, что зависимость усадки & от количества испарившейся жидкой

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

Е.» i%.K«ii-(c»-ö)

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

Кэлй - коэффициент испарения, определяющий часть влаги, которая удаляется при сушке из связующего (ГРЭТС);

С К - исходное содержание ГРЭТС 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 Кда Км и В о изменением в пределах от 20 до 22,55? оставались постоянными, что подтвердило линейный характер зависимости

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

Использование наполнителей с соотношениями пкл./зерн. фракций 40/60, 60/40 и 00/20 % {величиной уделькоГ поверхности

соответственно 145, 232 и 280 м^/кг), показало, что с увеличением количества пылевидной фракции пропорционально возрастает С» , обеспечивающее суспензии необходимую технологическую подвижность, с также величина Нц» . Зависимости Кмса и 5« имели более г южный близкий к параболе вид, с точками минимума при ЗуД ■ 200 и 207 м^/кг, что, очевидно, связано с характером изменения адсорбции геля ГРЭТС и плотности упаковки наполнителя.

Влияние нагрев;., пресс-формы на величину усадки опениэали в интервале температур пресс-формы от 20 до 70-С. Различия усадки имели место в первые 5-7 мин, когда после извлечения стержней иэ пресс-формы они охлаудались до комнатной тгаператури. Это соответствовало около 15£ всей испарившейся влаги и существенным образом не отразилось на значении Кщ , Кжа и ус.тдки в целом.

3 главе 4 по результатам решения на Г.ЭЕМматематической модели термосилового взаимодействия стержня с отливкой (термодинамической и деформационной задач), произведена оценка влияния термосилового взаимодействия на размер канала отливки при ее затрудненной усадке. Анатаз силового взаимодействия при помощи номограммы формирования натяга для тонкостенных алюминиевых отливок при литье по выплавляемым моделям показал, что общая величина натяга определяется температурой стержня в момент начала линейной усадки отливки (Тст н ), которая пропорциональна т< крату ре стержня перед заливкой (Тст 3), а различие натягов, которое образуется при изменении Тст 3, реализуется в интервале температур, соответствующих максимальному прогре у стержней (TQT 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, нестаци: ¡арностью проиесса (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 термосилового взаимодействия отливки волновода со стержнем, оформляющим ее канал, осуществлялось на ПЭВМ ЕС-1840 с использованием пакета прикладных программ: разработанного в МГГУ ж.Н.Э.Баумана и предназначенного для анализа термодинамической (программа TERMOb ) и деформационной (программа ÖEP0RM) задач в плоской постановке.

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

Программой TER МОХ) производится определение значений температур в узлах при Решении системы линейных алгебраических

уравнений подученных преобразованием дифференциального уравнения нестационарной теплопроводности при заданных граничных, условиях. Подготовка файла исходных данных включает разбиение поперечного сечения на конечные элементы, ввод граничных условий задачи, характеристик материалов, коэффициентов конвекции, теплопроводности 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 DEP0RM, созданной в соответствии с вариантом МКЭ, основные положения которого с учетом специфики решения данной задачи изложены в отдельном разделе диссертации. В частности, построена конечно-элементная модель упругой плоской деформации; при помощи метода невязок решена физически нелинейная задача упруго-пластической деформации от.аки.

В каче *ве исходных данных для запуска программы DEFORM используют характеристики материалов, граничные условия и результаты, полученные при решении программы TERMQD . После выполнения программы Ö1F8RM 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 текпертуры стержня перед заливкой, позволило ограничить количество вариантов расчета по данному параметру тремя: Тст g ■ (20, 200, 400)°С. При решении термодинамической задачи продолжительность интервалов расчэта ;i лагов по времени выбирали в соответствии со скоростью охлаждения тел, а при решении деформационной задачи границы температурных интервалов для всех случаев ?ст 3 при совместном охлаждении отливки и стержня были выбраны одинаковыми, что существенно сократило общее количество расчетов.

Сравнение рэзультатов решения термодинамической задачи с результатами экспериментов, полуденными при послийном термомет-рировании форм литья по выплавляемым моделям, показало, что различие между ними во всех случаях не повышает 10£ 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 отяквки при выбивке стержня и реализации усадки отливки Результаты расчетов показали, что обжатие стержня отливки при прогреве стержня до Тст макс происходило лишь ь случае Тст 3 = =20°С. 3 то же сремя характер и величина деформаций стержня и отливки при их совместном охлаждении для всех трех значений Тст 3 были приблизительно одинаковыми. Так, при иьленении Тст э от 20 до 200°С величина обжатия уменьшалась в 1,3&-1,44 раза; при дальнейшем увея'чении 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$. После удаления стержня из полости-отливки, деформация разгрузки приблизительно в 1,25 раза превышала величину обжатия стержня. Средняя по длине суммарная деформация канала отливки под влиянием силового взаимодействия, составила для протяженной стороны 0,054р при различи!! между краем и серединой 0,128$. Для короткой стороны эта значения равнялись соответственно 0,11 и 0,0328$, Применительно к прямоугольному течению канала волновода 15x35мм среднее изменение размера 15 им составило 0,0035 мм, при разнице 0,0192 мм. Для стороны 35 мм эти значения равнялись соответственно 0,04 и 0,011 ш. Величина суммарной деформации отливки составляла 6-14$ ст натяга (разницы усадки отливки и стержня) и соответствовала литературшм данным.

