способ выплавления моделей из оболочковых форм

Формула изобретения

1. Способ выплавления моделей из оболочковых форм, включающий установку блок-формы в герметичную камеру, нагнетание в нее газообразного вещества и удаление выплавляемой модели, отличающийся тем, что используют герметичную камеру с горизонтально установленной в ней теплоизолирующей перегородкой, блок-форму сначала устанавливают в верхней части герметичной камеры, нагнетаемый газ в которую подают охлажденным, затем перегородку убирают и блок-форму нагревают, опуская в нижнюю часть камеры, предварительно заполненную теплоносителем.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагнетание охлажденного газа осуществляется под давлением 4 - 6 МПа, а плавный нагрев блок-формы осуществляется опусканием последней в теплоноситель со скоростью 0,1 м/мин.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют жидкое вещество.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам выплавления моделей из оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям (ЛВМ), и может быть использовано на машиностроительных заводах многих отраслей промышленности таких, как: самолетостроение, автомобилестроение, станкостроение, кораблестроение и т.д.

Аналогами предлагаемого технического решения являются способы выплавления моделей в расплавленной модельной массе того же состава что и модели, нагретой значительно выше (в 2 раза и более), чем температура плавления последней, и в горячей воде (Производство точных отливок./И.Дошкарж, Я.Габриель, М.Гоушть, М.Павелка. -М.: Машиностроение, 1979. - с. 91).

Выплавление моделей из оболочковых форм данными методами осуществляется быстрым погружением последних в среду теплоносителя (расплав модельной массы или горячую воду), при этом происходит постепенное, преимущественно у стенок оболочки и в ее литниковой воронке, оплавление модельного состава.

Недостатки этих методов удаления выплавляемых моделей обуславливаются появлением трещин, образующихся в результате возникновения температурных напряжений в оболочке при их резком погружении в среду теплоносителя, и разрывающих усилий от температурного расширения модельной массы. Последнее справедливо даже в случае оплавления модельного состава у стенок оболочки, которое, как принято считать, оказывает компенсирующее действие температурному расширению модели. Объяснением этому явлению может служить то, что при резком температурном воздействии на блок-форму между моделью и оболочкой образуется узкий зазор, заполненный расплавом модельной массы. Расширение твердой модели сопровождается сужением зазора при вытеснении жидкой массы, удаление которой из полости формы затруднено трением о стенки оболочки и ее рельефностью, что способствует возникновению высоких давлений (4-6 МПа - данные полученные экспериментально) особенно в наиболее удаленных от литниковой воронки зонах оболочковой формы и, как следствие, приводит к растрескиванию последней.

Прототипом для заявляемого изобретения по технической сути и достигаемому результату является способ выплавления моделей из оболочковых форм в автоклаве, насыщенном водными парами (Производство точных отливок./И.Дошкарж, Я.Габриель, М.Гоушть, М.Павелка - М.: Машиностроение, 1979. - с. 91-92).

Сущность способа заключается в установке блок-формы в герметичную камеру с последующим нагнетанием в нее газообразного нагретого вещества (пара). Блок-форма разогревается паром, модель, расплавляясь, вытекает из оболочковой формы.

Этот способ осуществляется обеспечением теплового удара на поверхности модели в оболочковой форме, который тем интенсивнее, чем выше температура паров. На практике используют выплавление из оболочек при давлении от 0,3 до 0,6 МПа и с температурой пара от 135 до 165^oC. Время нагнетания максимального давления составляет 1-3 мин. Цикл расплавления и удаления модели из оболочковых форм составляет 5-25 мин.

Рассматриваемый способ позволяет значительно сократить брак оболочек по трещинам, реализует возможность использования блоков с более тонкими оболочками, а также повышает качество поверхности отливок.

Однако вышеупомянутый способ не обеспечивает полного предотвращения брака оболочек по трещинам, т.к. создаваемое в автоклаве давление пара (0,3-0,6 МПа) не компенсирует напряжений (4-6 МПа), возникающих от температурного расширения модели и градиента температур между внешней и внутренней поверхностями последних, что также способствует образованию трещин.

