Способ изготовления выплавляемой модели
Модельные звенья Выплавляемая модель Восковая модель
Способ изготовления выплавляемой модели

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано, в частности, для литья рабочих органов погружных многоступенчатых центробежных насосов с лопатками и с проливными каналами.

К одному из способов повышения энергоэффективности добычи нефти относят разработку рабочих органов, состоящих из рабочего колеса и рабочего аппарата. Геометрия проливного канала рабочего колеса и направляющего аппарата оказывает наибольшее влияние на уровень КПД. Качество этих полостей целиком наследуется качеством и возможной степенью сложности геометрии форм по выбранному типу литья.

Наиболее используемые технологии литья этих и подобных изделий – это литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) и литье по стержневой оснастке, выполненной методом литья в формы, выполненные из холодно-твердеющих смесей (ХТС). Известен также способ литья по керамическим вставкам (ЛКВ). Он объединяет сильные стороны литейных стержней ХТС для поверхностей, подлежащих механообработке, что дает высокую производительность процесса/низкую себестоимость изготовления, а для обеспечения высокого качества проливного канала, не подлежащего механической обработке, используется керамическая вставка на фосфатных связующих, обеспечивающей качество отливки на уровне литья по ЛВМ.

Технология ЛКВ является более требовательной к качеству восковых моделей поскольку керамическая суспензия подается под давлением. При использовании восковых элементов в прессформе под заливку керамической вставки для ЛКВ, полученных по существующей традиционной технологии и на оборудовании, используемом при получения восковых элементов по требованиям ЛВМ, керамическая суспензия при заливке ее в пресс-форму (20…30 бар) прошивает насквозь восковые элементы без плотной структуры, со следами внутренней газации. Вторая проблема, это большая величина усадки, принятой в ЛВМ как норма - 1,2…1,5%. Конструкция формы под заливку керамической вставки по ЛКВ предусматривает соединение - сборку нижней и верхней полуматрицы сопряженных восковыми элементами, при этом требуется высокая размерная точность восковых элементов, иначе возникают зазоры между восковыми элементами и профильными полостями, в которые при заливке керамической суспензии под давлением 20…30 бар отжимается связующее, а после процесса формирования керамической вставки, когда давление на элементы прессформы снижается, связующее выходит очагами из этих зазоров. Известен способ изготовления выплавляемой модели (по патенту RU2748662), в котором воск нагнетают в составную форму из стержней и промежуточных вставок. Модельный материал подается в жидкотекучем состоянии. Качество модели зависит от свойств воска, которые постепенно заполняет стержни и меняет в процессе свои свойства. Данный вариант не решает вопрос снижения усадки восковых моделей, а относится к варианту  изготовления самой прессформы.

Усадка и деформация моделей является большой проблемой при изготовлении восковых литых изделий. Наибольшей долей усадки при переходах фазовых состояний является усадка при переходе из жидкого в твердожидкое состояние. Формование восковой модели начинается с поступления расплава в форму. Продвижение расплава воска в проходных каналах сопла и формы сопровождается образованием в них перепадов давлений. По мере продвижения расплава в полости формы суммированные перепады давлений возрастают, что приводит к повышению давления в заполненных частях формы, в сопле и на его входе - в устройстве впрыска. Горячий расплав поступает в более холодную форму, в результате охлаждения происходит фазовый переход из жидкого в твердожидкое состояние, сопровождаемое усадкой материала. После образования в отливке твердого кристаллического или аморфного скелета, когда, несмотря на наличие остаточного количества расплава в жидком состоянии, в целом модель ведет себя как твердое тело. При этом снижается эффективность воздействия давления, нагнетаемого в сопле на отдаленные точки формирующейся восковой модели. Эффективность подачи новых порций расплава начинает уменьшаться и стремится к нулю (после прохождения интервала кристаллизации), так как залитый материал в форме, перестает вести себя как жидкость, начиная проявлять себя как твердое тело. На удаленных от сопла частях восковки в условиях слабого влияния подпитки в сочетании с малой теплоемкостью и эффективным теплосъёмом формируется максимальная линейная усадка. В восковых моделях рабочих органов центробежных насосов эти удаленные точки максимальной усадки — это кончики или свободные ребра лопаток. Известные подходы не позволяют оказывать влияние на усадку во всем эффективном интервале затвердевания. Известен способ изготовления выплавляемой модели (по патенту RU2748662), в котором воск нагнетают в составную форму из стержней и промежуточных вставок. Модельный материал подается в жидкотекучем состоянии. Качество модели зависит от свойств воска, которые постепенно заполняет стержни и меняет в процессе свои свойства. Этот способ не решает вопрос снижения усадки восковых моделей.

На данный момент, неизвестны способы изготовления точных моделей из пастообразного модельного состава:
- не содержащего воздух, обеспечивающие низкую усадку (например, 0,1…15% против общепринятой 1,2…1,5%);
- с высокой производительностью оборудования;
- содержащего воздух (низкая усадка), но с высоким уровнем шероховатости поверхности модели (по которой наследуется качество получаемой отливки) (например, Ra1...2, против стандартной для этого способа шероховатости не лучше Rz 20). 

