Иванов (Иванов В.Н. Литье по выплавляемым моделям)

ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ Под общей редакцией Я. и. ШКЛЕНОИКА и В. А. ОЗЕРОВА Издание д-е, переработанное и дополненное МОСКВА а МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1д8д ВВК 24.6! Л64 УДК 621,74.045 и И, Иванов, С. А. Каиенвов, Б. С, Курчман, 1-!. И. Лящевко, Г, К. Мнлипын, В. Л. Озеров, И. Б. Сокол, М. Я. Телис, Я. И. Шкленннк Рецензент д-р техн. наук проф. и. В. ВАЛИСОВСКИИ Литве по выплавляемым моделям!В. Н. Иванов, Л 1 ов, Б.

С. Курчман и др.; под общ. ред. к!1 ника, В. А.' Озерова.— З-нзд., перераб. Машиностроение, 1984. — 408 с., ил, В перл и р. еристнки качества отливок и принципы ях ы проектировзиия н расчета литииково-питзю- Ф свойстве литейных сплзвов; рзссмотрены коностя пресс-форм, технологические прод сс г израт В литейных форм и применяемые мзтернзлы; пн фи!енин звке сплзвов, селянке форм, выбивке, очистке, термоо рз тгге зг Контроле отлявок. В третьем издзяии (3-е йзд. !нт!) ФФ Ю «айающаФ ачсйпкений теории и практики производстве отливок дсйбяназия в! нзмереяня в содержзиие всех глав. «ееьмдыйввзныыгарыз "и техников, рзботзюпгих в сплести литейного производстве.

2704020000 618 6 ББК 64.61 038(011-84 6П4.1 © Издательство еМашнностроеииев, !984 г. ВВЕДЕНИЕ Метод литья по выплавляемым моделям, благодаря преимуществам по сравнению с другими способами изготовления отливок, получил значительное распространение в машиностроении и приборостроении. Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от )сг = 20 мкм до Яа = 1,25 мкм (ГОСТ 2789 — 73) и повышенной точностью размеров (до 9 — 10-го квалитетов по СТ СЭВ 144 — 75)'.

Указанные возможности метода позволяют максимально прибли. вить отливки к готовой детали, а в ряде случаев получить литую деталь, дополнительная обработка которой перед сборкой не требуется. Вследствие этого резко снижаются трудоемкость и стоимость изготовления изделий, уменьшается расход металла и инструмента, экономятся энергетические ресурсы, сокращается потребность в рабочих высокой квалификации, в оборудовании, приспособлениях, производственных площадях. Применение литья по выплавляемым моделям открывает перед конструкторами возможности проектировать сложные тонкостенные конструкции, объединять различные детали в компактные цельнолитые узлы, уменьшая массу и габариты изделий, создавать детали (например, охлаждаемые лопатки со сложными лабиринтными полостями газового тракта), невыполнимые каким-либо другим методом обработки. Вследствие химической инертности и высокой огнеупорности оболочек форм, пригодных для нагрева до температур, превышающих температуру плавления заливаемого сплава, создается возможность эффективно использовать методы направленной кристаллизации, управлять процессом затвердевания для получения, например, герметичных прочных тонкостенных точных отливок, либо монокрнсталлических деталей с высокими эксплуатационными свойствами.

Таким образом, расширение номенклатуры получаемых по выплавляемым моделям отливок и увеличение объема их выпуска способствует реализации решенийекХХЧ1 съезда КПСС по применению энерго- и металлосберегающих процессов, снижению удельной металлоемкости машин, замене технологических процессов, основанных на резании металла, экономичными методами формообразования де- ' Включенные в книгу" данные соответствуют действующим стандартам но состоянию иа 1 декабря !983 г. Рве.

Ь Паввтвва Петру 3 талей, внедрению высокоэффективных методов повышения прочностных свойств металлов в. Прообразом современного процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям является известный со времен глубокой древности метод восковой формовки [41, 75!. При изготовлении художественных отливок, ювелирных изделий, а также зубных протезов этот метод литья по выплавляемым моделям применяют и в настоящее время. Одним из образцов высокого мастерства литейщиков прошлого является отлитая по выплавляемым моделям конная статуя Петра 1 1«Медный всадник», Фальконе, 1782 г.), показанная на рис.

1. Начало промышленного освоения метода относится к 1940— 1942 гг. и связано в основном с необходимостью получения нз труднообрабатываемых жаропрочных сплавов лопаток авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). Первые промышленные партии отлитых по выплавляемым моделям лопаток из сплавов на кобальтовой и никелевой основе были получены в СССР в 1944 г. В освоении в Материалы ХХЧ1 съеада КПСС. Мл Политиадат, 1981, 223 с.