Таким образом, влияние силового взаимодействия отражается прежде всего на неравномерности изменения размера канала по пе-рда:егг , 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 общего изменения размера и в расчетах при назначении рабочих размеров оснастки во внимание может не принетаться. ■ •

В главе 5 приводится метод расчета размеров л допуска на размер прей..-формы для изготовления кармических стергнеЛ, который позволяет свести к минимуму систематическую погрешность размера канала отливки и устранить необходимость в доводке пресс-фор?.:. Основой для соодг. :.:л г.етсда послужили результаты эк^периментчлыа.,. исследсраний изменения размера керамического стержня и расчета размера канала отливки, формирующегося в условиях затрудненной усадки.

На языке S0PTPAH-77 была разработана программа "Расчет размеров и допусков на размеры пресс-форм для изготовления керамических стержней", исходными данными для которой являются размер отливки по чертежу, параметры проиесса, а так»е их отклонения от номинальных значений. После выполнения программа создает файл, в котором, помимо рабочих размеров пресс-фори и допусков на них, приводятся доли влияния этапор и параметров процесса в суммарном относительном из:...нении размера и относительной погрешней обшего передаточного коэффициент?, что позволяет в случае необходимости дат; рекомендации по изменению процесса с целью корректировки размеров отливки и повышению их точности.

Определение указанных величин применительно к разработанному технологическое процессу показало, что при средней суммарной усадке £3 =» 1,54^ и обтем передаточном коэффициенте К = 0,9846, основная доля изменения размера - от 80 до 93% происходит при супке от 5 до Щ5 при прокаливании стержня. 3 своя очередь накопление погрешностей с учетом деформаций поперечного сечения отливки на 64-75>S обусловлено отклонениями содержания жцдкой фазы в суспензии- и в меньшей море колебаниями других фат. .job: те; зратуры пресс-форы - 7-II&, удельной поверхности фракционного состава наполнителя - и т.д.

Результаты расчета показали, что одним из основных условий получения точных какалов отливок при использовании керамических стержней является постоянство содержания жидкой фазы в суспензии, а это, в свою очередь; обеспечивается как высокой точностью дозирования компонентов, так и контролен состава суспензии перед использованием. Наиболее простым и надежным способом контроля является-определение содержания твердой и жидкой фазы в суспензии по ее плотности. На языке 80РЕРАН-77 разработан-! прог-

IJ

рамма "Определение'и коррекция состава суспензии", позволяющая по плотности исходной суспензии установить ее состав и, в случае если он отличается от заданного, сделать рекомендацию по его изменению.

В главе С приводятся результаты промышленного опробования процесса изготовления легксудаляемых керамических стержней с последуюдим получением по ним в процессе литья по выплавляемым моделям волневодных узлов трех наименований со сложной конфигурации. каналов. Керамические стержни,получали в coot 1етствии с разработанной технологией зелрессовкой суспензии в нагретую до 50-5эС иетолткескуа пресс-форцу. После удаления стержней из оснастки и сушки на ойздухе, стержни устанавливали в полость пресс-формы для изготовления выплавляемых моделей. Дальнейшие оперэи/.и соответствовали стандартно^ процессу литья по .выплавляемым моделям. Выплавление моделей из ферм производили в среде горячего воздуха при температуре 150-20°С, прокаливан- - форм в опоках с применением опорного материала при температуре 750*50°С. ¿ормы заливали сплавом АЛ9 при температуре расплава 720-20°С. После охлаждения формы на 30-60 шп помешали в воду, а затем на вибростенде в течение 5-10 мин очишели отливки от кер^ики.

