Технологическая проба для исследования заполняемости литейных форм

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН !

3(ц В 22 С 9/О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3335566/22-02 (22) 09.09.81 (46) 23.08.33. Бюл. М 31 (72) Л.П. Карелин, И.А. Кудрин и Г.Я. Козлов (53) 620.115.8: 621. 746. 589(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство НРБ

N 26420, кл. В 22 0 1/02, 1977.

Ъ

2 . Соколов А .А ., Соколов А .Н .

"Литейные сплавы, применяемые в машиностроении".I., "Машиностроение", 1980, с. 76. (54) {57) ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБА ДЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАПОЛНЯЕМОСТИ ЛИТЕЙНЫХ

ФОРМ, включающая стояк и спиральный элемент, отличающаяся тем, что, с целью снижения трудоемкости выбора оптимальных технологических параметров изготовления ли„„SU„„1036435 A тейных форм с протяженными капиллярными каналами, стояк выполнен 0-образным, нисходящее и восходящее колена которого соединены между собой полыми перемычками, а проба снабжена тремя дополнительными спиральными элементами, четырьмя питателями, расположенными, в нижней части восходящего колена стояка и соединенными с периферийной зоной каждого спирального элемента на выходе внешнего витка спирали, и четырьмя цилиндрическими надставками, которые жестко установлены на каждом спиральном элементе и в которых выполнены вертикальные каналы с переменным шагом, причем четыре спиральных

Щ элемента расположены на равном расстоянии от восходящей ветви стояка в горизонтальной -плоскост и, оси которых взаимно перпендикулярны.

435

1 i036

Изобретение относится к литейному производству специальных жаропрочных сплавов для отливки в керамические и оболочковые формы с полостями капиллярных размеров. 5

Известна технологическая проба для исследования заполняемости формы и определения жидкотекучести сплавов, состоящая из заливочной чаши, стояка, коллектора и 10 эвольвентных кана- 10 лов для определения заполняемости формы, сечения которых уменьшаются с увеличением порядкового номера канала от . 1 до 10. Жидкотекучесть сплава определяется по длине запол- 15 ненного канала, а заполняемость — по балльной системе 1 1).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является технологическая 2ц проба для определения жидкотекучести, которая состоит из стояка, спирального элемента и выпора Г 2).

Недостатком известной пробы является отсутствие возможности иссле- 25 дования влияния различных технологических параметров изготовления форм на величину заполняемости, а также .то, что ее нельзя использовать для форм, с полостями толщиной менее l мм,,так как в таких формах в полостях капиллярных размеров преобладающее значение на эаполняемость имеют поверхностные силы на границе формарасплав-атмосфера, В реальных условиях появляется также фактор затвердевания расплава, происходящий тем интенсивней, чем меньше радиус капилляра ..

Целью изобретения является сниже- 40 ние трудоемкости выбора оптимальных технологичных параметров изготовления литейных форм с протяженными капиллярными каналами.

Эта цель достигается тем, что в технологической пробе для исследования заполняемости литейных форм, включающей стояк и спиральный элемент, стояк выполнен 0 -образным, нисходящие и восходящие колена которого 50 соединены между собой полыми перемычками, а проба снабжена тремя дополнительными спиральными элементами, четырьмя питателями, расположенными в нижней части восходящего колена стояка и соединенными с периферийной зоной каждого спирального элемента на выходе внешнего витка спирали, и четырьмя цилиндрическими надставками, которые жестко установлены на каждом спиральном элементе и в которых выполнены вертикальные каналы с переменным шагом, причем четыре спиральных элемента расположены на равном расстоянии от восходящей ветви стояка в горизонтальной плоскости, оси которых взаимно перпендикулярны.

Один опытный спиральный элемент технологической пробы выполнен по серийной технологии и принят за эталон, три других — по различным технологиям получения керамической формы с переменными исследуемыми параметрами (температура прокалки, время прокалки, способ нанесения покрытия и др.) . При этом параметры расплава заданы постоянными, т.е. в форме для серии опытов создан постоянный металлостатический напор, жидкотекучесть и температура расплава остаются постоянными. Опытные спиральные элементы-получают в пресс-форме, а для получения капиллярных каналов в надставках применяется калиброванная жилка требуемого диаметра, которая газифицируется при нагреве и полностью сгорает при прокалке. После заливки формы пробы считают заполняемость элементов, сравнивают с эталонной и рекомендуют технологический режим для получения формы. Такой выбор технологии изготовления формы полностью исключает ошибки, вносимые несоблюдением технологических парао метров, и позволяет точно проследить за поведением анализируемого параметра от изучаемых факторов влияния.

