автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Технология получения керамических оболочковых форм по комбинированным моделям повышенной точности

С ростом потребности народного хозяйства в точных отливках соответственно возрастают и требования к их качеству. Повышаются требования к отливкам по конструктивной сложности., чистоте поверхности., эксплуатационной надежности. Это требует создания более совершенных и стабильных технологических процессов, обеспечивающих получение отливок, с высокой размерной точностью.

Анализ тенденций развития технологических процессов формообразования показывает., что точность и чистота поверхности фасонных отливок являются одними из главных критериев уровня развития науки и технологии литейного производства. Высокие показатели по этим признакам обеспечивают неразъёмные высокоогнеупорные негазотворные литейные оболочковые формы, материалы которых не взаимодействуют с заливаемыми сплавами. Подобные формы получают по выплавляемым, выжигаемым и растворяемым моделям, при этом применяется, преимущественно, способ многослойного формообразования [1.23.

Однако, отливки производимые отечественными предприятиями в многослойных формах имеют недостаточную точность и лишь в отдельных случаях, при индивидуальном производстве сложнофасоыных отливок можно получить повышенную точность, но их себестоимость и трудоемкость изготовления очень высокие.

При литье по выплавляемым моделям существенное влияние на размерную точность отливок оказывают физико-химические и тешюфизи-ческие свойства модели. Увеличение температуры, массы и конструктивной сложности модели приводит к ее короблению, снижению размерной точности и ограничен!® размеров отливки.

При литье по выжигаемым моделям в керамические оболочковые формы (Replleast CS-процесс) шероховатость поверхности отливки выше. заполнения тонких полостей пресс-формы в процессе изготовления модели.

При литье по растворяемым моделям используют модели на основе мочевины с пластификаторами, селитр., гидратированных сернокислых солей и другие. К недостаткам таких моделей относятся: плохая спаиваемое ть и высокая плотность, что затрудняет выполнение технологических операций с крупными модельными блоками, а также их гигроскопичность [2?33.

Кроме этого для изготовления точных отливок используют обьемно-замкнутые формы по так называемой наливной технологии (IFC -investment flask casting - процесс) С4]. Этот способ позволяет использовать удаляемые модели из указанных выше материалов. Он характеризуется более высоким расходом суспензии и огнеупорных материалов, склонностью формы к т р е щи н о о б р аз о в ан ию и продолжительностью прокалки по сравнению со способом многослойного формообра

- б четающих в себе свойства выплавляемой и выжигаемой модели. Правомерность выбора этого направления определяется тем, что оно в полной мере соответствуют задачам современных исследований [5,63.

На защиту выносятся следующие положения:

- закономерности изменения размерной точности и прочности КМ в зависимости от ее основных конструктивных параметров (базового размера модели, толщины облицовочного слоя, объемной массы промв-етавки);

- регрессионные математические модели формирования размерной точности и прочности КМ;

- математическая модель деформационной устойчивости КОФ при удалении легкоплавкой облицовки КМ;

- номограммы по определению оптимальных конструктивных параметров и прочностных свойств КМ;

- расчетная формула для определения максимальных абсолютных отклонений размеров отливки от размеров полости пресс-формы;

- технология получения КОФ по КМ,

Технология повышения трещиноустойчивости КОФ путем применения аэрированных суспензий внедрена на ААПО им.Н.Й.Сазыкина (г.Арсень-ев) с общим годовым экономическим эффектом 39,6 тыс,рублей (по уровню цен на 1989г,)

Работа выполнялась в отделе литья стеклокристаллических материалов и огнеупоров Института проблем литья АН Украины (г,Киев), Института машиноведения и металлургии ДВО РАН (г,Комсомольск-на-Амуре)3 Комсомольском-на-Амуре государственном техническом . университете (г.Комсомольск-на-Амуре),на заводе автоматики им.Г.И.Петровского (г,Киев). ПО "Восход" (г.Кривой Рог), КнААПО им.Ю.А.Гагарина (г.Комсомольск-на-Амуре) и ААПО им.Н.й.Оазыкина (г. Атюеньев).

основные вывода

1.Предложен способ повышения размерной точности и трещиноустой-чивости КОФ, предусматривающий использование комбинированных моделей на основе армирующей пенополистироловой промвставки, облицованной слоем модельной композиции, технология их получения.