В ходе опробования производили измерения размеров пресс-форм концевыми мерами о точностью 0,001 »«..стержней - микрометром с точностью 0,С05~мк, каналов отливок - штангенциркулем с точностью 0,05 Статистическая обраС-тка результатов измерений показала, что среднее изменение размера (усадка) стержней при суике составила 1,3£ при расчетной 1,4^», а изменение размера при прокаливании и заливке 0,3% при расчетной 0,27$, т.е. изменение размеров стержней и отливок о погрешностями порядка 10$ соответствовало расчетному. Точность размеров пресс-форм находилось в пределах 8-9, стержней II—13, отливок 12-14 квалитетов CT СЗЗ 144-75. Достигнутая точность отливок отвечала требованиям к точности деталей по чертежу. Оаддаеодй экономический эффект от внедрения технологического процесса изготовления волноводов с использованием легкоудаляемых керамических стержней в ргсчете годобую программу (по состоянию на 1909 г.) составляет 5134*5 руб.

Обшие выводы

1. Разработан технологически?, „рэиесс изготовления лзгко-удаляемых керамических стержней рлл оформлен/л сложных полостей в алюминиевых отливках. Использование в качестве уазупрочкяс;.:о-го и гелеобразу^лего компонента керамической суспензии предварительно проваленного строительного гипса э сочетании с нагрззсм пресс-формы позволило:

- повысить скорость и стабильность процесса отв^ргдения суспензии;

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

- устранить необратимую усадку гипсокварпевоП керамики при -прокаливании, стабилизировать ее ТКЛ? и за счет этого повысить точность размеров стержней и каналов отливок.

2. С помошьга разработанного и-"ерительнсго стенда установлены закономерности изменения размеров керамических стержней при

их изготовлении в зависимости от состава материалов стержня и режимов процесса. Определено, что при выдержке стержней н полости нагретой пресс-фор:.м происходит усадка стер- "¡ей, обуслсзленная синерезисом геля связугапего и практически не влипшая на значение полной усадки, которая для выбранного техпроцесса определяется содержаг ем в суспензии жидкой фазы, фракционным составом наполнителя и температурой пресс-формы.

3. Разработаны физическая и математическая модели тер.'/осило-вого взаимодействия применительно к технологическог/у пгюпесс./ изготовления отливок литьем по выплавляемым модели с использованием керамических стержнеЯ.

В результате решения на ПЭВ'.! математической модели термесп-лового взаимодействия стержня с отлкзкой (термодинамической и деформационной задач в плоской постановке) установлено, что при аазрдащ] усадки тонкостенных алюминиевых отливок с прямоугольным сечением канала влияние силового взаимодействия отражается прежде всего на неравномерности изменения раэмерз (деформации) канала по периметру - от 0,032 до 0,123 % или ст 0,011 до 0,019 мм при допуске на размер -0,15 мм и в меньшей степени на измерении среднего размера канала от 0,054 до 0,11 что составляет менее от общего изменения размера.

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

5. Разработан и реализован в виде программы метод расчета размеров и допусков на размеры пресс-формы для изготовления рамических стержней, оформляющих полости алгаиниевых отливок, который учитывает особенности формирования размера на этапах сушки, прскаливанкя стержней, заливки и охлаждения отливки и позволяет в значительной мере уменьшить систематические погреши^ jth размеров каналов отливок, устранить доводку пресс-форы, а также определить величину случайных погрешностей в зависимости от параметров про эсса.

6. Технологический процесс изготовления литьем по выплавляемым моделях алюминиевых волноводных узлов со сложной конфигурацией кеналов прошел промышленное опробования на ШО "Вымпел". Статистическая обработка измерений пресс-форм, стержней и каналов отливок трех наименований показала, что измеь^ния размеров с погрешностями порядка 10% соответствовали расчетноцу,

а достигнутая точность каналов отливок находилась в пределах 12-14 квалитетов CT СЗВ 144-75 и отвечала требованиям по чертежу. Ожидаемый экономический эффект за счет использования керамических стержней в расчете на годовую программу по состоянию на 1920 г. составил 5134,5 руб.

Основное содержание диссертации ^fражено в следующих работах:

I.Осипов Р.£., Коробейников К.А. Использование гипса в составе легкоудаляекых керамических стержней при погчении алюминиевых отливок по выплавляемым моделям / ЫПУ им.Н.Э.Баумана.-М. ,1990.-3 с. - Дел.во ИИМЗМР 12.02.90. JP64 - мш 90.

2. Ьсипов P.i., Коробейников К.А. Разработка технологического процесса изготовления легкоудаляешх керамических стержней длг получения сложных разветвлен»:« полостей в алшиние-еых отлиЕках литьем по выплавляемым моделям / МГТУ им.Н.Э.Баумана. - Ы., 1990,- 8 с.-Деп. во ВНИИТЭМР 12.02.90. Jfo5 ш 90.

3. Рыбкин Ь.к., 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 ВДНТП. - Ai., 1992. - С. 7Ö-Ö4.

16