Полученные данные по величине краевого угла смачивания позволяют точно сделать расчет необходимого металлостатического напора в форме.

На фиг. 1 представлена технологическая проба, общий вид в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - график зависимости заполняемости формы от температуры заливки.

Технологическая проба состоит иэ литниковой системы, в которую входят литниковая чаша 1 со специальной фильтровальной керамической сеткой 2, на которой частично гасится динамический напор, Ц -образный стояк 3, нисходящее и восходящие колеса которо3 1036435 4

ro соединены двумя узкими уравновешивающимися полыми перемычками для быстрого установления уровня жидкого металла. Строгое вертикальное положение стояка регулируют по отвесу и фиксируют керамическими стержнями 4. Над стандартными спиральными элементами 5 для определения жидкотекучести жестко устанавливают строго перпендикулярно четыре опытные цилиндрические надставки 6 для определения заполняемости форм. В нижней части нисходящего колена, стояка 3 расположены четыре питателя 7, которые соединены с периферийной зоной каждого спирального элемента 5, на выходе внешнего витка спирали. Спи-,ральные элементы расположены попарно в горизонтальной плоскости, оси которых взаимно перпендикулярны. Керамический короб 8 служит для слива металла. Высота столба металла берется от сливного отверстия 9 до питателей, а при повторном проведении серии опытов оно не выполняется, а точно воспроизводится навеска шихты для порционной плавки. Таким образом, у устьев вертикальных капиллярных каналов задан стабильный металлостатический напор расплава.

В технологической пробе элемент для определения жидкотекучести имеет, большую кривизну. Поэтому экспериментально был определен шаг между вертикальными каналами в опытных элементах для определения заполняемости из расчета, что количество вертикальных каналов, расположенных на спирали, должно быть максимальным с целью наиболее точного определения заполняемости. Для точного отсчета длины пробега металла по cnupa t ли расстояние между точками отсчета жидкотекучести (хорда между центрами вертикальных каналов) принято в начале спирали равным 10 мм, а во, второй половине - 5 мм в связи с тем, что движение металла замедляется при движении от места подвода к центру

f5

45 спирали. В известной же пробе металл, 50 двигаясь от центра к периферии, ох1 лаждается, и также охлаждается наружная стенка формы, что затрудняет заполнение узких каналов.

При заливке пробы в печах с за- 55 щитной атмосферой выход защитного ra-, за обеспечивается посредством восходящего колена U-образного стояка через газопроницаемую заглушку, представляющую собой пористый керамический стержень, выполненный по технологии пластифицированных стержней, который непроницаем для металла практически во всем реальном температурном интервале. Часть газа может уйти через уравновешивающие каналы в нисходящую ветвь U-образного стояка, так как заливка ведется через керамическую сетку, которая лежит с зазором в седле чаши, а металл падает в колено стояка мелкими струйками, не заполняя всего сечения стояка, и не препятствует выходу защитного газа из восходящей ветви.

1 Предлагаемая проба изготавливалась следующим образом.

Заранее изготовили стандартный спиральный элемент 5 пробы на жидкотекучесть по технологии керамических пластифицированных стержней и установили в форму. Над элементами 5 для определения жидкотекучести жестко установили четыре опытных надставки

6 для определения заполняемости форw, в которых выполнены вертикальные капиллярные каналы. Длину капилляров выбрали 60 мм, диаметр капилляра — 0,5 мм, исходя из условий, приближающихся к ° натурным лопаткам. Выходные устья капилляров заделали для имитации заливки тупиковых полостей.

Один спиральный элемент приняли за эталонный для данной серии опытов и изготовили по технологии, принятой в цехе. Остальные спиральные, элементы, с цепью исследования нужных параметров, выполнили по другим технологиям: путем обмазки или запрессовки керамического пластифицированного состава или ШОУ-массы. После установки готовых опытных спиральных элементов по фиксаторам в гнезде формы места стыков уплотнили церезином и залили огнеупорным шликером, склеивающим гнезда с .элементами пробы .

