Способ получения удаляемой модели тела вращения
METHOD FOR OBTAINING A DELETED MODEL OF A BODY OF REVOLUTION

Изобретение относится к способам изготовления удаляемых моделей, используемых в литье по выплавляемым моделям и может быть использовано в машиностроительной отрасли народного хозяйства.
Известен способ, описанный в а.с. СССР №390862, при котором формование тела вращения осуществляют за счет действия центробежных сил во время вращения литейной формы на введенный в литейную форму разогретый порошкообразный материал и расплав связующего материала, в частности, парафина. По окончании формирования тела вращения оно извлекается из формы и направляется на дальнейшие стадии обработки.
Реализация такого способа приводит к формированию тела вращения из расплава связующего материала, парафина, и разогретого порошкового материала, при этом температура связующего материала и порошкового материала отличаются от температуры литейной формы, что приводит к появлению на поверхности сформированного тела вращения характерных для литья дефектов: коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и литейной формы. Кроме того, при остывании связующего материала за счет уменьшения объема последнего, возможно проявление усадки. Отмеченное выше, в совокупности, не обеспечивает на поверхности сформированного тела вращения требуемой чистоты поверхности с низкой шероховатостью.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому способу, является принятый за прототип способ получения выплавляемой модели, описанный в патенте РФ №2231412, согласно которому модель изготавливают из материала, в качестве которого используют плакированные модельной композицией гранулы нитрата аммония фракции 0,1-2,5 мм. Соотношение компонентов материала по объему составляет: модельная композиция 10-65%, нитрат аммония 35-90%. Модельный материал дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 3-10%. Без предварительного нагрева прессуют модельный материал посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы. На полученные таким способом удаляемые модели последовательно наносят и сушат слои оболочковой формы. После формирования оболочковую форму помещают в воду для растворения нитрата аммония и образования пор в структуре удаляемой модели, а также пропитки оболочковой формы нитратом аммония, что позволяет повысить трещиностойкость и прочность оболочек, сократить их потери, повысить качество отливок по чистоте поверхности и точности. Таким образом, решается задача повышения размерной и геометрической точности получаемых моделей и отливок и физико-механических свойств оболочковых форм.
Недостатком этого способа является сложность конструкции пресс-формы для получения удаляемой модели тела вращения, поскольку при таком способе получение удаляемой модели с одинаковыми свойствами на всех участках ее поверхности представляется затруднительным.
Этот недостаток устраняется предлагаемым техническим решением.
Задачей заявляемого изобретения является получение удаляемой модели тела вращения с требуемой геометрией и требуемой шероховатостью, без характерных для литья дефектов (усадки, а также коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и формы), позволяющей обеспечить повышение размерной и геометрической точности отливок и физико-механических свойств оболочковых форм.
Технический результат, достигаемый при этом способе, заключается в получении удаляемой модели тела вращения с требуемой геометрией и шероховатостью без характерных для литья дефектов, что позволяет обеспечить повышение размерной и геометрической точности отливок и физико-механических свойств оболочковых форм.
Указанная задача решается благодаря тому, что в способе получения удаляемой модели тела вращения, включающим дозированную подачу смеси порошка воскообразной модельной композиции и гранул нитрата аммония в форму, согласно изобретению используют форму в виде тела вращения с внутренним радиусом не менее 3 см, форму вращают относительно ее вертикальной оси с частотой 6000-15000 об/мин до получения сформированной модели, используют воскообразную модельную композицию фракций не менее 0,4 мм, смесь используют при следующем соотношении компонентов, мас. %: модельная композиция 90-99, нитрат аммония 1-10.
Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом объясняется следующим образом.
В качестве материала для получения удаляемой модели тела вращения используют воскообразную модельную композицию в виде порошка и нитрата аммония в виде гранул, внесенных в форму, в которой под действием центробежной силы частицы порошка уплотняются на внутренней поверхности вращающейся литейной формы без подведения внешних источников тепла, а т.к. нитрат аммония имеет большую плотность чем модельная композиция, то под действием центробежной силы она вытесняется на поверхность формируемой модели. Участки внешней поверхности выплавляемой модели тела вращения, заключенные между гранулами нитрата аммония, заполняются воскообразным материалом, что обеспечивает получаемой удаляемой модели тела вращения требуемую шероховатость и геометрию. За счет центробежного уплотнения порошкового материала образуется тело удаляемой модели с поверхностью без характерных для литья дефектов: усадки, коробления поверхности и слоистости. На полученные таким способом удаляемые модели последовательно наносят и сушат слои оболочковой формы. После формирования оболочковую форму помещают в воду для растворения нитрата аммония и образования пор в структуре удаляемой модели, а также пропитки оболочковой формы нитратом аммония, что позволяет повысить трещиностойкость и прочность оболочек, сократить их потери, повысить качество отливок по чистоте поверхности и точности.
