ЛИТНИКОВАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к литейному производству, преимущественно, к литниковым системам, используемым для получения отливок методом направленной кристаллизации, в частности, применяемым при групповой отливке выполненных из жаропрочных сплавов монокристаллических лопаток газотурбинного двигателя.
Известна литниковая система литейной формы, используемая при групповой отливке методом направленной кристаллизации турбинных лопаток газотурбинных двигателей, содержащая выполненные в литейной форме общую для всех рабочих полостей заливочную чашу и питатель, общий, по меньшей мере для двух рабочих полостей литейной формы (см. патент РФ №2179087, МПК B22D 27/04, оп. 10.02.2002).
Недостатком известной литниковой системы является большой объем литниковой системы.
Наиболее близкой к заявленной является литниковая система литейной формы, используемая при групповой отливке методом направленной кристаллизации турбинных лопаток газотурбинных двигателей, содержащая выполненные в литейной форме общую для всех рабочих полостей заливочную чашу и питатели, индивидуальные для каждой из рабочих полостей литейной формы (см. патент США №7918265, МПК B22D 27/04, оп. 05.04.2011). После заливки расплавом рабочих полостей металл частично заполняет заливочную чашу, образуя объемную прибыльную часть в виде массивной пластины.
Недостатком известной литниковой системы является большой объем литниковой системы, а, следовательно, низкий коэффициент использования литейного сплава.
Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является уменьшение объема литниковой системы, а, как следствие этого, повышение коэффициента использования жаропрочного литейного сплава в полученной отливке при сохранении жесткости и прочности полученной групповой отливки (блока отливок).
Указанный технический результат достигается тем, в донной части заливочной чаши литниковой системы выполнена замкнутая канавка в форме плоской рамы, сообщающейся с питателями. Канавка, преимущественно, канавка проходит по периметру донной части заливочной чаши.
В частном случае, относящемся к литью, например, трех деталей, канавка имеет треугольную форму. В другом частном случае, относящемся к литью большего (но также нечетного) количества деталей целесообразно канавку выполнить кольцевой формы.
При литье четного количества деталей, канавку выполняют прямоугольной формы. В этом случае, питатели целесообразно выполнить в виде U-образных каналов, попарно объединяющих входы рабочих полостей литейной формы.
Наибольший результат в том случае, когда глубина канавки составляет 5-20% от глубины заливочной чаши.
На фиг.1 показан общий вид литейной формы с предлагаемой литниковой системой (аксонометрическая проекция).
На фиг.2 представлен вертикальный разрез А-А литейной формы, показанной на фиг.1 и заполненной расплавом жаропрочного сплава.
На фиг.3 представлен горизонтальный разрез Б-Б литейной формы, показанной на фиг.1, заполненной расплавом жаропрочного сплава.
На фиг.4 представлен вертикальный разрез В-В литейной формы, показанной на фиг.1.
На фиг.5 представлен горизонтальный разрез Б-Б литейной формы, показанной на фиг.1.
На фиг.6 показан блок отливок, полученный при использовании литейной формы с предлагаемой литниковой системой (аксонометрическая проекция).
Литниковая система конструктивно выполнена следующим образом. Рассмотрим литниковую систему в составе литейной керамической формы, предназначенной для получения группы (блока) отливок турбинных лопаток газотурбинного двигателя методом направленной кристаллизации. Керамическая форма 1 на фигуре 1 изображена в ее рабочем положении, т.е. в том положении, в котором производится заливка расплава жаропрочного сплава. Форма 1 снабжена заливочной чашей 2, рабочими полостями 3, имеющими форму отливок турбинных лопаток, затравочными полостями 4, а также питателями 5, каждый из которых сообщается с заливочной чашей 1 и с соответствующей рабочей полостью 3. В донной части 6 заливочной чаши 2 выполнена замкнутая канавка 7 в форме плоской рамы. Канавка 7 проходит по периметру донной части 6 заливочной чаши 2.
Под термином «рама» в технике вообще и в настоящей заявке, в частности, понимается «стержневая система, элементы которой (стойки, ригели, подкосы) в узлах жестко соединены между собой». Такое определение «рамы» содержится, например, в словаре Яндекса. Под термином «плоская рама» понимается такая рама, в которой оси симметрии всех элементов и линии действия внешних сил находятся в одной плоскости.
