Способ получения выплавляемой модели тела вращения
METHOD FOR OBTAINING LOST-WAX MODEL OF A BODY OF REVOLUTION

Изобретение относится к способам изготовления выплавляемых моделей в литье по выплавляемым моделям и может быть использовано в машиностроительной отрасли народного хозяйства.
Известен способ получения выплавляемой модели, описанный в патенте РФ № 2188735, согласно которому выплавляемую модель изготавливают из модельного порошкообразного материала фракции 0,1-1,6 мм, который дозируют в пресс-форму в количестве, обеспечивающем получение моделей с пористостью 3-10%, и без предварительного нагрева прессуют посредством совмещения поверхностей разъемов пресс-формы.
Недостатком этого способа является сложность конструкции пресс-формы для получения выплавляемой модели тела вращения, поскольку при таком способе получение выплавляемой модели с одинаковыми свойствами на всех участках поверхности представляется затруднительным.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому способу, является принятый за прототип способ, описанный в а.с. СССР №390862, при котором формование тела вращения осуществляют за счет действия центробежных сил во время вращения литейной формы на введенный в литейную форму разогретый порошкообразный материал и расплав связующего материала, в частности, парафина. По окончании формирования тела вращения оно извлекается из формы и направляется на дальнейшие стадии обработки.
Реализация такого способа приводит к формированию тела вращения из расплава связующего материала, парафина, и разогретого порошкового материала, при этом температура связующего материала и порошкового материала отличаются от температуры литейной формы, что приводит к появлению на поверхности сформированного тела вращения характерных для литья дефектов: коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и литейной формы. Кроме того, при остывании связующего материала за счет уменьшения объема последнего, возможно проявление усадки. Отмеченное выше в совокупности не обеспечивает на поверхности сформированного тела вращения требуемой чистоты поверхности с низкой шероховатостью. Использование такого принципа формирования выплавляемых моделей для получения отливок по выплавляемым моделям затрудняется тем, что на этапе удаления модельной массы из керамической оболочковой формы в результате теплового расширения модельная масса оказывает разрушающее воздействие на внутреннюю поверхность керамической оболочковой формы, в ряде случаев приводя к образованию трещин в последней.
Эти недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.
Задачей заявляемого изобретения является получение выплавляемой модели тела вращения с требуемой геометрией и требуемой шероховатостью, без характерных для литья дефектов: усадки, а также коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и формы.
Технический результат, достигаемый при этом способе, заключается в получении выплавляемой модели тела вращения с требуемой геометрией и требуемой шероховатостью, с поверхностью без характерных для литья дефектов: усадки, а также коробления поверхности и слоистости, образующихся в результате разницы температур материала и формы.
Указанная задача решается благодаря тому, что в способе получения выплавляемой модели тела вращения, включающим дозированную подачу материала в форму в виде тела вращения, вращение формы до получения сформированной модели, согласно изобретению, используют форму с внутренним радиусом не менее 3 см, форму вращают относительно ее вертикальной оси с частотой 6000-15000 об/мин, в качестве материала используют воскообразную модельную композицию в виде порошка фракций не менее 0,4 мм и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%: модельная композиция 95-99, вода 1-5.
Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом объясняется следующим образом.
В качестве материала для получения выплавляемой модели тела вращения используют воскообразную модельную композицию в виде порошка и воды, внесенных в форму, в которой под действием центробежной силы частицы порошка уплотняются на внутренней поверхности вращающейся литейной формы без подведения внешних источников тепла, а т.к. вода имеет большую плотность чем модельная композиция, то под действием центробежной силы она вытесняется на поверхность формируемой модели и обеспечивает получаемой выплавляемой модели требуемую шероховатостью и геометрию. За счет центробежного уплотнения порошкового материала образуется тело выплавляемой модели с поверхностью без характерных для литья дефектов: усадки, коробления поверхности и слоистости.
Вышеизложенное справедливо для порошков воскообразной модельной композиции фракций не менее 0,4 мм. При использовании модельной композиции фракций менее 0,4 мм наблюдается комкование порошкового материала, что затрудняет равномерное распределение материала на начальных стадиях уплотнения и приводит к нарушению геометрии выплавляемой модели тела вращения.
