СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКОВОЙ ОГНЕУПОРНОЙ ФОРМЫ
METHOD OF MAKING REFRACTORY SHELL MOULD

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способу изготовления оболочковых огнеупорных форм для получения отливок из металлов и сплавов литьем по выплавляемым моделям.
Известны способы изготовления оболочковых огнеупорных форм, предусматривающие изготовление восковой модели, послойное нанесение на нее огнеупорного покрытия, выплавление восковой модели в горячем теплоносителе: вода, пар, расплав модельного состава, или воздух (Литье по выплавляемым моделям, Шкленник Я.И., Озеров В.А., и др. - М.: Машиностроение, 1984.) Достоинством этих известных способов изготовления оболочковых огнеупорных форм являются простота реализации и низкая энергоемкость процесса.
Недостатком этих известных способов является высокий процент брака по трещинам в оболочковых огнеупорных формах, которые появляются при проведении операции выплавления восковой модели. Трещины возникают из-за увеличения давления нагревающейся восковой модели на оболочковую форму изнутри, вследствие более значительного расширения материала восковой модели по сравнению с расширением оболочковой формы, поскольку коэффициент термического расширения у материала восковой модели значительно выше, чем у материала оболочковой формы. При использовании для изготовления оболочковых форм огнеупорных материалов с низким коэффициентом термического расширения, таких как плавленый кварц, высокоглиноземистый шамот, электрокорунд растрескивание оболочковых форм происходит особенно сильно.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления оболочковых огнеупорных форм, предусматривающий изготовление восковой модели, послойное нанесение на нее огнеупорного покрытия и выплавление восковой модели в автоклаве с помощью перегретого (до 120°C и более) пара, интенсифицирующего процесс выплавления не только за счет высокой температуры, но и за счет обеспечения высокого давления (Специальные способы литья: Справочник / В.А. Ефимов, Г.А. Анисович, В. Н. Бабич и др. - М.: Машиностроение, 1991. - 238-239 с). Высокое давление и высокая температура способствуют форсированному нагреву оболочковой формы и быстрому началу плавления материала восковой модели. Расплавленный модельный состав, из которого изготовлена восковая модель вследствие своей жидкотекучести выдавливается за пределы оболочковой формы, тем самым стабилизируя давление внутри оболочковой формы, что предотвращает образование трещин в оболочковой форме. Достоинства этого способа: отсутствие дефектов оболочковых форм по трещинам, высокая скорость проведения операции выплавления восковой модели.
Недостатком этого наиболее близкого к предлагаемому изобретению способа изготовления оболочковых форм является высокая энергоемкость процесса, необходимость в дополнительных затратах на обслуживание работающего под давлением автоклава и его высокая стоимость.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является предотвращение растрескивания оболочковой формы при выплавлении из нее восковой модели.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления оболочковой огнеупорной формы для получения отливок литьем по выплавляемым моделям, предусматривающем изготовление восковой модели, последующее формирование оболочковой формы путем послойного нанесения на восковую модель огнеупорного покрытия с сушкой каждого из слоев и выплавление восковой модели, .. дополнительно, перед операцией выплавления, восковую модель с нанесенной на нее оболочковой формой охлаждают на 7-16°C (таблица)
Способ изготовления оболочковой огнеупорной формы для получения отливок литьем по выплавляемым моделям осуществляют в следующей последовательности. Вначале изготавливают восковую модель, за тем на нее послойно наносят огнеупорное покрытие, подвергая сушке каждый из слоев. После этого восковую модель отливки вместе с нанесенным на нее огнеупорным покрытием (оболочковой формой) охлаждают на 7-16°C (Таблица), путем помещения ее в холодную среду (жидкостную или газообразную). В процессе охлаждения оболочковой формы и восковой модели происходит их неравномерная термическая усадка из-за разницы в коэффициентах термического расширения материалов, из которых они изготовлены. У материала восковой выплавляемой модели значение коэффициента термического расширения намного превышает значение коэффициента термического расширения материала огнеупорной оболочковой формы. Эта неравномерная термическая усадка материала оболочковой формы и материала восковой модели приводит к появлению зазора между ними. Контроль температуры оболочковой формы и восковой модели производят контактной термопарой или другим доступным способом. При достижении оболочковой формой и восковой моделью требуемой температуры (эта температура, в зависимости от размеров формы, на 7-16°C ниже температуры оболочковой формы и восковой модели до начала операции охлаждения (таблица)) производят операцию выплавления восковой модели из оболочковой формы, для чего охлажденную оболочковую форму с воской моделью извлекают из холодной среды и помещают в горячий теплоноситель. В процессе нагрева оболочковой формы и восковой модели, зазор между ними препятствует значительному механическому воздействию расширяющегося материала восковой модели на оболочковую форму, поэтому оболочковая форма, не растрескиваясь, разогревается до высокой температуры, достаточной для начала плавления материала восковой модели. Тепло от разогретой оболочковой формы передается к восковой модели, расплавляя ее. Расплавленный материал восковой модели, вследствие своей жидкотекучести, выдавливается за пределы оболочковой формы, тем самым стабилизируя давление внутри оболочковой формы, что предотвращает ее растрескивание.