2.Разработаны критерии выбора конструктивных параметров и прочности комбинированных моделей, базирующиеся на совокупности установленных закономерностей изменения абсолютных отклонений размеров моделей различных типов и деформационной устойчивости КОФ. Показано, что применение КМ позволяет эффективно воздействовать на размерную точность и трещиноустойчивость КОФ.

3.Разработан образец для исследования размерной и геометрической точности удаляемых моделей, применение которого позволило оценить характер изменения абсолютных отклонений размеров в зависимости от основных конструктивных параметров модели.

4.Разработана методика количественной оценки трещиноустойчивос-ти КОФ, основанная на регистрации импульсов акустической эмиссии прогрессирующих в структуре оболочки трещин при механическом и термическом воздействии. Установлено, что применение новой технологии позволяет повысить трещиноустойчивость КОФ в 1.15-1.2 раза по сравненш с базовой технологией.

5.Предложен системно-структурный анализ и иерархическая классификация КОФ, а также возможные способы управления качеством оболочек на каждом структурном уровне.

6.Впервые определены значения абсолютных ' отклонений размеров отливок от номинальных размеров полости пресс-формы, на основе которых разработаны принципы конструирования пресс-форм для получения комбинированных моделей.

- 91

7.Получены уравнения регрессии, описывающие формирование размерной точности и прочности КМ на основе которых построены расчетные номограммы для определения конструктивных параметров и прочностных свойств КМ.

8.Изучено на базе математического моделирования и зксперимен-« талъных исследований температурное поле системы "КМ - КОФ" при выплавлении облицовочного слоя модели. При использовании КМ продолжительность выплавления уменьшается в 4-5 раз, по сравнению с выплавляемыми моделями.

9.Предложена расчетная формула для определения максимальных абсолютных отклонений размеров отливок от размеров полости пресс-форм, что позволило разработать новый подход к проектированию оснастки для литья по удаляемым моделям.

10.Разработана технология изготовления КОФ с использованием комбинированных моделей. Отмечено, что применение аэрированной суспензии позволило снизить брак по трещинам КОФ на 15-20% и получить реальный годовой экономический эффект в сумме 39.6 тыс.рублей (по уровню-цен на 1989 год).

1.Лакеев A.C. Формообразование в точном литье.- Киев: Hayковадумка. 1986.- 256 с.

2. Литье по выплавляемым моделям/ Под ред. Я.И.Шкленника и В.А.Озерова.- М.: Машиностроение, 1984.- 408 с.

3. Дошкарж 1,, Габриель Я., Гоушть М., Павелка М. Производство точных отливок,- М.: Машиностроение, 1979.- 296с.

4. Davies G. J. Me tal casting' and molding process.- London: Applied science publishers LTD, 1984.- 210p.

5. Основные задачи литейного машиностроения в XII пятилет-ке/'/Литейное пр-во.- 1986.- N2.- С.1-2.

6. Борисов Г.П. Развитие специальных способов литья/7 Литейное пр-во.- 1990.- N6.- С.23-24.

7. Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций.- М.: Машиностроение, 1980. 375 с.

8. З.Важанов В.Л. Расчет конструкций на тепловое воздействие. -М.:- Машиностроение, 1969. 599 с.

9. Сокол И.Б. Обжиг .и заливка оболочковых форм, изготовленных по выплавляемым моделям//Взаимодействие литейной формы и отливки: Сборник. М.: АН СССР, 1962. - С. 326 - 332.

10. А.с.1121089 СССР. В 22 С 1/06. Суспензия для изготовления форм • по выплавляемым моделям/В. M, Воздвиженский, В. В. Кудрявцев, Е.Е.Кудрявцева.- N3769630/22 02; Заявп.09.07.84$ Опубл.1986. Бюл.N14.

11. Заявка 59-197378 Япония, ШШ В 22 С 1/18 /Кодзуясу Му-чуо/УКоге гидзкщу инте, 1984,

12. Шуб I.E.,Сорокин П.В. Точное литье по выплавляемым моделям,- М,:Машиностроение, 1968.- 237 с,16,Петриченко A.M., Померанец А.А,, Парфенова В.В, Термостойкость литейных форм,- М.: Машиностроение, 1982,- 232 с.

13. Заявка 2599649 Франция. МКИ В 22 С 1/10 /Culsln Thierry Andre, Dody Jean-Noel Emmanuel, Flooher Jeari-Plerre// Société nationale d*'etude et de construction de mateurs еГaviation.-1987.