Вышеизложенное справедливо для порошков воскообразной модельной композиции фракций не менее 0,4 мм. При использовании модельной композиции фракций менее 0,4 мм наблюдается комкование порошкового материала, что затрудняет равномерное распределение материала на начальных стадиях уплотнения и приводит к нарушению геометрии удаляемой модели тела вращения.
3
Дозированная подача порошка воскообразной модельной композиции и нитрата аммония в форму обеспечивает требуемые толщину стенок удаляемой модели, геометрию и шероховатость. Технологически приемлемая плотность участков удаляемых моделей, сформированных прессованием порошка ПС 50/50, при которой достигаются требуемые размерно-геометрические и прочностные характеристики прессовки, принадлежит диапазону 0,810-0,921 г/см. Такая плотность по данным работы [Жилин С.Г., Богданова Н.А., Комаров О.Н., Соснин А.А. Снижение упругого отклика при уплотнении порошковой парафиностеариновой композиции // Деформация и разрушение материалов. 2020. №1. С. 29-33.] обеспечивает воскообразному компоненту удаляемой модели пористость в диапазоне 0-12%, что направлено на повышение трещиностойкости оболочковых форм, сформированных по таким удаляемым моделям. Применение в массе удаляемой модели в качестве порообразующего компонента 1-10% по массе нитрата аммония направлено на образование дополнительных пор в наружних слоях удаляемой модели, а также пропитки оболочковой формы нитратом аммония, что позволяет повысить трещиностойкость и прочность оболочек, сократить их потери, повысить качество отливок по чистоте поверхности и точности.
Получение удаляемой модели с требуемой плотностью определяется массой дозированного материала с нитратом аммония, частотой вращения формы и величиной ее внутреннего радиуса. Значения рабочей частоты вращения формы, внутреннего радиуса формы и массы дозированного материала определены экспериментально и представлены в таблице  (см. графическую часть).
В таблице приведены экспериментально полученные значения плотности тел вращения при центробежном уплотнении парафино-стеариновой композиции ПС 50/50 с нитратом аммония при различных радиусах формы, массах материала и частотах вращения для получения выплавляемой модели цилиндрической формы с толщиной стенки 1 см.
Из таблицы следует, что требуемая плотность тела вращения достигается при условиях, характерных для данных, представленных в строках таблицы с порядковыми номерами Nп/п: 4, 7, 10, 13, 14, т.е. при параметрах заявленного способа.
3
Способ осуществляют следующим образом. Образующую внутреннюю поверхность формы в виде тела вращения смачивают разделительным составом, например, керосином и устанавливают на роторе центрифуги или в патроне станка. Вносят в форму дозированное количество смеси порошка воскообразной модельной композиции с нитратом аммония. Форму вращают относительно ее вертикальной оси. Вследствие того, что плотность нитрата аммония составляет 1,72 г/см, что превышает плотность воскообразного материала ПС 50/50, то при вращении в ходе центробежного уплотнения наружная поверхность модели формируется гранулами нитрата аммония. Воскообразный материал, заполняет участки на внешней поверхности удаляемой модели между гранулами нитрата аммония и, ввиду меньшей плотности, формирует остальную часть удаляемой модели тела вращения. Наличие нитрата аммония на наружной поверхности удаляемой модели тела вращения позволяет решить задачу образования пор в структуре удаляемой модели и направлено на пропитку оболочковой формы нитратом аммония, что позволяет повысить трещиностойкость и прочность оболочек, сократить их потери, повысить качество отливок по чистоте поверхности и точности. Сформированную в форме за счет воздействия центробежной силы на порошок воскообразной модельной композиции удаляемую модель тела вращения удаляют из формы выдавливанием или извлекают вручную, после разъединения разъемных частей формы.
3
Заявляемое техническое решение осуществляют следующим образом. Образующую поверхность формы смачивают разделительным составом, например, керосином. Предварительно подготовленную смесь нитрата аммония в количестве 5% по массе с модельной воскообразной композицией, например, ПС 50/50, фракции 1,2 мм, в количестве 95% по массе дозой помещают в форму тела вращения радиусом, например, 15 см. Например, для формирования удаляемой модели цилиндрической формы высотой 10 см и толщиной стенки 1 см с плотностью воскообразного материала 0,921 г/см в форму в виде полого цилиндра с дном и крышкой засыпают порошок ПС 50/50 массой 839 г перемешанный с нитратом аммония массой 75 г. Форму, закрепленную на роторе центрифуги вращают относительно ее вертикальной оси с частотой 6200 об/мин, что следует из таблицы. Экспериментально установлено, что время вращения не оказывает существенного влияния на плотность формируемой выплавляемой модели тела вращения. В ходе эксперимента установлено, что для достижения требуемой плотности модели достаточно вращения формы до 5 мин. Вращают форму около 4 минут. Вращение формы прекращают; после остановки формы извлекают выплавляемую модель тела вращения.