Способ изготовления отливок по газифицируемым (выжигаемым) моделям
Владельцы патента RU 2729270:
Публичное акционерное общество "Протон - Пермские моторы" (ПАО "Протон-ПМ") (RU)
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении отливок по газифицируемым моделям. Изготавливают газифицируемую модель, осуществляют формовку и заливку полученной формы металлом. Газифицируемую модель изготавливают трехмерной печатью с использованием порошка и связующей жидкости. Порошок используют следующего состава (мас.%): декстрин (10-50), волокно целлюлозы (5-30), картофельный крахмал (5-25), сахарная пудра (5-30), водный коагулянт (0-1). Связующая жидкость имеет следующий состав (мас.%): глицерин (0-20), увлажнитель (0-20), алкоголь (менее 1), поверхностно-активное вещество (0-1), кислая соль (0-1), краситель (0-1), вода (75-98). Содержание порошка и связующей жидкости в объеме газифицируемой модели варьируют в диапазоне от 30 до 70 мас.%. Обеспечивается повышение точности и стабильности размеров моделей, повышение скорости печати моделей, снижение токсичности материалов и продуктов, выделяющихся в процессе производства моделей. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 ил.
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при производстве литых заготовок и деталей из стали и сплавов по способу изготовления отливок по газифицируемым (выжигаемым) моделям.
В качестве прототипа на основе просмотра и анализа технической литературы и патентов по МПК В22С 9/04, B22F 3/105, B33Y 30/00 принято изобретение "Способ изготовления отливок по газифицируемым моделям" - патент RU №2571238 от 20.12.2015 по МПК В22С 9/04.
По данному изобретению способ изготовления отливок по газифицируемым моделям включает в себя изготовление из пенополистирола газифицируемой модели с литниково-питающей системой, содержащей прибыль, окрашивание моделей противопригарной краской, формовку и заливку металлом, при этом 15-75% прибыли литниково-питающей системы выполняют полой и перед формовкой заполняют полую часть прибыли экзотермической смесью, при следующем соотношении компонентов, вес. %:
Окисляемый компонент - 5-65
Окислитель - 5-65
Катализатор - 0-10
Вермикулит вспученный - остальное.
Признаки известного способа изготовления отливок по газифицируемым моделям, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, заключаются в наличии операций изготовления газифицируемой (выжигаемой) модели, формовки и заливки металлом.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, состоит в том, что технические средства известного способа изготовления отливок по газифицируемым моделям не позволяют обеспечить высокие технологические, экономические и экологические характеристики процесса изготовления отливок.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении технологических, экономических и экологических характеристик процесса изготовления отливок.
Технический результат, обеспечивающий решение указанной задачи, состоит в повышении эффективности и экологичности процесса создания газифицируемых (выжигаемых) моделей, а именно,
- во-первых, в повышении точности и стабильности размеров моделей при соблюдении технологии производства и инфильтрации моделей;
- во-вторых, в повышении скорости печати моделей в пересчете на единицу объема;
- в-третьих, в снижении стоимости расходных материалов и, как следствие, в снижении себестоимости создания моделей;
- в-четвертых, в наличии химической инертности по отношению к большинству химических соединений или слабого взаимодействия с выделением безопасных веществ;
- в-пятых, в снижении токсичности как компонентов материалов так и продуктов, выделяющихся в процессе производства моделей, их инфильтрации и выжигания.
Достигается технический результат тем, что в заявляемом способе изготовления отливок по газифицируемым моделям, включающем в себя: изготовление газифицируемой (выжигаемой) модели, формовку и заливку металлом, газифицируемую (выжигаемую) модель изготовляют с применением трехмерной печати, при которой используют порошок и связующую жидкость следующих составов:
порошок:
П01. Декстрин (декстриновый клей) - 10-50%,
П02. Волокно целлюлозы - 5-30%,
П03. Картофельный крахмал - 5-25%,
П04. Сахарная пудра - 5-30%,
П05. Водный коагулянт - 0-1%;
связующая жидкость:
Ж01. Глицерин - 0-20%,
Ж02. Увлажнитель - 0-20%,
Ж03. Алкоголь - менее 1%,
Ж04. Поверхностно-активное вещество - 0-1%,
Ж05. Кислая соль - 0-1%,
Ж06. Краситель - 0-1%,
Ж07. Вода-75-98%;
при этом соотношение порошка и связующей жидкости в общем объеме газифицируемой (выжигаемой) модели варьируется в диапазоне от 30% до 70%.