Изготовление выплавляемых моделей из пастообразных модельных составов, не содержащих воздух, проводят в шприц-машинах (например, производства Тираспольского завода литейных машин им.С.М.Кирова", фирмы "MuellerPhipps", "Schott"). Изготовление моделей на шприц-машинах позволяет стабилизировать качество изготавливаемых моделей в целом, и их геометрические размеры в частности, но стабильность качества моделей, изготавливаемых на шприц-машинах, достигают за счёт контроля и управления большим количеством параметров, что в свою очередь приводит к высокой сложности и  стоимости подобного типа машин . Устройством шприц-машин не предусмотрен выпуск изделий в серийном и массовом типе производства. При этом величина усадки остается на уровне 0,7…0,8%, что является неудовлетворительным результатом восковых моделей точного литья.

Известны также машины карусельного типа получения восковых моделей. Автомат работает только с автоматизированными пресс-формами, основные, размеры которых соответствуют ГОСТ 19947–74 и снабжены механизмами выталкивания модельных звеньев. Предусмотрено активное охлаждение подачей охлаждающей среды из чиллера в каналы прессформ. Использование гостированных прессформ, не предоставляет возможности повышения размерной точности и средств для борьбы с усадкой во всем интервале затвердевания. Компенсатором усадки является расширяющийся воздух, заключенный в составе, при извлечении модели из прессформ. Шероховатость отливки лучше Rz20…40 получить невозможно. Получаемые восковки крайне чувствительны к межоперационному интервалу перед формированием слоев в технологии ЛВМ и требовательны к условиям хранения - либо в холодной воде, либо в холодильниках. Размерная точность сильно зависит от условий хранения и не гарантируется технологией производства модельных звеньев. Изготовление моделей из пастообразного воздухонаполненного модельного состава не подходит для точного литья, не может быть использован при производстве восковых элементов форм для литья рабочих органов ЭЦН.

Известный способ изготовления восковых моделей, состоит из нескольких этапов:
•	Впрыск воска. Воск подается непосредственно в замкнутую прессформу;
•	Подача воска под высоким давлением 20…100 бар для максимальной компенсации будущей усадки и качественного заполнения прессформы. При этом пресс-форма сжата с большой силой 20…100 тс;
•	В пресс-форму подается охлаждение, воск твердеет. 

При переходе из жидкого в вязкое, а потом в твердожидкое состояние эффективность подачи новый порций расплава с этого момента начинает уменьшаться и стремится к нулю (после прохождения интервала кристаллизации 45…55°С), поскольку восковой состав в пресс-форме перестает вести себя как жидкость, начиная проявлять себя как твердое тело, при этом область распространения давления сужается до локальной области у сопла инжекции. Удаленные от сопла части модели, те что были и так обеднены давлением в сравнении с точками, расположенными у сопла, эти же удаленные точки модели чаще всего обладают повышенной скоростью кристаллизации в условиях повышенного теплосъема и твердеют в первую очередь - они как раз и лишаются подпитки давлением по мере развития твердой фазы и уменьшения количества жидкой фазы в объеме формы, сосредоточивающейся у сопла. Большую часть времени эффективного интервала твердения эти удаленные от сопла точки лишены подпитки и усаживаются по мере твердения зон модели приближенных к соплу или зон, обладающих массивностью, а значит большей теплоемкостью, поэтому там же в этих проблемных удаленных точках модели в условиях слабого влияния подпитки в сочетании с малой теплоемкостью и эффективным теплосъёмом и формируется максимальная линейная усадка. Наступает период линейной усадки, складывающийся как из непосредственно линейной усадки твердой фазы, так и объемной усадки оставшихся разрозненных очагов жидкой фазы.
 
Технической задачей изобретения является создание способа изготовления восковых моделей окончательные геометрические параметры которой будут формироваться во всей зоне интервала затвердевания - противодействуя усадке при переходе из твердожидкого состояния в твердое вплоть до извлечения модели из формы, допускающий автоматизацию, с уменьшенным влиянием характеристик материала модели. Техническим результатом является повышение точности изготовления моделей для литья. Кроме того, повышается технологичность изготовления моделей.

Технический результат достигается в способе изготовления выплавляемой модели, в котором производят впрыск материала модели в жидком состоянии в пресс-форму, производят прессование модели при переходе материала модели в твердожидкое состояние до ее затвердевания прессующим органом в направлении нормали к плоскости, проекция модели на которую имеет наибольшую площадь. В качестве материала выплавляемой модели используется модельный воск.
Изготовление восковых модельных звеньев
55.15.01
Общие вопросы
Михаил
Маслов
Львович
"Отсутствует"
"Отсутствует"
РОССИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
СЕРГЕЙ
ПОЛЯКОВ
ГЕННАДЬЕВИЧ
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
ООО "ВЭЛТ"
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ВЭЛТ"
1231800020682
МИХАИЛ
МАСЛОВ
ЛЬВОВИЧ
Организация
Организации, учрежденные юридическими лицами или гражданами, или юридическими лицами и гражданами совместно
Общества с ограниченной ответственностью