Использование воды в количестве менее 1% по массе приводит к возникновению участков на поверхности модели, контактирующих с формой без водной прослойки, что приводит к повышению шероховатости выплавляемой модели. Использование воды в количестве более 5% по массе приводит к формированию волнистости и складок на поверхности выплавляемой модели.
3
Дозированная подача воскообразной модельной композиции и воды в форму обеспечивает требуемые толщину стенок выплавляемой модели, геометрию и шероховатость. Технологически приемлемая плотность выплавляемой модели, получаемой прессованием порошка ПС50/50, при которой достигаются требуемые размерно-геометрические и прочностные характеристики прессовки, принадлежит диапазону 0,810-0,921 г/см. Такая плотность по данным работы [Жилин С.Г., Богданова Н.А., Комаров О.Н., Соснин А.А. Снижение упругого отклика при уплотнении порошковой парафиностеариновой композиции // Деформация и разрушение материалов. 2020. № 1. С. 29-33.] обеспечивает выплавляемым моделям пористость в диапазоне 0-12%, что позволяет повысить трещиностойкость оболочковых форм, сформированных по таким выплавляемым моделям.
Получение выплавляемой модели с требуемой плотностью определяется массой дозированного материала с водой, частотой вращения формы и величиной ее внутреннего радиуса. Значения рабочей частоты вращения формы, внутреннего радиуса формы и массы дозированного материала определены экспериментально и представлены в таблице.
В таблице приведены экспериментально полученные значения плотности тел вращения при центробежном уплотнении парафино-стеариновой композиции ПС 50/50 с водой при различных радиусах формы, массах материала и частотах вращения для получения выплавляемой модели цилиндрической формы с толщиной стенки 1 см.
Из таблицы следует, что требуемая плотность тела вращения достигается при условиях, характерных для данных, представленных в строках таблицы с порядковыми номерами Nп/п: 4, 7, 10, 13, 14.
Способ осуществляют следующим образом. Образующую поверхность формы смачивают разделительным составом, например, керосином. Вносят в форму в виде тела вращения дозированное количество смеси порошка воскообразной модельной композиции с водой. Форму, закрепленную на роторе центрифуги или в патроне станка, вращают относительно ее вертикальной оси. Формирование наружной поверхности модели происходит на границе контакта со слоем воды, который в виды большей плотности, чем плотность материала ПС50/50, распределяется на внутренней поверхности вращающейся формы. Наличие воды на внутренней поверхности формы позволяет уменьшить шероховатость формируемой удаляемой модели. Сформированную в форме за счет воздействия центробежной силы на порошок воскообразной модельной композиции выплавляемую модель тела вращения удаляют из формы выдавливанием или извлекают вручную, после разъединения разъемных частей формы.
Заявляемое техническое решение осуществляют следующим образом. Образующую поверхность формы смачивают разделительным составом, например, керосином. Предварительно подготовленную смесь, содержащую воду по массе в количестве 2%, с модельной воскообразной композицией, например, парафино-стеаринового состава ПС 50/50, фракции 1,2 мм, по массе в количестве 98% дозой помещают в форму тела вращения радиусом, например, 15 см. Форму, закрепленную на роторе центрифуги вращают относительно ее вертикальной оси.
3
Для формирования выплавляемой модели цилиндрической формы высотой 10 см и толщиной стенки 1 см с плотностью 0,921 г/см в форму в виде полого цилиндра с дном и крышкой засыпают порошок марки ПС50/50 массой 839 г перемешанный с водой массой 16 г. Частота вращения формы для представленных выше параметров составляет 6200 об/мин., что следует из таблицы. Форму приводят во вращение, достигают значения частоты вращения 6200 об/мин. Экспериментально установлено, что время вращения не оказывает существенного влияния на плотность формируемой выплавляемой модели тела вращения. В ходе эксперимента установлено, что для достижения требуемой плотности модели достаточно вращения формы до 5 мин. Вращают форму около 4 минут. Вращение формы прекращают; после остановки формы извлекают выплавляемую модель тела вращения.