Эти недостатки устраняются предлагаемым техническим решением.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в сокращении или полном исключении брака оболочковых форм по трещинам на технологической операции удаления выплавляемых моделей, что предотвращает необходимость ремонта оболочковых форм и, как следствие, приводит к снижению материаллоемкости технологического процесса, трудоемкости и затрат на тепло- и энергоресурсы.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением при решении задачи, заключается в повышении прочности оболочковых форм после выплавления моделей.

Заявляемый способ удаления моделей характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки: блок-форма устанавливается в герметичную камеру с последующим нагнетанием в нее газообразного вещества и удаления выплавляемой модели.

Отличительные признаки: давление 4-6 МПа создается охлажденным газом в объеме, первоначально изолированном от выплавляющей среды, с последующим плавным нагревом блок-формы, осуществляемым опусканием последней в теплоноситель со скоростью 1 м/мин; в качестве теплоносителя используют жидкое вещество или нагревательные элементы.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа удаления моделей и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.

Готовые к выплавке моделей блок-формы предварительно в камере усиливаются нагнетанием давления охлажденного воздуха до 4-6 МПа. Приведенные параметры давления определены экспериментальным методом и обуславливаются тем, что образование брака оболочковых форм по трещинам при выплавлении моделей способом-прототипом происходит на оболочках с прочностью 4-6 МПа. На оболочках с большей прочностью трещиннообразования не происходит. Проведенный эксперимент дает основание считать, что совокупность разрушающих напряжений в оболочке при выплавлении моделей составляет 4-6 МПа.

Нагнетание давления холодным воздухом обуславливает предупреждение растрескивания оболочек от термоудара и начального расширения модели при прогреве до момента достижения компенсирующего давления (4-6 МПа).

Далее осуществляется медленный, со скоростью 0,1 м/мин, ввод оболочек в среду теплоносителя для оплавления моделей со стороны литейных воронок и беспрепятственного удаления модельной массы, а также для осуществления плавного прогрева оболочковых форм с целью предотвращения образования большого перепада температур в структурах последних и, как следствие, разрушающих температурных напряжений.

По окончании процесса выплавления моделей оболочковые формы извлекаются из среды теплоносителя и разрушаются, т.е. компенсирующее давление медленно сбрасывается. Данное мероприятие позволяет также избежать резкого охлаждения оболочек, что предотвращает возникновение температурных напряжений.

Весь цикл удаления моделей из оболочковых форм данным методом составляет 15-25 мин.

Сравнительный анализ предлагаемого способа удаления выплавляемых моделей из оболочковых форм и прототипа представлен в таблице.

Реализация заявляемого способа удаления моделей из оболочковых форм в промышленных условиях может быть осуществлена следующим образом.

Готовые к вытопке моделей блок-формы устанавливаются на подвеске 1 (фиг. 1) камеры 2 ванны выплавления модельного состава воронкой вниз, в нижней части которой находится теплоноситель 3 (расплав модельной массы, горячая вода, атмосфера, нагреваемая ТЭНами и т.д.). На первом этапе осуществления технологического процесса контакт теплоносителя с блок-формой отсутствует посредством теплоизолирующей перегородки 4.

Камера 2 ванны выплавления модельного состава герметично закрывается крышкой 5, и во внутреннюю полость камеры 2 подается охлажденный, например, до температуры окружающей среды газ (например, воздух). Подаваемым в камеру газом в ванне выплавления моделей нагнетается давление 4-6 МПа. После достижения необходимого давления перегородка 4 удаляется (фиг. 2), подвеска 1 ванны выплавления моделей с установленными на ней блок-формами медленно опускается в среду теплоносителя 3 со скоростью 0,1 м/мин.

По окончании процесса удаления плавких моделей подвеска 1 медленно извлекается из теплоносителя 3. Газ из камеры 2 ванны выплавления моделей откачивается, давление снимается. Камера 2 вентилируется, открывается, формы извлекаются и подаются на операции дальнейшей технологической обработки.

Осуществление заявляемого способа в промышленных условиях не требует значительных затрат на его реализацию. Затраты потребуются лишь на изготовление или модернизацию традиционной ванны выплавления моделей.