ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБА НА ЗАПОЛНЯЕМОСТЬ ТОНКОСТЕННОЙ ОТЛИВКИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к литейному производству, а именно к устройствам для определения заполняемости тонкостенных отливок.
Уровень техники
Передовые научные разработки для приборо-, станко-, автомобилестроения, космической и авиационной промышленности требуют более точных и тонкостенных заготовок.
Например, одной из главных целей авиастроения является изготовление единиц техники с минимально возможным весом. Преобладающая часть металлических деталей летательных аппаратов изготавливается методом литья. Это связано с известными преимуществами литых заготовок: возможностью получения деталей самой сложной конфигурации и низкой себестоимостью тонны литья. Таким образом, уменьшение массы литых заготовок деталей самолета является одной из актуальных задач современного отечественного литейного производства.
В современных условиях развития техники для получения тонкостенного литья активно используются аддитивные технологии. Например, изготовить разовую песчаную форму для отливок сложной конфигурации возможно по технологии 3D-печати. При изготовлении отливок со стенкой толщиной 3 мм с получением литейных форм по Ink-Jet-процессу и гравитационной заливкой металла при хорошей по результатам предварительного компьютерного моделирования заполняемости был обнаружен литейный дефект «недолив». (Опыт получения тонкостенных отливок гравитационной заливкой алюминиевых сплавов в формы, полученные по технологии 3D-печати/ А.Н. Грачев, P.M. Харчев // Литейщик России. - 2020. - №9. - С. 26-28).
С целью предупреждения неоправданных финансовых и временных затрат на получение годного опытного образца детали (отливки), а также для отработки режимов литья возможно изготавливать технологическую пробу, имитирующую заполняемость будущей отливки.
Известна литейная форма пробы для определения заполняемости тонкостенных отливок. Она включает две полуформы, в одной из которых выполнена полость пробы и стояк. Полость выполнена ступенчатой, при этом каждая ступень соединена питателем с литниковым ходом, а верхняя имеет расширители (патент RU 2108888; МПК В22С 9/22; опубл. 20.04.1998).
Данное техническое решение учитывает горизонтальное течение расплава и, соответственно, не учитывает реальную картину заполнения тонкостенных отливок.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей настоящего технического решения являлась разработка технологической пробы, имеющей такие же толщины стенки, геометрические размеры и объем заливаемого металла, как и будущая отливка. Кроме того, проба должна быть простая по выполнению формовкой, что обеспечит ее получение без привлечения дорогостоящих аддитивных технологий или минимально снизит расход материалов при их использовании.
Поставленная задача достигается тем, что технологическая проба на заполняемость полости формы тонкостенной отливки, содержащая полость переменного сечения, отличающаяся тем, что она содержит вторую полость, выполненную из условия равенства объема полостей технологической пробы и объема тонкостенной отливки, полость переменного сечения представляет собой полость круглого сечения, выполненную с участками сужения и расширения по ходу движения расплава и с соответствующими радиусами перехода между упомянутыми участками сужения и расширения, причем технологическая проба выполнена с возможностью формирования отливки, толщина стенки которой повторяет толщину стенки тонкостенной отливки, при этом протяженность упомянутой полости переменного сечения, протяженность ее участков сужения и расширения и соответствующие радиусы перехода выполнены повторяющими протяженности и радиусы перехода тонкостенной отливки.
Технологическая проба на заполняемость тонкостенной отливки повторяет геометрию детали: изменяющая толщина стенки и размеры детали повторяются сечением и протяженностью соответствующих участков в технологической пробе, учитывая радиус перехода.
Определение заполняемости тонких сечений в отливках моделируется на технологической пробе, при этом объем заливаемого сплава тот же, что и в готовой отливке. Внизу технологической пробы предусмотрена расширяющая полость, объем которой соответствует разнице объема всего сплава для готовой отливки и объема верхней части технологической пробы.
Пробу, в отличие от изготовления полости литейной формы для отливки, легче изготовить формовкой или применением аддитивных технологий максимально снизить расход материалов.
Краткое описание чертежей
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен чертеж корпуса турбокомпрессора, на фиг. 2 - продольный разрез технологической пробы на заполняемость тонкостенной отливки.
Технологическая проба на заполняемость тонкостенной отливки повторяет геометрию детали корпуса турбокомпрессора, изменяющая толщина стенки и размеры корпуса турбокомпрессора повторяются сечением и протяженностью соответствующих участков в технологической пробе, повторяя радиусы перехода сужения и расширения.
а
Корпус турбокомпрессора (фиг. 1) имеет форму улитки с двумя разнонаправленными патрубками, где  - размер патрубка с сечением с, расширение d с высотой b и углом наклона , стенка улитки с толщиной ƒ, g, s, где s - минимальная толщина стенки, с соответствующей протяженностью стенок h, m, t, радиусы кривизны на чертеже обозначен Re, Ry, Rz.
а
Технологическая проба (фиг. 2) представляет собой полую форму, начало которой имеет сечение с протяженностью , далее переходит в сечение d протяженностью участка b с углом наклона , после имеется сужение с кривизной Re в сечение ƒ протяженностью Н, сужение до сечение g протяженностью m с радиусом перехода Ry, далее переход в сечение s протяженностью t с кривизной Rz, далее сплав накапливается в полости Z до оставшегося объема, имеющегося в готовой отливки будущей детали.
Осуществление полезной модели
В соответствии с настоящей полезной моделью была изготовлена технологическая проба в виде полой формы, имеющая сечение, протяженность, сужения и расширения, соответствующие геометрии (геометрическим особенностям) будущей отливки корпуса турбокомпрессора. Технологическая проба на заполняемость тонкостенной отливки изготовлена аддитивными технологиям и позволила смоделировать течение металла в будущей отливке с преобладающей толщиной стенки 3 мм. Параметры изделия и соответствующие параметры технологической пробы на заполняемость имели следующие данные (мм):
На изготовленных технологических пробах на заполняемость были отработаны режимы литья, успешно реализованные при заливки отливки, позволив избежать литейного дефекта «недолив».