14. Заявка. 57-19641 Япония, МКИ В 22 С 1/10 / Идехара Масами// Коге гидзюцу инте. 1981.

15. Чернышев Е.А., Уваров В.И., Чуфырин Г,Б, Керамическая смесь на комбинированном связующем//Литейное пр-во,- 1988.-N5.- 94 форм по выплавляемым моделям/В,Л,Звездин, Н.А.Зеленин и др,-N4087681/22 02; Заявп,30-01.86; Опубл.1988. Бюл.Ы19.

16. Pat, 2216705 GB. 103 В 22 С 1/08. Investment casting mould/ Irvin S., Roberts E,- Fubl.1983.

17. Шагеев S.A. Современные скоростные способы точного литья по выплавляемым моделям,- М,; МАИ, 1970,- 107 с.

18. Лакеев А.С., Борисов Г.П. Основы реологии модельных материалов для литья по выплавляемым-моделям.- Киев: Наукова думка.-., 1971,- 132 с.

19. Лакеев A.C., Борисов Г.П. Исследование процесса изготовления моделей при литье по выплавляемым моделям// Изв. вузов, Чер, металлургия,- 1970,- N2,- 0,136-142.

20. Лакеев А,С,., Александрова E.H. Разработка моделей с особыми свойствами для точного литья// Физико-химические исследования литейных процессов.- Киев, 1986.- С.88-89.

21. Гаранин В.Ф. »Озеров В.А., Климкин Ю.И, Исследование вос-коподобных модельных материалов., используемых при литье по выплавляемым моделям./"/ Прогрессивные технологические процессы в литейном производстве,-М,,1985,- С,77-80,

22. Гаранин В.Ф,,Озеров В.Д., Мирошников И,В, Разработка и исследование новых модельных и формовочных материалов, используемых при литье по выплавляемым моделям// Повышение эффективности литейных процессов и качества отливок,- Хабаровск, 1986.-С.130-133.

23. Гаранин В.Ф., Климкин Ю.И. Теплофизические характеристики воскоподобных модельных материалов// Вопросы теории и технологии литейных процессов.- Комсомольск н/А, 1985.- С.92-95,

24. Заявка 58-148440 Япония. МКИ В 22 С 7/02 /Кубота Капуеси// Дайсзру кагаку коге к.к,- 1981,

25. Заявка 57-165156 Япония, МКИ В 22 С 7/02 /Мураками Минору// Дайсэру кагаку коге к,к,- 1982,

26. Хориути Н.,Угата К., Морита Я. Точное литье крупногабаритных отливок// Имоно,. 1984,- 0,110-115.

27. Заявка 58-77740 Япония. МКИ В 22 0 9/04.- Опубл.11,05.83.

28. А.с,1133683 СССР. В 22 С 9/04. Способ изготовления многослойных оболочковых форм по выплавляемым моделям/ Ф.М, Березовский, Т,М, Сухарева и др.- N3472670/22 02: Заявп.20.07,82; Опубл.1985. Вюл.N4.

29. А.с.1310098 СССР, В 22 С 9/04, Способ изготовления форм по выплавляемым моделям/ Ю.П.Васин, Т.М. Евсеева и др.- N3915600/31 02: Заявп.26.06.88; 0публ,1987, Вюл,N18.

30. Евстигнеев А.И. Классификация составляющих и способов обработки оболочковых форм по выплавляемым моделям// Повышение эффективности литейных процессов и качества отливок.- Хабаровск, 1986.-С.98-115.

31. А.с.1527181 СССР. С 02 Е 1/48. Устройство для обработки жидкости в магнитном поле/В.И.Сыч, А.В,Рыжиков, М.Ф.Наумов.-N4329627/22-02; Заявл. 18,11,87, Опубл. 1989. Вюл. N45.

32. А.с.1256848 СССР. В 22 С 1/16, Суспензия для изготовления литейных оболочковых форм по выплавляемым моделям/В,Н.Иванов,

33. A.Д.Чулкова и др.- N3797180/22 02; Заявп, 26.06,84: Опубл. 1986. Бюл.N34,

34. А.с.1011324 СССР. В 22 С 1/16. Суспензия для изготовления керамических оболочковых форм по выплавляемым моделям/С,Т.Лучко, Ю.В.Цопик и др.- N3340619/22 02; Заявп.18.09,81; Опубл.1983. Бюл,N14.