Примеры применения данного изобретения. Пример 1 (Таблица).
При изготовлении оболочковых форм из огнеупорного материала плавленый кварц, для получения отливок со средним габаритным размером 40 мм, по традиционному процессу - без проведения операции охлаждения, с выплавлением восковой модели в ванне с горячей водой, нагретой до 95°C, до 80% всех оболочковых форм растрескивались. При использовании данного изобретения, а именно, при охлаждении оболочковых форм с восковыми моделями в холодной воде на 15°C (с 26°C до 11°C), перед проведением операции выплавления в ванне с горячей водой, нагретой до 95°C, растрескивание оболочковых форм было полностью устранено.
Пример 2 (Таблица).
При изготовлении оболочковых форм из огнеупорного материала плавленый кварц, для получения отливок со средним габаритным размером 80 мм, по традиционному процессу - без проведения операции охлаждения, с выплавлением восковой модели в ванне с горячей водой, нагретой до 95°C, до 85% всех оболочковых форм растрескивались. При использовании данного изобретения, а именно, при охлаждении оболочковых форм с восковыми моделями в холодной воде на 10°C (с 26°C до 16°C), перед проведением операции выплавления в ванне с горячей водой, нагретой до 95°C, растрескивание оболочковых форм было полностью устранено.
Пример 3 (Таблица).
При изготовлении оболочковых форм из огнеупорного материала плавленый кварц, для получения отливок со средним габаритным размером 120 мм, по традиционному процессу - без проведения операции охлаждения, с выплавлением восковой модели в ванне с горячей водой, нагретой до 95°C, до 90% всех оболочковых форм растрескивались. При использовании данного изобретения, а именно, при охлаждении оболочковых форм с восковыми моделями в холодной воде на 10°C (с 26°C до 16°C), перед проведением операции выплавления в ванне с горячей водой, нагретой до 95°C, растрескивание оболочковых форм было полностью устранено.
Пример 4 (Таблица).
При изготовлении оболочковых форм из огнеупорного материала плавленый кварц, для получения отливок со средним габаритным размером 160 мм, по традиционному процессу - без проведения операции охлаждения, с выплавлением восковой модели в ванне с горячей водой, нагретой до 95°C, до 100% всех оболочковых форм растрескивались. При использовании данного изобретения, а именно, охлаждении оболочковых форм в среде холодного воздуха (в кондиционируемом помещении) на 7°C, (с 26°C до 19°C) перед проведением операции выплавления в ванне с горячей водой, нагретой до 95°C, растрескивание оболочковых форм было полностью устранено.
Пример 5 (Таблица).
При изготовлении оболочковых форм из огнеупорного материала плавленый кварц, для получения отливок со средним габаритным размером 50 мм, по традиционному процессу - без проведения операции охлаждения, с выплавлением восковой модели в горячем воздухе, нагретом до 150°C, все оболочковые формы растрескивались. При использовании данного изобретения, а именно, при охлаждении оболочковых форм с восковыми моделями в холодном воздухе на 16°C (с 26°C до 10°C), перед проведением операции выплавления в среде горячего воздуха, нагретого до 150°C, растрескивание оболочковых форм было полностью устранено.
Пример 6 (Таблица).
При изготовлении оболочковых форм из огнеупорного материала плавленый кварц, для получения отливок со средним габаритным размером 50 мм, по традиционному процессу - без проведения операции охлаждения, с выплавлением восковой модели в расплаве модельного состава, нагретого до 120°C, 80% оболочковых форм растрескивалось. При использовании данного изобретения, а именно, при охлаждении оболочковых форм с восковыми моделями в холодном воздухе на 13°C (с 26°C до 13°C), перед проведением операции выплавления восковой модели в среде расплава модельного состава, нагретого до 120°C, растрескивание оболочковых форм было полностью устранено.
Таблица
Размеры форм (отливок)
Возникновение растрескивания форм из огнеупорного материала плавленый кварц, при проведении операции выплавления воскового модельного состава, в зависимости от величины их охлаждения, %
Без проведения операции охлаждения
При охлаждении форм на 4-7°C
При охлаждении форм на 7-10°C
При охлаждении форм на 10-13°C
При охлаждении форм на 13-16°C
1. формы для отливок со средним габаритным размером до 50 мм.
80
40
15
5
0
2. формы для отливок со средним габаритным размером от 50 до 100 мм.
85
35
10
0
0
3. формы для отливок со средним габаритным размером от 100 до 150 мм.
90
30
5
0
0
4. формы для отливок со средним габаритным размером свыше 150 мм.
100
20
0
0
0
Предлагаемый способ изготовления оболочковой огнеупорной формы с совокупностью своих существенных признаков позволяет избежать появления трещин в оболочковой огнеупорной форме, за счет формирования зазора между выплавляемой моделью и огнеупорной оболочкой перед проведением операции по выплавлению модели из оболочковой огнеупорной формы, обуславливающего целостность формы огнеупорной оболочки при выплавлении модели, а также позволяет избежать дополнительных расходов на приобретение дорогостоящего оборудования, на его обслуживание и расходов на энергоносители.