В предлагаемой конструкции донная часть 6 заливочной чаши 1 и канавка 7 расположены в горизонтальной плоскости. При этом канавка 7 образована продольными каналами 8 и поперечными каналами 9, расположенными друг по отношению к другу под прямым углом. Однако этим не исчерпывается возможное многообразие частных форм выполнения замкнутой канавки 7. Так, например, для отливки блока, состоящего из трех отливок наиболее экономично (с точки зрения расходования дорого литьевого сплава) выполнить канавку треугольной формы (не показан), причем, с питателями 5 такая канавка будет сообщаться в углах треугольника канавки. Для отливки блока, состоящего из большего нечетного количества отливок (из 5 или 7 штук) целесообразно использовать канавку 7 кольцевой формы, расположив рабочие полости 3 симметрично вокруг вертикальной оси, проходящей через центр кольца, образованного канавкой (не показана). Для отливки блока, состоящего из четного количества отливок наиболее целесообразно выполнить канавку 7 в форме плоской прямоугольной рамы, как это показано на фигурах 1 и 5. В этом случае, питатели 5 могут быть выполнены в виде U-образных каналов, попарно объединяющих входы рабочих полостей литейной формы (фиг.2, 4).
Наглядное представление о конструкции предложенной литниковой системы дает вид блока отливок, полученного при использовании литейной формы с предлагаемой литниковой системой (фиг.6). Сплав в канавке 7 после кристаллизации образует легкую, но достаточно жесткую и прочную раму 10. Тот же сплав, кристаллизовавшийся в U-образных каналах питателей 5, соединенных с рамой 10, еще более повышает жесткость и прочность полученной групповой отливки (блока отливок).
Отливки получают следующим образом.
В затравочные полости 4 керамической формы 1 устанавливают затравки и торцы полостей заделывают керамической замазкой. Форму 1 на подвесе (например, на опорной балке, проходящей под формой в зазоре между рабочими полостями) помещают в вакуумную печь и нагревают до температуры 1550±20°С. Дают выдержку 2-3 минуты, в течение которой происходит прогрев формы 1. В другой печи (например, индукционного типа) расплавляют жаропрочный сплав типа ЖС и заливают его в заливочную чашу 2 керамической формы 1. Расплав жаропрочного сплава стекает по донной части 6 заливочной чаши 2 в канавку 7, оттуда расплав распределяется по питателям 5 и затем заполняет рабочие полости 3. После заполнения рабочих полостей 3 и канавки 7 заливку жаропрочного справа прекращают. После этого заполненную форму на подвесе начинают опускать с заданной скоростью в предварительно расплавленный жидкометаллический охладитель (например, алюминий или олово). В расплаве жаропрочного сплава начинается процесс направленной кристаллизации. Погружение прекращают по достижении формой 1 заданной глубины. После завершения процесса кристаллизации жаропрочного справа керамическую форму 1, используя подвес, извлекают из печи. Полученные изделия - блоки отливок турбинных лопаток газотурбинного двигателя (фиг.6) очищают от керамики, отделяют прибыльные части, роль которых выполняет литниковая система, и оценивают качество полученных лопаток.
Замкнутая канавка в форме плоской рамы имеет значительно меньший объем, чем пластина в решении-прототипе, чем существенно повышается коэффициент использования дорогостоящего жаропрочного сплава. Кроме того, указанная канавка, заполненная кристаллизовавшимся расплавом, становится самонесущим конструктивным элементом, что обеспечивает достаточную жесткость и прочность формы с отливкой при извлечении ее на подвесе из жидкометаллического охладителя. При выполнении питателей в виде U-образных каналов, попарно объединяющих входы рабочих полостей литейной формы, общая жесткость и прочность формы с отливкой еще более возрастает. Наилучший результат достигается, когда глубина канавки 7 составляет 5-20% от глубины заливочной чаши (вместе с канавкой). При глубине менее 5% не удается сохранить требуемую жесткость и прочность, а при глубине более 20% существенно уменьшается коэффициент использования литьевого сплава.