Рнс. К. Отливки на коиструкпионных сталей, маропрокных, алюминиевых и медных сплавов, изготовленные пе выплавлнемым неделим технологии, создании отечественных вариантов процесса и необходимых материалов приняли активное участие академик К. А. Андрианов, проф. Ф. Ф. Химушин, лауреаты Государственной премии кандидаты техн. наук А. А. Арутюнянц, И. Г. Лиференко и многие другие работники отечественной промышленности, НИИ, проектных организаций и вузов. Несколько позже литье лопаток для стационарных турбин было освоено турбостроителями Ленинграда. В конце 40-х годов было освоено получение по выплавляемым моделям разнообразных мелких, преимущественно .стальных отливок, например, для мотоциклов, охотничьих ружей, швейных машин, а также бурового и металлорежущего инструмента (рис.

2). По мере развития и совершенствования процесса усложнялась конструкция изготовляемых по выплавляемым моделям отливок. Так, в начале 60-х годов из жаропрочных сплавов на никелевой основе изготовлялись уже крупные цельнолитые роторы с бандажным кольцом, одна из разновидностей которых представлена на рис. 3. В 1951 г. в НИИТавтопроме под руководством инж. М. Н. Ефимова были начаты работы по проектированию механизированных и автоматизированных линий массового производства мелких точных Рнс. а. цельнолнтой ротор ив сплава на никелевой основе ь »ъ с йз $ $Ъ »'ф » » 3 » Ф й » » » х » » Ф » » » » » » » Ф Ф Ъ » » 3 й» Я » О отливок. Первый механизированный цех литья по'выплавляемым моделям был создан на Подольском механическом) заводе им.

М. И. Калинина для изготовления деталей швейных машин, а в 19б4 г. на ГАЗе введена в строй типовая комплексно-автоматизированная линия (рис. 4) для производства 2 — 2,5 тыс. т в год стальных автомобильных отливок массой от нескольких граммов до 1,5 кг. Участники этой работы, высоко оцененной как в СССР, так и за рубежом, были удостоены Ленинской премии. В настоящее время усовершенствованный комплект оборудования для оснащения подобных линий централизованно выпускает Тираспольский завод литейного машиностроения им. С. М. Кирова.

Этим оборудованием оснащены многие цехи литья по выплавляемым моделям в Советском Союзе, например крупнейший в мире цех КамАЗа с годовым выпуском -7 тыс. отливок 1641, ЗИЛа, Минского тракторного завода, а также цехи некоторых зарубежных заводов. Современный процесс изготовления отливок по выплавляемым моделям состоит в следующем. В пресс-формах изготовляют модели деталей и литниковой си. стемы, для чего обычно используют легкоплавкие воскообразные материалы, составы на основе смол и пластмасс, сплавы солей.

Модели соединяют в блок, после чего на них слоями наносят суспензию из связующего раствора и пылевидного огнеупорного материала. Слои суспензии для их упрочнения и лучшей взаимной связи обсыпают песком, а затем сушат. Из полученной многослойной неразъемной оболочковой формы удаляют выплавлением, растворением или выжиганием модельный состав либо сначала заформовывают блок моделей с образованной на его поверхности огнеупорной оболочкой в отверждаемый формовочный состав, а после этого удаляют модели.

Освобожденные от модельного состава оболочки отдельно (без опок) нли в заформованном виде прокаливают и заливают металлом. Подробная схема процесса изготовления отливок в многослойных неразъемных оболочковых формах приведена на с. 8 — 9. В начальной стадии промышленного освоения метода литья по выплавляемым моделям использовали весьма сложный и трудоемкий процесс, основанный на применении дорогих исходных материалов— натуральных носков, жидких формовочных наполнителей с гидролизованными растворами этилсиликата в качестве связующего.

Ввиду длительности процесса (до 5 — б суг) и высокой стоимости получаемых отливок метод имел ограниченное применение. Проведенные в Советском Союзе и за рубежом работы по совершенствованию технологического процесса, изысканию новых модельных и формовочных материалов, созданию высокопроизводительного оборудования, интенсификации основных и вспомогательных производственных операций позволили значительно расширить возможности метода литья по выплавляемым моделям, сделать высокоэффективным его применение в условиях массового, серийного и опытного производства.

Широкое распространение в мировой практике получил разработанный советскими специалистами метод изготовления оболочковых форм с сухим опорным наполиителем, позволяющий полностью отказаться от использования жидких наполнительных формовочных составов с дорогим связующим — гидролизованным раствором этилсиликата. Применение сухого наполнителя, пригодного для многократного использования, позволило не только снизить стоимость изготовления литейной формы, но и сократить продолжительность этого процесса в несколько раз, в том числе в 8 — 10 раз длительность такой энергоемкой операции, как тепловая обработка форм перед заливкой. Еще более эффективным оказался процесс, при котором прочные и термостойкие оболочки прокаливают и заливают без опорного наполннтеля. Разработка модельных составов на основе недефицитных и дешевых материалов — парафина, синтетического церезина, буро- угольного и полиэтиленового восков, а также созданного в отечественной промышленности метода использования этих составов в пастообразном состоянии, позволила не только резко снизить стоимость производства отливок, но и стабилизировать их качество в условиях массового производства, механизировать и автоматизировать процесс изготовления моделей, сократить его продолжительность.