35. А.с,1156803 СССР. В 22 С 1/16. Суспензия для изготовления многослойных оболочковых форм по выплавляемым моделям/Т.В.Иванова, Т.М,Кирилова и др.- N3623221/22 02; Заявп,06.06.83; Опубл.1985. Бюл.N19.

36. А,с,1171176 СССР. В 22 С 1/16. Суспензия для изготовления керамических оболочковых форм/Д.Н.Доскинский, И.М.Гарбер,

37. БО.Шкленник Я.И. Непрозрачное кварцевое стекло для оболочекпри литье по выплавляемым моделям// Повышение качества и эффективности литья по выплавляемым моделям,- М. ;МДНТП, 1981.-С.33-35.

38. А.с.1304975 СССР. В 22 С 9/04. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям/В.В.Аппилинский, . 0.М,Дедуля и др.- N3910963/22 02; Заявп.10.04,85; Опубл.1987. Еюл.N15.

39. А. с,1033255 СССР, В 22 С 1/18, Смесь для изготовления литейных керамических форм и стержней/И.Д.Шумов. Е.С.Гамов и др.-N3411718/22 02; Заявп.25,03,82; Опубл.1983. Бюл.М29.

40. А.с.1303251 СССР. В 22 С 5/04. Способ приготовления суспензии с этилсиликатным связующим/Б.И.Уваров, Е,А.Чернышев и др.- N3821255/22 02; Заявп,07.12,84; Опубл.1987, Еюл,М14.

41. А.с.1178520 СССР. В 22 С 1/02. Огнеупорная суспензия для изготовления керамических оболочковых форм/В,С,Омельченко, Т.К.Карцева и др,- N3744422/22 02; Заявп,11.03,84; Опубл.1985. Бюл,N34,

42. Патент 56-20101 Япония. МКИ В 22 С 9/04 /Сито Томоси, Иване .Кунимицу.-Опубл.02.05.81.

43. Патент 223960 ГДР, МКИ В 22 С 1/20,-Опубл. 23,10.82,

44. Васин Ю,П,, Лозингер А.М,, Копылов А.Н. Повышение прочности керамических форм по. выплавляемым моделям// Литейное пр-во.-1983.- N4.- 0.42-43,

45. Ферштатер И,В,, Рабинович С,В, Использование мела при литье по выплавляемым моделям/УЛитейное пр-во.- 1985.- N7,- С.29,

46. Чулкова А,Д., Иванов В.Н. Изготовление форм с использованием новых свявующих//Литейное пр-во.- 1989,- N7.- 0.13-14.

47. Патент 57-2421 Япония, МКИ В 22 0 3/00 / Йосида Акитоси, Касака Масахару,- Опубл. 16.01,82,

48. Патент 57-2422 Япония. МКИ В 22 0 3/00 / Йосида Акитоси, Касака Масахару,- Опубл. 16,01,82,

49. Патент 135579 ПНР. МКИ В 22 С 1/22 /Wojnowski Wiesiow, Stochohozyk Jerry,- Опубл. 15.08.86,

50. Faster shell build-some recent developments/./Foundry Trade,- 1989. 163.- ISSN 0015-9042,- Vol,3389.- S.292-293.

51. Заявка 62-144848 Япония. МКИ B22 С 1/18 /Хирацука Иширо, Огури Набуфуми,- Опубл. 29,06,87.

52. Korwihskl Aleksander, Связующее для керамических форм/"/" Giessereitechnik,- 19853 31,- N12,- S.390-391,

53. Полывъяный В.Г., Копылов В.М. и др. Отечественное готовое связующее для изготовления форм по выплавляемым моделям//Литей-ное пр-во,- 1990.- N8.- 0,13-14,

54. Заявка 57-17158 Япония. МШ В 22 С 9/04 /Морита Ясухару,-Опубл.12.02.81.81,Волокнистые композиционные материалы/ Под ред, С.З.Бокш- 100 ковых форм, полученных по выплавляемым- моделям/И,Е.Писарев,

55. ЮЗ.Кестнер В,К,, Бараданьянц В.К. и др. Точное литье цветных сплавов в гипсовые и керамические формы.- М.: Машиностроение,- юг 1968,- 292 с,

56. Серебряков С.П., Ребров Ю.А., Богданов A.A. Пропитка керамических форм//Совершенствование технологических процессов в литейном пр-ве.- Ярославль, 1983,- С.102-104.

