Способ получения биметаллической отливки
BIMETALLIC CASTING METHOD

Изобретение относится к литью по выплавляемым моделям и может быть использовано в машиностроении.
Известен способ изготовления выплавляемых моделей, описанный в патенте RU № 2632051, при котором порошок модельного материала фракции 0,1 – 2,5 мм дозируют в пресс-форму и получают выплавляемые модели путем прессования в вакууме 80 – 98 кПа посредством совмещения поверхностей разъема пресс-формы со скоростью 0,2 – 1 мм/с, по завершении прессования модель выдерживают в пресс-форме 1 – 10 минут.
Данный способ обеспечивает равномерное распределение плотности в выплавляемой модели и минимизирование упругого отклика материала, что позволяет получать отливки с  высокой размерно-геометрической точностью.
К недостаткам данного способа относится отсутствие возможности изготавливать биметаллические отливки с высокой размерно-геометрической точностью.
Известен способ литья по выплавляемым моделям (см. https://cyberleninka.ru/article/v/novyy-sposob-litya-po-vyplavlyaemym-modelyam-s-kristallizatsiey-pod-davleniem), при котором на каркас наносят воскообразный модельный материал, затем на модельный материал с каркасом наносят слои огнеупорного материала, которые образуют неразъемную огнеупорную оболочковую форму, производят выплавление воскообразного модельного материала, заформовывают оболочковую огнеупорную форму в огнеупорный наполнитель, осуществляют их совместную прокалку и заливают металл. Заливают металл с температурой плавления ниже температуры плавления материала каркаса.
Данный способ не позволяет получить отливку высокой размерно-геометрической точности, так как воскообразный модельный материал на каркас наносят и формируют вручную.
Известен способ получения отливок по выплавляемым моделям (Литье по выплавляемым моделям/В.Ф. Гаранин, В.Н. Иванов, Казеннов и др.; Под общ.ред. В.А. Озерова. – 4 изд., переработ. и доп. – М.: Машиностроение, 1994. – 448 с.: ил.; см. стр.5-8), принятый заявителем за прототип, при котором в пресс-форме изготовляют модель отливки из воскообразного материала, на поверхности которой слоями наносят суспензию, сушат ее, получают неразъемную оболочковую форму, удаляют воскообразную модель из оболочковой формы и заливают металл в форму.
Известный способ не позволяет получить биметаллическую отливку высокой размерно-геометрической точности.
Указанный недостаток устраняется представленным техническим решением.
Задача, решаемая заявленным способом изготовления биметаллической отливки, заключается в минимизации упругого отклика и равномерном распределении плотности воскообразного материала выплавляемой модели, за счет чего повышается её размерно-геометрическая точность, что в свою очередь позволяет получить биметаллическую отливку высокой размерно-геометрической точности.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в получении биметаллической отливки высокой размерно-геометрической точности литьем по выплавляемым моделям.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биметаллической отливки, включающем изготовление воскообразной модели, получение неразъемной оболочковой формы на модели, выплавление воскообразной модели из формы, заливку металла, согласно изобретению, изготовляют каркас с размерами меньшими требуемого размера отливки из материала с температурой плавления большей температуры плавления материала отливки, каркас устанавливают в стальную пресс-форму, полость которой соответствует размерам и геометрии отливки, в пресс-форму дозируют порошок воскообразного модельного материала фракции 0,1 – 4 мм, который напрессовывают в вакууме 80 – 98 кПа, причем перемещают прессующие элементы пресс-формы со скоростью 0,2 – 2 мм/с, по завершении прессования полученную воскообразную  модель с каркасом выдерживают в сомкнутой пресс-форме не менее 1 минуты.
Новым в заявленном способе является то, что
- изготовляют каркас с размерами меньшими требуемого  размера отливки из материала с температурой плавления большей температуры плавления материала отливки,
- каркас устанавливают в стальную пресс-форму, полость которой соответствует размерам и геометрии отливки,
- в пресс-форму дозируют порошок воскообразного модельного материала фракции 0,1 – 4 мм,
- напрессовку модельного материала выполняют в вакууме под давлением 80 – 98 кПа,
- прессующие элементы пресс-формы перемещают со скоростью 0,2 – 2 мм/с,
- по завершении прессования полученную воскообразную  модель с каркасом выдерживают в сомкнутой пресс-форме не менее 1 минуты.
