Технологическая проба для исследования заполняемости литейных форм

(72) Л,П и Г.Я. К (53) 620 (56) 1, Йф 26 Й 20,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТ 566/22-029.818.33. Бюл. Ю 31Карелин, И,А, Кудриналов115.8:621.76 589(088.8)вторское свидетельство НРкл. В 22 О 1/02, 1977 2 . Соколов А .А ., Соколов А .Н . "Литейные сплавы, применяемые в машиностроении",Л "Машиностроение", 1980, с, 76.(51) (57) ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБА ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАПОЛНЯЕМОСТИ Л ФОРМ, включающая ст оя к и спи элемент, о т л и ц а ю щ а я с я тем, цто, с целью снижения трудоемкости выбора оптимальных технологических параметров изготовления литейных форм с протяженными капиллярными каналами, стояк выполнен О-образным, нисходящее и восходящее колена которого соединены между собойполыми перемычками, а проба снабжена тремя дополнительными спиральными элементами, четырьмя питателями,расположенными, в нижней части восходящего. колена стояка и соединенными с периферийной зоной каждогоспирального элемента на выходе внешнего витка спирали, и цетырьмя цилиндрическими надставками, которыежестко установлены на каждом спиральном элементе и в которых выполнены вертикальные. каналы с переменным шагом, причем четыре спиральныхэлемента расположены на равном расстоянии от восходящей ветви стоякав горизонтальной .плоскости, оси которых взаимно перпендикулярны,435 1 1036Изобретение относится к литейномупроизводству специальных жаропрочныхсплавов для отливки в керамическиеи оболочковые формы с полостями капиллярных размеров. 5Известна технологическая пробадля исследования заполняемости формыи определения жидкотекучести сплавов,состоящая из заливочной чаши, стояка,коллектора и 10 эвольвентных кана Олов для определения заполняемостиформы, сечения которых уменьшаютсяс увеличением порядкового номера канала от . 1 до 10, Жидкотекучестьсплава определяется по длине заполненного канала, а заполняемость - побалльной системе 1 1.Наиболее близкой по техническойсущности и достигаемому эффекту кизобретению является технологическая 20проба для определения жидкотекучести, которая состоит из стояка, спирального элемента и выпора21,Недостатком известной пробы является отсутствие возможности исследования влияния различных технологических параметров изготовления формна величину заполняемости, а также.то, что ее нельзя использовать дляформ, с полостями толщиной менее1 мм, так как в таких формах в полостях капиллярных размеров преобладающее значение на эаполняемость имеютповерхностные силы на границе формарасплав-атмосфера, В реальных условиях появляется также фактор затвердевания расплава, происходящий теминтенсивней, чем меньше радиус капилляра.,Целью изобретения является сниже Оние трудоемкости выбора оптималЬныхтехнологичных 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 цилиндрическиминадставками, которые жестко установлены на каждом спиральном элементеи в которых выполнены вертикальныеканалы с переменнъ 1 м шагом, причемчетыре спиральных элемента расположены на равном расстоянии от восходящей ветви стояка в горизонтальнойплоскости, оси которых взаимно перпендикулярны,Один опытный спиральный элементтехнологической пробы выполнен по серийной технологии и принят за эталон, три других - по различным технологиям получения керамической формы с переменными исследуемыми параметрами температура прокалки, времяпрокалки, способ нанесения покрытияи др.) . При этом параметры расплавазаданы постоянными, т,е. в форме длясерии опытов создан постоянный металлостатический напор, жидкотекучесть и температура расплава остаются постоянными. Опытные спиральныеэлементы получают в пресс-форме, адля получения капиллярных каналов внадставках применяется калиброваннаяжилка требуемого диаметра, котораягазифицируется при нагреве и полностью сгорает при прокалке. Послезаливки формы пробы считают заполняемость элементов, сравнивают с эталонной и рекомендуют технологическийрежим для получения формы. Такойвыбор технологии изготовления формыполностью исключает ошибки, вносимыенесоблюдением технологических параометров, и позволяет точно проследитьза поведением анализируемого параметра от изучаемых факторов влияния,Полученные данные по величине краевого угла смачивания позволяют точносделать 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 которого 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 нижнейчасти нисходящего колена, стояка 3 расположены четыре питателя 7, которые соединены с периферийной зонойкаждого 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 сливаметалла. 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, расположенныхна спирали, должно быть максимальнымс целью наиболее точного определения заполняемости. Для точного отсчета длины пробега металла по спирали расстояние между точками отсчетажидкотекучести (хорда между центрами вертикальных каналов) принято в начале спирали равным 1 О мм, а во, второй половине - 5 мм в связи с тем, что движение металла замедляется при движении от места подвода к центру 202530354045 спирали. В известной же пробе металл, 50двигаясь от центра к периферии, охлаждается, и также охлаждается наружная стенка формы, что затрудняет заполнение узких каналов.