57. П4.Еабенко В.И., Пельтек Ю.А. и др. Номограмма для определения времени сушки форм при литье по выплавляемым моделям// Рукопись деп, в ВНИИТеМР 18.03.88.- Ы110-мш88.

58. Заявка 62-230452 Япония. ММ В 22 С 7/02,- Опубл.09,10,87- 105

59. Шпиндлер С.С., Неуструев А. А., • Мамлеев Р.Ф. Исследование термомеханических свойств оболочковых форм по выплавляемым моде-лям//Литейное пр-во,- 1983,- N3,- СЛ9-20/

60. Педопехин Ф.В., Бородин B.C., Березин В.А. Численное моделирование теплопереноса при затвердевании отливок в литье по выплавляемым моделям/Лзв,вузов. Машиностроение.-1986,- N9,-С.97-100.

61. Шпиндлер 0,0,. Неуструев А.А. Дирельман Н.М. и др.■Определение термического сопротивления контакта отливка-форма при литье по выплавляемым моделям//Изв,вузов, Черн,металлургия. -1986,- N9,-0,97-100,

62. А,с Л196105 СССР, В 22 С 9/04, Способ подготовки к заливке многослойных оболочковых форм/М.А.Новохацкий? Г.П.Яременко5 М.А.Шевелев.- N3701338/22-02; Заявп.08.12.83; Опубл.1985. Бюл,N45,

63. Шапранов И.А. Олепнев Г.И. и др. Использование сверхвысоких частот для прокаливания оболочковых форм//Литейное пр-во.-1990.- N7.- 0.21-22.

64. Конотопов В.'С. Голубчик А, С, О механизме формирования пенополистироловых моделей точных отливок/УЛитейное пр-во,-1984,- N1.- С,21-22.174,Озеров В.А,. туляк B.C., Плотников Г.А. Литье по моделям из пенополистирола,- М.: Машиностроение, 1970,- 183с,

65. Заявка 57-50239 Япония. МКИ В 22 С 9/04,- Опубл.24,03.82.

66. А,с, 1344495 СССР, В22 01/08. Смесь для изготовления водорастворимых канальных стержней сложной конфигурации/ В.А.Озе- 110 ров, А.С.Цуркина и др. N4079638/31-02; Заявл. 14.04.86, Опубл. 1987. Бюл, N38.

67. Голенков Ю.В., Рыбкин В.А. Оценка деформаций оболочковых форм при заливке//Литейное пр-во,- 1989,- N7,- 0,17-18,

68. Евстигнеев А.И., Латухин А.Ю. К вопросу напряженно-деформированного состояния оболочковых форм по выплавляемым моделям// Соверш, технол, процессов и оборуд, в литейн, пр-ве,- Хабаровск, 1989,- 0,107-114,

69. Антипенко В.Ф., Конотопов В.0., Бочаров Л.А. Совершенствование технологии литья выплавляемым моделям//Литейное пр-во.-1983.- N9,- С,20-21, 4

70. Фирсов В.Г., Гаранин В.Ф,, Озеров В,А. Повышение точности керамических форм//Литейное пр-во.- 1990.- N5.- С,17-18,

71. Прогноз развития литья по выплавляемым моделям в 0ША//Ли-тейное пр-во,- 1990,- N7,-0,28,

72. Выставка технологии и оборудования "ГИФА-89И: Литье по выплавляемым моделям//Литейное пр-во,- 1990.- N6.- 0.36.

73. А.с.1117117 СССР. В22 07/04. Композиция для изготовления выплавляемых моделей/ В.Д.Ровнова. Т.П.Жабрева и др, N3595733/22-02; Заявл, 24.11.82. Опубл. 1984. Бюл. N37.

74. Fundamentals of investment casting// Precis. Metal.-1983.- 44, N2.- P.15-20,

75. Кабацева Л.П., Цаплева H.M, О точности размеров точных отливок моделей/ЛЛитейное пр-во.- 1987.- N8.- С.16-17.

76. Рошан Н,Р,, Холоденко Ю,Ш,, Шкленник Л,Я, Материалы, обеспечивающие повышение точности заготовок, получаемых по выплавляемым моделям// Основ, пробл. развития технол, машиностроения,- М, , 1985,- С,89-91.

77. Панин В.Е. Структурные уровни деформаций.- Новосибирск: Наука, 1975,- 315с,262,Тануж В.П., Куксенко B.C. Микромеханика разрушения полимерных материалов,- Рига: Зинатие. 1978,- 294с,