Благодаря тому, что каркас изготавливают с размерами меньшими размера требуемой биметаллической отливки из материала с температурой плавления большей температуры плавления материала отливки и устанавливают его в стальную пресс-форму, полость которой соответствует требуемым размерам и геометрии отливки, получают воскообразную выплавляемую модель высокой размерно-геометрической точности с каркасом, что позволяет литьем по выплавляемым моделям на каркас наносить слой отливки из требуемого более дорогого по стоимости (со свойствами отличными от свойств материала каркаса) металла с высокой размерно-геометрической точностью, а каркас служит прочностной основой для отливки. Экспериментально установлено, что стальная пресс-форма обеспечивает гарантированное отлипание воскообразной модели от пресс-формы, что также способствует получению воскообразной выплавляемой модели высокой размерно-геометрической точности.
В пресс-форму дозируют порошок воскообразного модельного материала фракции 0,1 – 4 мм. Использование воскообразных материалов фракции меньшей, чем 0,1 мм сопровождается их комкованием и риском попадания частиц в воздушные каналы. При использовании модельных материалов фракции больше, чем 4 мм наблюдается разрушение частиц на поверхности моделей с образованием поверхностных дефектов, повышается вероятность застревания частиц в узких участках пресс-формы, что может привести к искажению размеров и геометрии модели.
Благодаря тому, что прессование воскообразного модельного материала производится в вакууме под давлением 80 – 98 кПа, происходит равномерное распределение плотности материала в модели. Создание вакуума выше 98 кПа не приводит к необходимой величине разряжения. При создании вакуума ниже 80 кПа материал модели начинает поступать в воздушные каналы, что приводит к искажению геометрии выплавляемой модели.
Прессующие элементы пресс-формы перемещают со скоростью 0,2 – 2 мм/с. При скорости более 2 мм/с в участках модели происходит локальное переуплотнение и (или) появление усадочных дефектов. Создавать скорость менее 0,2 мм/с  технологически нецелесообразно.
Выдерживание модели в сомкнутой пресс-форме не менее 1 минуты обеспечивает перераспределение напряжений и минимизирует упругий отклик.
Вся совокупность признаков обеспечивает получение биметаллической отливки по выплавляемым моделям высокой размерно-геометрической точности.
Заявляемый способ получения биметаллической отливки по выплавляемым моделям осуществляют с помощью устройства, представленного на чертеже.  На фиг.1 показан разрез пресс-формы 1 с каналом 2 для откачки воздуха и прессующими элементами 3, в которую помещен каркас 4. На фиг.2 изображен разрез пресс-формы 1 с каналом 2 для откачки воздуха, в которую помещен каркас 4 с напрессованной на нем воскообразной моделью 5 и прессующие элементы 3 в сомкнутом состоянии. На фиг.3 изображен разрез неразъемной оболочковой формы 6 с размещенным в ней каркасом 4, на котором сформирована отливка 7,  выполненная из металла с температурой плавления меньшей, чем температура плавления металла каркаса 4.
Заявляемый способ получения биметаллической отливки литьем по выплавляемым моделям осуществляется следующим образом. Изготавливают каркас 4 размерами меньшими размеров биметаллической отливки из материала с температурой плавления большей, температуры плавления материала отливки. Каркас 4 помещают в пресс-форму 1, имеющую канал 2 для откачки воздуха. Полость пресс-формы соответствует требуемым размерам и геометрии отливки. В пресс-форму 1 дозируют порошок воскообразного модельного материала фракции 0,1 – 4 мм (например, 2,5 мм), который напрессовывают на каркас 4. Прессование модели осуществляют посредством перемещения прессующих элементов 3 со скоростью 0,2 – 2 мм/с (например, 1 мм/с) с одновременной откачкой воздуха из канала 2 с давлением вакуумирования 80 – 98 кПА (например, 90 кПа). Полученную воскообразную модель 5 выдерживают в сомкнутой пресс-форме не менее 1 минуты (например, 5 минут). Воскообразную модель 5 с каркасом 4 внутри извлекают из пресс-формы 1, наносят на нее слои неразъемной огнеупорной оболочковой формы 6. Оболочковую форму 6 сушат, выплавляют воскообразную модель 5. Оболочковую форму 6 прокаливают и нагревают до температуры плавления металла отливки 7. В полость неразъемной оболочковой формы 6, содержащей каркас 4, заливают расплавленный металл отливки 7. Полученную биметаллическую отливку охлаждают и извлекают из оболочковой формы 6.