Скомплектованный блок технологической пробы после предварительного нагрева установили в печь подогрева плавильной установки. Время его пребывания в печи до начала заливки уточняли в каждой серии опытным путем, исходя из условий минимального перепада температуры между стенками печи подогрева и центром одного из элементов пробы на зполняемость. При нагреве формы до температуры, близ1

6 кой температурам ликвидуса исйытуемого расплава, проба служила для определения краевого угла смачивания между стенками формы и расплавом.

Краевой угол замеряли на застывшем 5 мениске с помощью инструментального микропроектора или по микрофотографиям угломером. Заливка проводилась на вакуумной плавильной индукционной установке, оснащенной печью подо- 10 грева, жаропрочным сплавом ВИЛ-12У.

По внешнему виду мениска з итых.капилляров можно сделать вывод, что расплав ВИЛ-12У в условиях вакуума не смачивает стенки формы независимо от материала основы и обсыпки.

Оптимальным температурным интервалом. заливки при прочих условиях и металлост тическом напоре 250 мм является 1500-1540 С. 20

Полученные данные позволили точно сделать расчет необходимого металлостатического напора в форме для устранения брака литья по неоформлению и недоливам. Длину заполнения капилляров на элементах измеряли любым принятым способом, единым для серии опытов, отсчет производили от верхней точки мениска. Заполняемость формы вычислили по формуле

З.Ф., l = . - 100, 2h

L 1 где i — количество капилляров по длине спирали, в которых образовался видимый мениск; 35

h - высота подьема в капилляре, 1 мм; постоянная проба на заполняемость, мм, равная длине капилляра, принятого в серии 40 опытов.

Технологические параметры пробы приведены в таблице 1 и на графике зависимости заполняемости форм от температуры заливки (фиг. 3) .

Данные получены при условии, что формы термофиксированы при a=950 С, металлостатический напор H=250 мм, температура формы равна 850 C и заделка торцов капилляров - 3 слоям по крытия.

Из графика зависимости на фиг. 4 можно сделать следующие выводы. Для каждого элемента существует зона температур слива металла, при которой поЛучается максимальная заполняемость.

Перегибы кривых ГД, ДС и AK обусловлены обильным газоотделением формы при заливке с высокой температурой .

При этом иэ-за тупиковых капиллярных каналов в них возникает противодавление газов, уменьшающее возможность продвижения метаЛла по вертикальному каналу. Кривая M не имеет перегиба, так как при проведении термофиксации все стенки капиллярных каналов в форме на основе маршалита иэ-за его нетермостойкости были пронизаны микротрещинами, что повысило газопроницаемость формы. В результате найдено, что оптимальным вариантом технологии изотовления формы для дан" ной серии опытов является вариант ГД, а температура слива металла в форму находится в диапазоне 1500-1540 С при температуре формы 850 С в момент слива. Аналогично можно сравнивать с целью выбора оптимальных технологических параметров и другие технологии получения формы при другом эталоне опытного элемента. Например, нужно выяснить, как влияет на заполняемость форм, выполненных по оптимальному технологическому варианту ГД, время выдержки в печи термофиксации. Принимаем время выдержки по цеховой серийной технологии за эталон, а в других элементах задаем разное время. И для данного опыта выявляем относительно существующего режима температуру заливки, обеспечивающую максимальную заполняемость. Таким образом, предлагаемая технологическая проба позволяет выбрать оптимальный вариант в существующих условиях цеха и, главное, сократить брак литья по неоформлению стенок с минимальными затратами на исследование и установление причин.

Технологическая проба является универсальным инструментом исследования. В нашем случае рассматривается применение пробы при наличии в отливках тупиковых полостей с узкими каналами капиллярных размеров (полости лопаток рабочего небандажированного колеса турбины) . Для имитации этих полостей в пробе торцы вертикальных каналов опытных элементов на эаполняемость так закрыты, как это де,лается по цеховой технологии заделки торцов в форме рабочих колес турбины, т.е. для получения торцовых стенок устья вертикальных каналов заделывают церезином, подчищают торцы заподлицо с образующей формы и

1036 на всю поверхность формы наносят три слоя огнеупорного покрытия перед тем, как элементы собирают в пробу, а затем подают на заливку.

Большинство же реальных форм имеют выпоры или каналы в местах предполагаемого скопления десорбированных газов из формы и металла в момент заливки и охлаждения, поэтому на фиг. 1 и 2 пробы не показаны тупико- вые полости вертикальных каналов.