Значительными достижениями советских специалистов в области совершенствования производства литья по выплавляемым моделям являются: создание бесстеариновых модельных составов на основе 3 й о 'е' о, 8 а ф о Ф о Й М Ф Ф И а 3 3 о З х Й Я х х о х о 3 Д ~й ок й о Ь Ф х 1~ Ц~ о Ф 1 хо х Ф ФФ О о о х х ФЗ КФ х Ф 3! о Ф х М Ф Ф о а 3 о х х М 5 3 о й Ф о 3 к Б 6 о Ь и о Е 7~ 3 х о о .Я о В $ о к Ф Ф хко ФЯК ФФ х к х х х о х х Я 5 о 2 х х К о и о о о 3 о Ц 3 5 Ц И О х х х х Мд Ф х Ф о, о х 9 а Ф х Вх Ф о Ф х,я хо Ф х Ф о Ф х х Д к х х х 3 Ю а Ю Р3 о ,О й О О ы З о ж О о 1" о И Ф о М о М й 4 к о 2 ;с а ф щ $ о д к д й М /Ц ф ж Ю д а~ а 63 д Я Сб Ф д а О о .Я Ю ~с О3 Ф М о ф О М Д о Ю ! о ".с Ж 3 й 3 Ш 4 6~ Ж Я Н Ь о Ф ы о й о 3 й Т й ф~ Ж о Ы Ы ж д Я ИВ оЙ а~* ~о е а ох й Х аЦ ва ~ о т '- М о В о 2 Ф 6 о О о Ф М о й о Ф о ы 3 Ю 3 Ю Ф й о В М ж И Ф о Ф о м Ы д аЯ ~ м о х о ф о 3 о й о $ Ф М о Р' о ы о Ф Ы ( о Ь Ф о Р' Ф Ф Ы А 3 Р ы х о о М о й о Ф М о 3 Ф О ~1 Ф Б Ф $" ж о и В о О й й Р 3 Ф М о о Ы Ф ж М Ф х $5 парафина и ряда воскообразных материалов; разработка технологии получения сложных тонкостенных отливок с использованием керамических стержней и водорастворимых моделей; создание высокопроизводительных автоматических установок для приготовления пастообразных модельных составов с регулируемым содержанием замешанного в них воздуха; применение метода звеньевого изготовления моделей и сборки их в блоки без припаивания на металлический стояк-каркас; исследование и внедрение в производство этилсиликатных связующих растворов, полученных без использования органических растворителей; разработка совмещенного метода приготовления связующего раствора и суспензии; синтез высококонденсированного этилсиликата (ЭТС 50 — о4), являющегося готовым концентрированным связующим; использование в качестве связующего кремнезоля, а также фосфатиых и комбинированных связующих (этилсиликат — фосфаты, этилсиликат — кремнезоль); применение в качестве огнеупорной основы форм высокоглиноземистого шамота, силлиманита и непрозрачного кварцевого стекла вместо кристаллического кварца; создание методов формирования оболочек с армирующими и высокопористыми слоями, стабилизирующими качество литейных форм; разработка комплексно автоматизированного процесса литья по пенополистироловым моделям, допускающим сушку оболочек во время их формирования при повьппенных температурах; исследование и использование электрофоретических явлений для совершенствования процесса изготовления двухслойных оболочек форм; внедрение в производство вакуумно-аммиачного метода сушки слоев суспензии и выпуск оборудования для его осуществления; разработка метода ускоренного прокаливания и подогрева оболочек форм в псевдокипящем слое, а также прокаливания в вакууме; совершенствование методов изготовления керамических стержней; освоение процесса получения тонкостенных отливок из титановых и других сплавов центробежно-вакуумным способом; разработка способа нанесения пироуглеродного покрытия на рабочую поверхность оболочек форм; применение способа модифицирования поверхностных слоев отливок в форме в целях измельчения структуры и повышения эксплуатационных качеств деталей; организация проИзводства и применение при порционной вакуумной плавке специальных сплавов готовых тиглей из огнеупорных и химически нейтральных к расплаву материалов; освоение процесса направленной кристаллизации и получения отливок с монокристаллической структурой; создание новых методов очистки стальных отливок от остатков оболочки в расплавах солей; разработка составов легко разупрочняемых форм для изготовления отливок из алюминиевых сплавов.