Вариант тонкостенного стального литья ответственного назначения

Язык труда и переводы:
УДК:
621.74
Дата публикации:
27 мая 2022, 20:13
Категория:
Кузнечно-штамповочное
Авторы
Явтушенко Павел Михайлович
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Леушин Игорь Олегович
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Грачев Александр Николаевич
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Романов Антон Сергеевич
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Леушина Любовь Игоревна
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Аннотация:
Рассмотрены проблемы и актуальные тенденции получения тонкостенных стальных заготовок ответственного назначения. Представлен способ литья по выжигаемым аддитивным моделям, включающий изготовление моделей, сборку модельного блока, послойное нанесение на его поверхность огнеупорной суспензии, последовательную сушку каждого из слоев, помещение модельного блока в опоку, одновременные спекание керамической оболочки и выжигание модельного блока и последующую заливку формы металлическим расплавом в условиях ее вакуумирования, охлаждение отливок в форме, выбивку и другие финишные операции.
Ключевые слова:
тонкостенное стальное литье, огнеупорная суспензия, аддитивная технология, литье по выжигаемым аддитивным моделям
Основной текст труда

Получение тонкостенных стальных заготовок ответственного назначения сопряжено с целым рядом проблем: недостаточный уровень жидкотекучести и формозаполняемости стали; противодавление металлическому сплаву, заполняющему узкие участки формы, соответствующие тонким стенкам будущей отливки, на фоне ограниченной газопроницаемости литейной формы; физико-химическое взаимодействие металла с материалом литейной формы в области рабочих температур заливки и формирования отливки [1, 2].

На сегодняшний день актуальными тенденциями становятся производство отливок ответственного назначения по термоудаляемым моделям с применением аддитивных технологий 3D-печати, а также наложение на металлический расплав различных внешних воздействий, что предопределяет необходимость проведения дополнительных исследований указанной предметной области.

Авторами были сформулированы собственные варианты решения указанных проблем.

Например, предлагаемый способ сборки блока удаляемых литейных моделей предусматривает использование механического соединения «паз-шип» в виде ласточкиного хвоста или другой формы, при котором на посадочной поверхности шипа выполняют канавки, глубину паза выбирают не менее, чем на 25 %, большей длины шипа, а посадочную поверхность паза перед сборкой нагревают до температуры на 10–15° выше уровня температуры размягчения материала моделей [3].

Для повышения кроющей способности суспензии,  наносимой на модельный блок, предложено применение готового кремнийорганического связующего, минеральной кислоты и огнеупорного наполнителя. При этом в огнеупорную суспензию дополнительно вводились ацетон и высшие жирные спирты с 17–19 атомами углерода в молекуле  в определенном соотношении [4].

Поскольку жидкоподвижная самотвердеющая смесь должна характеризоваться определенным набором требуемых параметров, а именно, длительной живучестью, хорошей текучестью, высокими прочностью, газопроницаемостью и управляемостью процессами изготовления формы), был разработан ее состав, предполагающий наличие огнеупорного наполнителя, связующего, отвердителя, пенообразователя, стабилизатора пены и воды, в котором в качестве функции огнеупорного наполнителя выполняет кварцевый песок, связующего — жидкое стекло, отвердителя — ацетат этиленгликоля, пенообразователя — синтетическое моющее средство из группы алкилсульфатов, а в качестве стабилизатора пены — готовое кремнийорганическое связующее, взятых в определенном соотношении.

Была разработана конструкция перфорированной опоки с учетом ее функциональной нагрузки на всех этапах практической реализации: изготовление литейной формы (формовка); термоудаление (выжигание) моделей из формы; заливка стального расплава в форму и формирование отливки.

Помимо этого авторами был предложен способ литья по выжигаемым аддитивным моделям, включающий изготовление моделей, сборку модельного блока, послойное нанесение на его поверхность огнеупорной суспензии, последовательную сушку каждого из слоев, помещение модельного блока в опоку, одновременные спекание керамической оболочки и выжигание модельного блока и последующую заливку формы металлическим расплавом в условиях ее вакуумирования, охлаждение отливок в форме, выбивку и другие финишные операции. Его особенностью является то, что модели изготавливают по аддитивным технологиям, обеспечивающим получение у них внутренней ячеистой регулируемой структуры, из материала, выжигаемого при температуре, не превышающей нижний температурный порог полиморфных превращений наполнителя огнеупорной суспензии, огнеупорную суспензию наносят на модельный блок в 1–2 слоя, спекание керамической оболочки и выжигание модельного блока проводят после помещения модельного блока в опоку и ее заполнения жидкоподвижной самотвердеющей смесью, заливку формы металлическим расплавом осуществляют после затвердевания и восстановления требуемой газопроницаемости жидкоподвижной самотвердеющей смеси, а вакуумирование формы прекращают после достижения металлом температуры солидус.

Перечисленные технические решения прошли успешное опробование в условиях лаборатории НГТУ и действующего производства одного из предприятий Нижегородской области. На сегодняшний день проходит процедура их патентования.

Литература
  1. Карпенко М.И., Алов В.А., Мельников А.П., Карпенко В.М. Производство отливок ответственного назначения. Ярославль, Наука, 2012, 256 с.
  2. Воронин Ю.Ф. Повышение качества литья. Системный подход. Москва, Машиностроение-1, 2007, 263 с.
  3. Леушин И.О., Кошелев О.С., Леушина Л.И., Нищенков А.В., Явтушенко П.М. Способ сборки блока аддитивных термоудаляемых литейных моделей. Станкоинструмент, 2022, № 1 (026), с. 40–42.
  4. Леушин И.О., Грачев А.Н., Кошелев О.С., Леушина Л.И., Явтушенко П.М. Профилактика образования поверхностных дефектов на стальных отливках при литье по выжигаемым аддитивным моделям. Литейное производство, 2022, № 1, с. 20–25.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.