Технический результат достигается также и тем, что:
- изготовление газифицируемой (выжигаемой) модели производят на струйных монохромных принтерах;
- трехмерная печать включает в себя послойное наращивание детали с получением первого слоя путем нанесения порошка на платформу, его выравнивание, уплотнение и обработку этого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 1-2 толщинам слоя, получение второго и последующих слоев путем нанесения порошка на первый и на каждый последующий слой, его выравнивание, уплотнение и обработку каждого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 1-2 толщинам слоя;
- трехмерная печать включает в себя послойное наращивание детали с получением первого слоя путем нанесения порошка на платформу, его выравнивание, уплотнение и обработку этого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 3-4 толщинам слоя, получение второго и последующих слоев путем нанесения порошка на первый и на каждый последующий слой, его выравнивание, уплотнение и обработку каждого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 3-4 толщинам слоя, при этом при обработке связующей жидкостью она подается струей, совершающей колебательные движения с возможностью обработки поверхности шириной, равной 3-4 толщинам слоя.
- при обработке связующей жидкостью процесс уплотнения, например, путем вибрации платформы, продолжается.
Новые признаки заявляемого технического решения заключаются в том, что газифицируемую (выжигаемую) модель изготовляют с применением трехмерной печати, при которой используют порошок и связующую жидкость следующих составов:
порошок:
П01. Декстрин (декстриновый клей) - 10-50%,
П02. Волокно целлюлозы - 5-30%,
П03. Картофельный крахмал - 5-25%,
П04. Сахарная пудра - 5-30%,
П05. Водный коагулянт - 0-1%;
связующая жидкость:
Ж01. Глицерин - 0-20%,
Ж02. Увлажнитель - 0-20%,
Ж03. Алкоголь - менее 1%,
Ж04. Поверхностно-активное вещество - 0-1%,
Ж05. Кислая соль - 0-1%,
Ж06. Краситель - 0-1%,
Ж07. Вода-75-98%;
при этом соотношение порошка и связующей жидкости в общем объеме газифицируемой (выжигаемой) модели варьируется в диапазоне от 30% до 70%.
Новые признаки заявляемого технического решения заключаются также и в том, что:
- изготовление газифицируемой (выжигаемой) модели производят на струйных монохромных принтерах;
- трехмерная печать включает в себя послойное наращивание детали с получением первого слоя путем нанесения порошка на платформу, его выравнивание, уплотнение и обработку этого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 1-2 толщинам слоя, получение второго и последующих слоев путем нанесения порошка на первый и на каждый последующий слой, его выравнивание, уплотнение и обработку каждого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 1-2 толщинам слоя;
- трехмерная печать включает в себя послойное наращивание детали с получением первого слоя путем нанесения порошка на платформу, его выравнивание, уплотнение и обработку этого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 3-4 толщинам слоя, получение второго и последующих слоев путем нанесения порошка на первый и на каждый последующий слой, его выравнивание, уплотнение и обработку каждого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 3-4 толщинам слоя, при этом при обработке связующей жидкостью она подается струей, совершающей колебательные движения с возможностью обработки поверхности шириной, равной 3-4 толщинам слоя.
- при обработке связующей жидкостью процесс уплотнения, например, путем вибрации платформы, продолжается.
Осуществление изобретения производится следующим образом.
Реализация способа изготовления отливок по газифицируемым (выжигаемым) моделям включает в себя три основных операции: изготовление газифицируемой (выжигаемой) модели, формовку и заливку металлом.
В нашем случае, в заявляемом изобретении определяющей является операция "изготовление газифицируемой (выжигаемой) модели", для этого выполняют следующее.
Готовят порошок и связующую жидкость соответствующих составов с соблюдением диапазонов входящих в них веществ, указанных выше, например,
Готовят к работе струйный монохромный принтер трехмерной печати, например, с объемом рабочей камеры, в нашем случае, не менее 203×203×250 мм. Загружаются в рабочие емкости принтера порошок и связующая жидкость в количествах, соответствующих объемам и массам выращиваемых способом трехмерной печати газифицируемых (выжигаемых) моделей с выдерживанием заданного соотношения порошка и связующей жидкости, с соблюдением диапазона, указанного выше (от 30% до 70%), например, 50%. Производят настройку принтера (заводят соответствующую программу, проверяют состояние и работоспособность основных блоков, готовность к работе с данным видом материала и т.п.).
Запускают принтер, начинается послойное наращивание газифицируемой (выжигаемой) модели с получением первого слоя путем нанесения порошка на платформу, его выравнивания, с уплотнением, и обработкой этого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным, например, 1-2 толщинам слоя, получение второго и последующих слоев путем нанесения порошка на первый и на каждый последующий слой, его выравнивание, уплотнение и обработка каждого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 1-2 толщинам слоя.
