Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок литьем по газифицируемым моделям
METHOD OF MANUFACTURING MODELS FROM EXPANDED POLYSTERENE FOR OBTAINING COMPOSITE CASTINGS BY CASTING ACCORDING TO GASIFIED MODELS

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам литья по газифицируемым моделям, и может быть использовано для получения композиционных отливок из железоуглеродистых и цветных сплавов.
Из уровня техники известны способы изготовления моделей из пенополистирола, при которых легирующие элементы наносят на гранулы пенополистирола перед их вспениванием в пресс-форме (SU 304049, В22С 7/02, 25.05.1971), или вводят добавки в пресс-форму одновременно с гранулами пенополистирола (SU 904872, В22С 7/02, 15.02.1982). Недостатком данных способов является значительный расход легирующих добавок и их неравномерное распределение в объеме отливки.
Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок методом литья по газифицируемым моделям (Пат. 2620422 Российская Федерация, МПК7 В22С 7/02. Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композитных отливок методом литья по газифицируемым моделям / А.Ю. Лещев, П.Г. Овчаренко. - 2015144823; заявл. 19.10.2015; опубл. 25.05.2017, Бюл №15). Указанный способ, взятый в качестве прототипа, хотя и обеспечивает некоторое повышение равномерности распределения легирующих элементов в композиционных отливках простейшей конфигурации, имеет следующий ряд существенных недостатков:
- предварительная установка элементов в пресс-форму и последующее заполнение пенополистиролом не позволяет качественно разместить эти элементы в сложнопрофильных и тонкостенных моделях;
- создание переходного слоя на элементах в виде пудры не обеспечивает равномерное распределение легирующих частиц в объеме модели, поскольку последующее вдувание гранул пенополистирола разрушает целостность покрытия из пудры;
- нанесение покрытия на элемент в виде краски или пасты нарушает стабильность химического состава композиционной отливки, так как в состав краски и пасты входят дополнительные вещества: связующее, технологические добавки, наполнитель и др.;
- при автоматическом изготовлении пенополистироловых моделей в пресс-форме послойное помещение гранул пенополистирола с легирующими элементами в оснастке трудно осуществимо, поэтому способ прототипа применим только при ручных способах изготовления простых по конфигурации толстостенных моделей с большими затратами времени на эту технологическую операцию;
- необходимость изготовления специальных пресс-форм и сложность фиксации элементов, остающихся в модели из пенополистирола в пресс-формах;
- вводимые в состав пенополистироловой модели элементы обладают только легирующим действием на сплав композиционной отливки и не позволяют комплексно влиять на ее структуру и свойства, например, за счет модифицирующего и армирующего воздействий.
Таким образом, введение легирующих элементов в полистироловые модели по способу прототипа не позволяет качественно изготавливать литьем по газифицируемым моделям композиционные отливки, в особенности сложнопрофильные и тонкостенные.
В основу изобретения положена техническая задача - разработка способа изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок литьем по газифицируемым моделям, который обеспечил бы равномерное ускоренное распределение в пенополистироловой модели элементов, обладающих комплексным легирующим, модифицирующим и армирующим действием, для улучшения качества изготовления литьем по газифицируемым моделям сложнопрофильных тонкостенных композиционных отливок.
Указанная задача решается таким образом, что в способе изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционной отливки методом литья по газифицируемым моделям, включающий засыпку гранул пенополистирола, вспенивание гранул в пресс-форме, использование по меньшей мере одного элемента, улучшающего механические свойства отливки и фиксируемого в модели, согласно изобретению легирующие, модифицирующие и армирующие композиционную отливку элементы устанавливаются в пенополистироловую модель после извлечения ее из пресс-формы путем прошпиливания модели электродами из тугоплавких и высокотвердых металлов и сплавов с расстоянием между ними 5-15 см, причем электроды предварительно изгибают в соответствии с конфигурацией сложнопрофильной модели.
Установка элементов в модель после удаления ее из пресс-формы обеспечивает строго определенное положение элементов, без их сдвигов и деформации при заполнении пресс-формы гранулами пенополистирола, как это имеет место в прототипе. При этом использование тонких гибких электродов в качестве элементов позволяет получить тонкостенные сложнопрофильные модели для фасонных отливок широкого назначения. Элементы являются не только легирующими как в прототипе, но и модифцирующими и армирующими композиционную отливку. Прошпиливание моделей электродами из тугоплавких и высокотвердых металлов и сплавов создает условия для стабильного и надежного расположения и крепления электродов в модели. При этом легирующие, модифицирующие и армирующие элементы связаны в электроде в монолит и размещены равномерно в матрице композиционной отливки. Изгиб электродов в соответствии с конфигурацией сложнопрофильной модели позволяет распределить электроды равномерно в объеме модели, особенно, если она является сложнопрофильной и тонкостенной. Расстояние между электродами в модели 515 см обеспечивает мелкозернистую структуру матрицы композиционной отливки в результате ее высокой скорости охлаждения, а также требуемый армирующий эффект.
Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок литьем по газифицируемым моделям осуществляют следующим образом.
После удаления модели из пресс-формы производят прошпиливание модели электродами из тугоплавких и высокотвердых металлов и сплавов. Предварительно электроды изгибают в соответствии с конфигурацией сложнопрофильной модели. Электроды также могут быть заострены и механически обработаны для удобства помещения их внутрь пенополистироловой модели. Расстояние между электродами составляет 5-15 см.
При расстоянии между электродами в пенополистироловой модели меньше, чем 5 см не удается качественно сформировать матрицу композиционной отливки. Расстояние между электродами больше, чем 15 см не обеспечивает мелкозернистую структуру матрицы и необходимый армирующий эффект для композиционной отливки. Затем модели подвергаются покраске, заформовываются песком в вакуумируемые опоки и заливаются сплавами с формированием композиционных отливок.
Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок литьем по газифицируемым моделям иллюстрируется следующим примером.
Пример. Засыпают гранулы пенополистирола в пресс-форму и осуществляют вспенивание гранул с формированием пенополистироловой модели. После извлечения из пресс-формы модель прошпиливают неплавящимися вольфрамовыми электродами диаметром 1,6 мм и длиной 175 мм. Предварительно электроды изгибают в соответствии с конфигурацией композиционной отливки «вилка». Электроды заостряют для технологичности проведения операции прошпиливания. Варьируют расстояние между электродами: 5; 8; 15 см. Параллельно для получения сравнительных данных изготавливают пенополистироловые модели согласно прототипу. Используя модели, изготавливают композиционные отливки с матрицей из алюминиевого сплава АК 7 по традиционной технологии литья по газифицируемым моделям. Сравнительные показатели способов изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок представлены в таблице 1.
Анализ представленных в таблице данных показывает, что заявленный способ позволяет обеспечить равномерное ускоренное распределение в пенополистироловой модели элементов, обладающих легирующим, модифицирующим и армирующим действием на композиционные отливки. Учитывая повышенные технологические свойства, заявленный способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок может быть рекомендован для внедрения в любых отечественных и зарубежных цехах литья по газифицируемым моделям.