Предлагаемая технологическая проба позволяет:

1. До появления в производстве оснастки для тонкостенных отливок по чертежам детали оценить возможность применения действующей в цехе техноло гии;

435 8

2. Откорректировать существующую технологию, выбрав оптимальные технологические параметры изготовления формы для обеспечения заполняемости стенок отливок, оговоренных в . чертеже.

3. Снизить трудоемкость исследований и :экономить металл, затрачиваемый на исследования.

4. Уменьшить брак отливок по неоформлению стенок отливок, т.е. повысить выход годного литья.

Применение изобретения для отлмливок гузотурбинного двигателя может дат.ь экономический эффект около

200 тыс. руб. за счет ликвидации опытных плавок натурных отливок для отработки технологических режимов литья, так как вес блока пробы 6 кг, а натурных отливок 16 кг.

1036435

0 058

attoe иэ<ыдо <

1 (g I Y I- fl(>

IaYI л

а

<Х Y(О Х ! I !

1 1

I l

< I

1 1

I I

l 1

I I

1 % Э 1

1 Э 2i

1 X X S о з. о ао (.С<-Vl

1 l

l I

1

1

1

f

I (I (!

I

I

< Б

X а

О

< 3.

1 (< tg

1 X а

1 Э

1 (I (<<

I

1

I

1

1

1

1

l

1- Х

>S S Э

< е с

-т tg o а, sL.u

>s0m

>Х l- tg

О Э 1.й

uzс

X ((<

>s Я<0 с о

X <

1 f

1 1 ! <О S 1

Z Y

Q c

< Э Б 1

1 <- O ° I

< tg <О ° 1 0 1

1 I

1 I

Г 1

О

a

l- X S

У >Х э a a соэ (>7 Y tt<

I 1

Э Э

=т с а

tg >S и 2 О

I5 V

Э

>Я л о

<-

lc (g

lO о

1 1 1

1 1 О .

z,0

I Х»- 1

I С I о. э

1 C I» m 1 (g(g01

Е I- Х

1 1

1 <

1 ((< Z

XZ0

Э S Y

<- с

V С I-

zzz

aoz

<с (g

Э (»I а < (<< М е с

Itg а э

l- %

z э о

=т

>Х

Z

X!

Я

1 (>I ! К Э.

1 и Э о

< t

I > z (<<. I !

1 Э Э Э

<Ч I аС а ! о < (g

<с

I 1 Х Ч 1 э о

<а I l- ac

<о 1 в

I 1

I tg С

О

1ь- с< m Y

<с а< ЭЭ

«- Sl az

IЧС< l- С 1

< О tg I tg tg

<с=

1 I L

1 I

l I 1 (I 1

«1

<О 0 (<<

<Э .Х (.<

1з ах а;

1 S Э S S 1

«- < — е=т<

<О 1 с

Z

IY

tg Ч I

ltg < чо

l >, X (S >XI 1

1 <- Sl 1

I X (gl 1 1

<аa< о

1 (D ЭI С 1

1 1- С.!». I о< (g s 1 avHarax e 0„056

OltlhaLf 0 эинэЫ жеихо < (l a<<<

ыен<еиииеон<ЛЛМ09

0!S 30K 0!1-016 боа эеб иеннеаоеииобЮи

Я с

Ф

X 1 хм (g «C с

О (в

» Iu z

Х (g

z x (<< S

1 1 э с

X S

a v

Э Z

<- Э

tg

X o

X о ч с

2

* a («o х и

О> (<< а .Б >Х о r

e X (g

x m о

v (g о s х с э о к а ч

X о <с

tg 1 (чх

tg 1

lz

Э IХ S

Э Z

tg (>)

m C о с

u z х и

Э ч э

X s o

X с ч

S х

Э

o о

П) Е.( х (>< °

О

<О X о с (g

Э З л а

Z 6

Э о

С I (.<

» X: а

1

I 1

1 Э

1 <» 1

I (>< Ф

1 ((< о

1 М <<<

1 Э

1 Х Э

1 М X

1

1

1

1 1

Э I

К X

Х<- < с о

О О

C X <

1036435

1036435

1036435

14И

1ЮО . !ЯО 1ЯО 520

В

Тетература ст а штата уорду

Составитель Г. Зарецкая

Техред A.Áàáèíåö Корректор В.бутяга

Ре актор В. Данко

Филиал ППП "Патент", г..ужгород, ул. Проектная, Заказ 5 9 /9 Тираж 13 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва N-35, Раушская наб, 4/5