ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА

Полезная модель относится к области литейного производства, а именно к созданию литьевых моделей, используемых в качестве выжигаемых моделей.
Известны стереолитографические (далее СЛ) модели используемые в качестве выжигаемых недостатком которых является растрескивание и последующее разрушение керамических оболочек на стадии удаления модельного материала, что, в конечном счете, приводит к браку литья. (пат. РФ №2148465 МПК B22C 9/04 опубл. 10.05.2000 г.)
Основная причина разрушения керамических форм в процессе выжигания связана с различием коэффициентов теплового расширения материала СЛ моделей и керамики. При нагреве материал СЛ модели расширяется быстрее, чем материал керамической оболочки, тем самым оказывает внутреннее давление на керамическую форму.
Из патентной литературы известен способ получения отливок по выжигаемым моделям, изготовленным с помощью лазерного послойного синтеза, включающий подсоединение к модели литниковой системы, нанесение на поверхность модели оболочки из термостойкого материала, нагрев для удаления находящегося внутри оболочки материала и образования литейной формы, а также заливку расплавленного металла в литейную форму, (пат. EП 0649691A1, МПК В22C 7/02, 1995 г.)
Недостатком известного способа является неудовлетворительное качество отливок.
Наиболее близким аналогом предлагаемого решения является технология QuickCast разработанная компанией 3D Systems США. По прототипу Литейная форма содержит керамическую оболочку и размещенную в ней литьевую модель. В прототипе, литьевая модель имеет внутреннюю открытую решетчатую структуру, состоящую из массива связанных перегородок в форме шестигранника. (Yousef Norouzi, Sadegh Rahmati, Yousef Hojjat, (2009) "A novel lattice structure for SL investment casting patterns", Rapid Prototyping Journal, Vol.15 Iss: 4, pp.255-263)
Недостатками прототипа является большой расход модельного материала.
Задача предлагаемого технического решения заключается в снижении брака при выжигании литьевых моделей и экономия модельного материала.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле полезной модели общих с прототипом, таких как литейная форма, содержит керамическую оболочку и размещенную в ней литьевую модель, и отличительных существенных признаков, таких как литьевая модель имеет внутри организованную ячеистую структуру на основе объемно-центрированных кубических ячеек Вигнера-Зейтца (Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. T.1. М.: Мир, 1979.)
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - достигается существенное сокращение объема модели, а, следовательно, и массы модельного материала.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами. На фиг.1 представлена схема работы стереолитографической машины; на фиг.2 разрез предлагаемой литейной формы; на фиг.3 - объемно-центрированная кубическая ячейка Вигнера-Зейтца.
Предлагаемая литейная форма (фиг.2), содержит керамическую оболочку 1 и размещенную в ней литьевую модель 2. Литьевая модель имеет внутри организованную ячеистую структуру 3 на основе объемно-центрированных кубических ячеек Вигнера-Зейтца(фиг.3).
Суть технологии стереолитографии заключается в послойном построении изделия, используя компьютерную модель. При построении происходит процесс добавления материала, в отличие от традиционных методов обработки, при которых геометрия изделия создается, за счет удаления материала. Процесс работы стереолитографической машины схематично изображен на фиг.1 где позицией 4 обозначен бак; 5 - фотополимерный материал; 6 - платформа; 7 - поверхность материала; 8 лучи света; 9 - источник света; 10 - механизм опускания платформы
и осуществляется следующим образом:
- Материал основы - жидкий фотополимер, т.е. материал изначально находится в жидком состоянии и затвердевает под действием света;
- На толщину одного слоя ниже поверхности жидкого полимера располагается базовая платформа, перемещающаяся вертикально;
- Источником света является лазер, сканирующий слой фотополимерного материала над платформой, тем самым отверждая материал;
- Базовая платформа опускается в резервуар с материалом на толщину одного слоя, производится выравнивание материала и последующее сканированием лазером нового слоя.
Технический результат достигается за счет снижения напряженного состояния между СЛ моделью и керамической оболочкой в процессе теплового воздействия за счет конструктивных изменений СЛ модели.
Конструктивные изменения СЛ модели заключаются в замене монолитной модели на модель эквивалентной формы, представляющей собой оболочку с внутри организованной ячеистой структурой. Ячеистая структура в такой модели выступает несущим каркасом. Пример оболочечной модели с ячеистой структурой показан на фиг.2.
Указанное конструктивное изменение производится на стадии компьютерного проектирования СЛ модели.
Предлагаемая внутренняя структура представляет собой стержневой массив образованный периодическим копированием типовой единичной ячейки. В качестве единичной ячейки выступает объемно-центрированная кубическая ячейка Вигнера-Зейтца представленная на фиг.3. Данная ячейка является периодической. И из всех периодических структур имеет минимальную поверхность ячейки при заданном объеме, что является преимущественной характеристикой, в сравнении с аналогами. Ячейка является геометрически симметричной по взаимно перпендикулярным осям, что позволяет рассматривать ее, как изотропную в данных направлениях.
Благодаря использованию предлагаемых СЛ моделей с внутри организованной ячеистой структурой достигается существенное сокращение объема модели, а, следовательно, и массы модельного материала. Таким образом, количество материала, которое должно быть удалено в процессе выжигания будет уменьшаться. В связи с этим, процесс выгорания будет идти быстрее. При этом достигается экономический эффект, связанный с экономией модельного материала.
Наличие в СЛ модели пустот снижает ее механическую прочность и устойчивость. Изменяя геометрические параметры ячеистой структуры, достигается управление процессом деформации СЛ модели при нагревании. Процесс деформации характеризуется объемным расширением СЛ в начальной стадии нагревания, последующей потерей устойчивости ячеистой конструкции в определенном диапазоне температур и разрушением ячеистой конструкции. Таким образом, ослабляя СЛ модель достигается снижение внутреннего давления на керамическую оболочку.
Хотя настоящая полезная модель описана посредством примеров ее выполнения, объем данной полезной модели не ограничивается этими примерами, но определяется лишь формулой полезной модели с учетом возможных эквивалентов.