При заливке пробы в печах с защитной атмосферой выход защитного газа обеспечивается посредством восходящего колена 0-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 О-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.1Предлагаемая проба изготавливалась следующим образом.Заранее изготовили стандартный спиральный элемент 5 пробы на жидко- текучесть по технологии керамических пластифицированных стержней и установили в форму. Над элементами 5 для определения жидкотекучести жестко установили четыре опытных надставки 6 для определения заполняемости форе, 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 пребь 1 вания 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, близ 10364356кой температурам ликвидуса исйытуемого расплава, проба служила для определения краевого угла смачиваниямежду стенками формы и расплавом.Краевой угол замеряли на застывшем 5мениске с помощью инструментальногомикропроектора или по микрофотографиям угломером, Заливка проводиласьна вакуумной плавильной индукционной установке, оснащенной печью подогрева, жаропроцным сплавом ВИЛУ.По внешнему виду мениска з итых.капилляров можно сделать вывод, цторасплав ВИЛУ в условиях вакуумане смачивает стенки формы независимо от материала основы и обсыпки.Оптимальным температурным интервалом.заливки при прочих условиях и металлостдтическом напоре 250 мм является 1500-1540 ОС. гоПолученные данные позволили точносделать расчет необходимого металлостатицеского напора в форме для устранения брака литья по неоформлениюи недоливам, Длину заполнения капилляров на элементах измеряли любымпринятым способом, единым для серииопытов, отсчет производили от верхней точки мениска, Заполняемость формы вь 1 числили по формулеЗ.Ф l = , 1001,о Ь 11. 1где 1 - количество капилляров по длине спирали, в которых образовался видимый мениск; 35Ь - высота подьема в капилляре,1мм;постоянная проба на заполняемость, мм, равная длине капилляра, принятого в серии 4 Оопытов.Технологические параметры пробыприведены в таблице 1 и на графикезависимости заполняемости форм оттемпературы заливки (фиг. 3) .45Данные получены при условии, чтоформы термофиксированы при й=950 С,металлостатический напор Н=250 мм,температура формы равна 850 С и заделка торцов капилляров - 3 слоям покрытия.Из графика зависимости на Фиг, 4можно сделать следующие выводы. Длякаждого элемента существует зона температур слива металла, при которойпоЛучается максимальная заполняемость.Перегибы кривых ГД, ДС и АК обусловлены обильным газоотделением формыпри заливке с высокой температурой,При этом иэ-за тупиковых капиллярныхканалов в них возникает противодавление газов, уменьшающее возможностьпродвижения метаЛла по вертикальному каналу. Кривая М не имеет перегиба, так как при проведении термофиксации все стенки капиллярных каналовв форме на основе маршалита иэ-заего нетермостойкости были пронизанымикротрещинами, что повысило газопроницаемость формы, В результатенайдено, что оптимальным вариантомтехнологии изотовления формы для дан"ной серии опытов является вариант ГД,а температура слива металла в формунаходится в диапазоне 1500-1540 Спри температуре формы 850 С в моментслива. Аналогично можно сравниватьс целью выбора оптимальных технологических параметров и другие технологии получения формы придругом 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 разноевремя, И для данного опыта выявляемотносительно существующего режиматемпературу заливки, обеспечивающуюмаксимальную заполняемость. Такимобразом, предлагаемая технологическая проба позволяет выбрать оптимальный вариант в существующих условияхцеха и, главное, сократить брак литья по неоформлению стенок с минимальными затратами на исследованиеи 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 и1036на всю поверхность формы наносят трислоя огнеупорного покрытия перед тем,как элементы собирают в пробу, азатем 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 технологии; 435 82, Откорректировать существующую технологию, выбрав оптимальные технологические параметры изготовления формы для обеспечения заполняемости стенок отливок, оговоренных в . чертеже.3. Снизить трудоемкость исследований и Сэкономить металл, затрачиваемый на исследования.Уменьшить брак отливок по не- оформлению 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.)- хх х Эе се оа хх ). охк о с с1 СХсковав О) )х )-Ое)- .д ох схх яюс о -щх 11 1 1 ) Х х х а сЭ 2 1 1 )" О1)о ) Е О 11 111036435 4 И д 6 Ю 1 б 2 Щиу оставитель Г. Зарецкаяехред А.Бабинец Корректор ВБутя Данко акт/9 Тираж 13 од ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035 Москва 3-35, Ра Филиал ППП "Патент", гУжгород, ул, ПроектнЗаказ 5 9 исно 4 ЖЯ 1 ЮО .д у 7 Ь,Оф 7(7 Пкомитета СССРи открытийушская наб.,