Как вариант, описанная выше операция может производиться с обработкой каждого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 3-4 толщинам слоя. При этом увеличивается производительность процесса и взрастает степень монолитности (цельности) всего тела выращиваемой модели.
По окончании операция "изготовление газифицируемой (выжигаемой) модели" ее извлекают из рабочей камеры принтера, подвергают обдувке, сушке.
Дальнейшие операции по реализации способа изготовления отливок по газифицируемым (выжигаемым) моделям производятся по общепринятым, стандартным технологическим процессам (пропитка воском модели, формовка, заливка металлом и др.), что не является предметом рассмотрения в данном заявляемом изобретении.
Выжигание модели из формы производится или перед заливкой металла внешним источником нагрева формы вместе с моделью внутри нее или в процессе заливки металла в форму теплом самого металла с эвакуацией газов из формы от сгорающей модели по специально предусмотренным каналам.
Ниже приведена таблица с информацией о моделях, изготовленных с применением трехмерной печати (технология 3D-печати).
Далее, на рисунках (на чертежах) на отдельных листах показаны сами модели (условные их формы): "каркас", "брусок", "полуцилиндр", "шнек", рабочее колесо БТ-255440 и его часть (Фиг. 1-6).
Показаны также и реально выполненные в материале модели для способа изготовления отливок по газифицируемым (выжигаемым) моделям: Колесо-1, Колесо-2, Часть-1 колеса, Часть-2 колеса (Фиг. 7-10).
Описанное выше осуществление изобретения подтверждает возможность получения технического результата, который состоит в повышении эффективности и экологичности процесса создания газифицируемых (выжигаемых) моделей, а именно,
- во-первых, в повышении точности и стабильности размеров моделей при соблюдении технологии производства и инфильтрации моделей;
- во-вторых, в повышении скорости печати моделей в пересчете на единицу объема;
- в-третьих, в снижении стоимости расходных материалов и, как следствие, в снижении себестоимости создания моделей;
- в-четвертых, в наличии химической инертности по отношению к большинству химических соединений или слабого взаимодействия с выделением безопасных веществ;
- в-пятых, в снижении токсичности, как компонентов материалов, так и продуктов, выделяющихся в процессе производства моделей, их инфильтрации и выжигания.
Названный технический результат обеспечивает решение поставленной в заявляемом изобретении задачи, а именно, повышение технологических, экономических и экологических характеристик процесса изготовления отливок.
1. Способ изготовления отливок по газифицируемым моделям, включающий изготовление газифицируемой модели, формовку и заливку полученной формы металлом, отличающийся тем, что газифицируемую модель изготавливают с применением трехмерной печати и использованием порошка и связующей жидкости следующих составов, мас.%:
порошок:
| Декстрин | 10-50 |
| Волокно целлюлозы | 5-30 |
| Картофельный крахмал | 5-25 |
| Сахарная пудра | 5-30 | ||
| Водный коагулянт | 0-1 |
связующая жидкость:
| Глицерин | 0-20 | |||
| Увлажнитель | 0-20 | |||
| Алкоголь | менее 1 |
Поверхностно-активное
| вещество | 0-1 | |||
| Кислая соль | 0-1 | |||
| Краситель | 0-1 |
| Вода | 75-98 |
при этом содержание порошка и связующей жидкости в общем объеме газифицируемой модели варьируют в диапазоне от 30 до 70 мас.%.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изготовление газифицируемой модели производят на струйных монохромных принтерах.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при трехмерной печати осуществляют послойное наращивание газифицируемой модели с получением первого слоя путем нанесения порошка на платформу, его выравнивание, уплотнение и обработку упомянутого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 1-2 толщинам слоя, получение второго и последующих слоев путем нанесения порошка на первый и на каждый последующий слой, его выравнивание, уплотнение и обработку каждого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 1-2 толщинам слоя.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при трехмерной печати осуществляют послойное наращивание газифицируемой модели с получением первого слоя путем нанесения порошка на платформу, его выравнивание, уплотнение и обработку упомянутого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 3-4 толщинам слоя, получение второго и последующих слоев путем нанесения порошка на первый и на каждый последующий слой, его выравнивание, уплотнение и обработку каждого слоя порошка связующей жидкостью с шагом, равным 3-4 толщинам слоя, при этом при обработке связующей жидкостью она подается струей, совершающей колебательные движения с возможностью обработки поверхности шириной, равной 3-4 толщинам слоя.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при обработке связующей жидкостью процесс уплотнения, например, путем вибрации платформы, продолжают.
