ММК Спецтехнология ЛА 2013
.pdf6.1. ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Литье по выплавляемым моделям является универсальным методом изготовления деталей сложной формы массой от нескольких десятков граммов до сотен килограммов практически из любых литейных сплавов. Применение этого метода позволяет получать детали с повышенными точностью размеров (100±0,3 мм) и качеством обработки поверхности. Припуски на механическую обработку, составляющие 15... 35% от массы отливки, обеспечивают снижение себестоимости изготовления изделий (по сравнению с механической обработкой поковок и проката) на 30...50% и в 1,5—2 раза сокращают сроки освоения их производства.
Преимущества литья по выплавляемым моделям наиболее полно проявляются при изготовлении деталей ДЛА из труднообрабатываемых высокопрочных сталей и жаропрочных сплавов. В современных ДЛА масса литых деталей составляет 30... 40%. Литье по выплавляемым моделям применяется для изготовления деталей, работающих при высоких статических и динамических нагрузках или под давлением, например, при изготовлении роторов, крыльчаток, сопловых и направляющих аппаратов, решеток, корпусов насосов, узлов регулирования и соединения трубопроводов.
Типовая схема процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям представлена на рис. 6.1.
Содержание
Рисунок 6.1. Типовая схема процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям
Технология литья по выплавляемым моделям заготовок деталей ДЛА основана на применении воскообразных модельных составов и в качестве связующего раствора суспензии на основе этилсиликата, а также воздушно-аммиачной сушки покрытия модельных блоков и прокаливания форм при температуре 950... 1100°С перед заливкой металла.
Вместе с тем для повышения качества литых заготовок используются некоторые специфические приемы.
В целях предупреждения изготовления бракованных отливок (из-за разрушения керамических оболочковых форм) и улучшения качества необрабатываемых поверхностей деталей при изготовлении оболочек применяются более термостойкие по сравнению с кварцевым песком материалы - плавленый кварц или электрокорунд. Электрокорунд из использованной керамики восстанавливается, очищается от двуокиси кремния и вновь используется для изготовления керамических оболочек.
Применение термостойких материалов позволяет при получении мелких и средних отливок отказаться от опочной заливки в опорном наполнителе, в результате чего уменьшается или полностью исключается засор их керамикой и лучше регулируется процесс затвердевания металла, т. е. повышается качество деталей.
Плавка металла производится в вакуумных индукционных установках, что позволяет снизить его загрязненность неметаллическими включениями, газами и окисными пленками и улучшить механические характеристики отливок.
Для изготовления высоконагруженных деталей все большее применение находит метод направленного затвердевания отливок. Процесс направленного затвердевания отливок состоит из высокотемпературного нагрева формы в специализированной нагревательной печи, заливки металла в форму на водоохлаждаемом кристаллизаторе и последующего постепенного вывода (вниз) залитого блока. Управляя теплообменом в системе отливка— форма— кристаллизатор можно регулировать положение фронта затвердевания и создавать благоприятные условия для усиленного питания расплавом затвердевающих объемов.
При изготовлении отливок типа лопаток и корпусов методом направленного затвердевания применяются агрегаты плавки, заливки и кристаллизации (АПЗК).
На рис. 6.2 приведена схема агрегата АПЗК-2.
Рисунок 6.2. Схема агрегата АПЗК-2:
Обозначения на рис. 6.2:
1 — вакуумная камера; 2 — плавильная печь; 3 — механизм загрузки шихты; 4—индукционный нагреватель; 5 — окно для загрузки формы; 6— форма; 7—вакуумный затвор; 8—кольцо, соединенное с вакуумной системой; 9 — водоохлаждающий кристаллизатор; 10 — привод осевого перемещения; 11 - тележка; 12 — электромеханический привод; 13 — форкамера; 14 —гидравлический привод осевого перемещения
В вакуумной камере 1, размещены индукционная плавильная печь 2, механизм загрузки шихты 3, индукционный нагреватель 4. В нижней части вакуумной камеры расположены окно 5 для загрузки формы 6 и вакуумный затвор 7. К корпусу вакуумного затвора снизу крепится кольцо 8, соединенное с вакуумной системой установки. Привод осевого перемещения 10 водоохлаждаемого кристаллизатора 9 смонтирован на тележке 11, которая перемещается под вакуумной камерой от электромеханического привода 12. Кристаллизатор размещен внутри форкамеры 13, которая плотно состыкована с кольцом 8. Камера имеет гидравлический привод осевого перемещения 14, установленный на тележке.
Кристаллизатор вместе с установленной на нем формой опускают вниз и на тележке транспортируют под загрузочное окно вакуумной камеры. Затем форму на кристаллизаторе вводят в нагреватель, для чего форкамеру 13 перемещают вверх, соединяют с кольцом и вакуумируют. После того как остаточное давление в форкамере станет равно давлению в вакуумной камере, открывают вакуумный затвор и форму подают в индукционный нагреватель, где нагревают ее до температуры, при которой начинается затвердевание металла.
Одновременно с нагревом формы производится плавка металла в плавильной печи. Готовый металл заливается в форму сверху через отверстие в крышке индукционного нагревателя. По мере затвердевания металла форму постепенно выводят из зоны нагрева вниз, после чего загрузочное окно перекрывают шибером вакуумного затвора.
Форкамеру разгерметизируют и, перемещая вниз, разъединяют с кольцом. Тележку перемещают на исходную позицию, после чего кристаллизатор поднимают вверх, отливку с формой снимают с него, охлаждают и очищают от керамики. На освободившийся кристаллизатор устанавливают новую форму.
Направленное затвердевание позволяет значительно повысить механические характеристики (прочность на 10...30%, пластичность на 30... 80%) и плотность отливок (на 2...10%). Коэффициент использования жидкого металла при этом повышается с 0,3. .. 0,4 до
0,7. .. 0,85.
Материалы и детали, рекомендуемые для литья по выплавляемым моделям с применением вакуумных индукционных плавильнозаливочных установок, приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Продолжение табл. 6.1