Главная » Статьи, тех. документация » Метод литья по выплавляемым моделям: ломаем стереотипы! Новые возможности метода ЛВМ

Метод литья по выплавляемым моделям: ломаем стереотипы! Новые возможности метода ЛВМ

В.В.Турищев, А.С.Леднев, Е.В.Шаева (ООО «ПроМодель», г. Воронеж), В.В.Морозов (ОАО «Тушинский машиностроительный завод», Москва)

Последовательное и направленное затвердевание отливок в нагретой оболочковой форме в литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) обеспечивает условия, благоприятные для получения отливок повы­шенной плотности с высоким уровнем эксплуатаци­онных свойств. Однако типовая номенклатура изго­тавливаемых методом ЛВМ отливок укладывается в диапазон 0,05-30 кг. Особенностью метода ЛВМ так­ же являются его длительность и сложность, которые практически исключают поиск оптимальных способов получения качественных крупногабаритных отливок методом «проб и ошибок», так как исследование фор­мирования крупногабаритных отливок в производ­ственных условиях обходится дорого и требует зна­чительных трудозатрат. Любые ошибки на стадии про­ектирования и ввода отливки в серию приводят к удо­рожанию конечной продукции и нерентабельности производства.

На ОАО «Тушинский машиностроительный завод» (Москва) впервые в мировой практике решена задача получения качественных отливок типа «Рабочее колесо» гидротурбины массой до 5 тонн, получаемых методом ЛВМ. Для получения изделий подобных габаритных раз­меров и массы разработан технологический процесс, включающий: изготовление моделей, получение кера­мической оболочки и заливки металла. Отливки типа «Рабочее колесо» (рис. 1) представ­ляют собой изделия диаметром до 3,5 м и предназначены для работы на гидроэлектростанциях малой мощности (от 500 кВт и выше).

%d1%81%d0%ba%d1%80%d0%b8%d0%bd%d1%88%d0%be%d1%82-30-03-2017-125307

Разработка технологического процесса получения качественных отливок типа «Рабочее колесо» ориентирована на интенсивное использование современных технологий и состоит из нескольких этапов, началом которых служит построение 3D-модели будущей отливки с элементами конструкции ЛПС в программном обеспечении SolidWorks. Далее, данная модель передается в программное обеспечение LVMFlow для моделирования оптимальных режимов нагрева формы под заливку, скоростей заливки (рис. 2-4) и формирования литейных дефектов. Процесс компьютерного моделирования позволил без проведения натурных испытаний определить оптимальные технологичес­кие параметры получения отливок с требуемыми технологическими параметрами.

Следующим важным этапом, после моделирования литейных процессов, является технологичес­кое «членение» модели и запуск ее в производство. Изготовление мо­дельного комплекта выполняется на установке быстрого прототипирования (VIPER PRO, США). Изготов­ленная из сегментов 3D-модель выполняется по SLA–технологии. Сущность процесса быстрого прототипирования (Rapid Prototyping) – послойное «выращивание» физи­ческой копии различных объектов из жидкого фотополимерного материала лучом лазера на основе 3D CAD-модели без ис­пользования традиционной технологической оснастки.

%d1%81%d0%ba%d1%80%d0%b8%d0%bd%d1%88%d0%be%d1%82-30-03-2017-125803

Рис. 5. Фотополимерная модель

 Данная технология особенно привлекательна для изготовления опытных, единичных, эксклюзивных и уникальных образцов, поскольку не требует изготовления специальной оснастки и исключает труд модельщика.

Выбор данного метода получения моделей отли­вок «Рабочее колесо» обусловлен сложностью их из ­ готовления традиционными методами из выплавляе­мых материалов, а также единичностью производства. Модели отливок, полученные на установке быстрого прототипирования, по сравнению с восковыми моде­лями, обладают высокой точностью и жесткостью. К недостаткам данного метода следует отнести высокую стоимость получае­мых моделей и длительность процес­са выращивания моделей.

%d1%81%d0%ba%d1%80%d0%b8%d0%bd%d1%88%d0%be%d1%82-30-03-2017-130005

Рис. 6. Керамическая оболочка

%d1%81%d0%ba%d1%80%d0%b8%d0%bd%d1%88%d0%be%d1%82-30-03-2017-130054

Рис. 7. Рабочие моменты по изготовлению рабочего колеса: а — такелаж керамического блока; б — транспортировка керами­ческого блока на ОАО «ЭЗТМ»; в — подготовка опоки под нагрев; г — установка подогретой формы под заливку; д — заливка формы из стопорного ковша; е — вид отливки после пескоструйной обработки

«Выращенная» модель представляет собой полимерный материал сотовой конструкции (рис. 5), за счет которой снижается вес модели и компенсируется рас­ширение фотополимерного состава при выжигании модели из керамической оболочки.

При необходимости, модель отливки дорабатыва­ется вручную и передается в цех для нанесения кера­ мической оболочки, толщина которой для данного вида отливок варьируется в пределах 25-4 0 мм (рис 6.). Для нанесения оболочки используется водное связующее «Армосил А» (Россия), материал обсыпки – плавленый кварц марки «ЭКОСИЛ – МЕЛУР» (Россия). Процесс удаления модели отличается от традици­онного метода ЛВМ и заключается в выжигании фо­тополимерного материала в нагревательных печах. Прокалка данного блока производится также в нагре­вательных печах без опорного наполнителя.

Часть рабочих этапов по изготовлению 2-х рабочих колес представлена на рис.7. Особенностями дан­ного проекта является моделирование, выжигание, транспортировка керамического блока весом 2т на расстояние 100 км, транспорти­ровка и заливка нагретой опоки под заливку.

Использование системы моделирова­ния литейных процес­сов LVMFlow при раз­работке технологического процесса получения отливок «Рабочее колесо» методом ЛВМ позволило на стадии проектирования выявить места образования усадочных де­фектов, скорректировать конструкцию ЛПС и опреде­лить оптимальную температуру формы перед залив­кой. Картина распределения усадочных дефектов при­ведена на рис. 8, где наблюдается усадочная порис­тость 2-3 % по телу отливки: нижний и верхний обод. В лопастях – до 5%.

%d1%81%d0%ba%d1%80%d0%b8%d0%bd%d1%88%d0%be%d1%82-30-03-2017-130643

Рис. 8. Усадочные дефекты в отливке

%d1%81%d0%ba%d1%80%d0%b8%d0%bd%d1%88%d0%be%d1%82-30-03-2017-130721

Рис. 9. Дефекты лопастей

%d1%81%d0%ba%d1%80%d0%b8%d0%bd%d1%88%d0%be%d1%82-30-03-2017-130821

Рис. 10. Температурный режим формы

Помимо грубых усадочных дефектов и пористос­ти, были выявлены места «непроливов» в верхней части лопастей (рис 9), образование которых было устранено повышением начальной температуры формы с 250 до 420о С (рис. 10) и уменьшением времени заливки формы с 6-8 до 4 мин. Разработанный технологический процесс получения отливок типа «Рабочее колесо» методом ЛВМ позволил получить качественные изделия весом до 5 т (рис. 11), по своим техническим характеристикам превышающие сварные в 2,5 раза.

%d1%81%d0%ba%d1%80%d0%b8%d0%bd%d1%88%d0%be%d1%82-30-03-2017-130852

Рис. 11 . Рабочее колесо на стадии доработки

Процесс моделирования отливки «Рабочее колесо» и поиск оптимальных технологических параметров в программе LVMFlow составил 40 часов!

Яндекс.Метрика