Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням
При исследовании способа получения точнолитой формообразующей оснастки для изготовления корпусов водонапорной арматуры предложено технологическое решение получения цельнолитой конструкции вставки пресс-формы по керамическим армированным стержням. Расплав подвергался комплексному воздействию с целью...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2018 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2018
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166587 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням / О.И. Воронова // Металл и литье Украины. — 2018. — № 9-10 (304-305). — С. 60-64. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-166587 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Воронова, О.И. 2020-02-26T16:31:29Z 2020-02-26T16:31:29Z 2018 Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням / О.И. Воронова // Металл и литье Украины. — 2018. — № 9-10 (304-305). — С. 60-64. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166587 621.74.043 При исследовании способа получения точнолитой формообразующей оснастки для изготовления корпусов водонапорной арматуры предложено технологическое решение получения цельнолитой конструкции вставки пресс-формы по керамическим армированным стержням. Расплав подвергался комплексному воздействию с целью улучшения структуры и физико-механических свойств отливок, что позволило получить точнолитую вставку пресс-формы с прочностью на уровне штампованных сталей. При дослідженні способу отримання точнолитої формоутворюючої оснастки для виготовлення корпусів водонапірної арматури запропоновано технологічне рішення отримання суцільнолитої конструкції вставки прес-форми за керамічними армованими стрижнями. Розплав піддавався комплексному впливу з метою поліпшення структури і фізико-механічних властивостей виливків, що дозволило отримати точнолиту вставку прес-форми з міцністю на рівні штампованих сталей. When investigating the method of obtaining a precision casting tool for the manufacture of water-valve housings, a technological solution has been proposed for the production of a one-piece design of a mold insert on ceramic reinforced rods. The melt was subjected to a complex action to improve the structure and physico-mechanical properties of the castings, which made it possible to obtain a precision mold insert with a strength at the level of stamped steels. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням Технологічне рішення виготовлення формоутворюючої оснастки за керамічними армованими стрижнями The technological decision of manufacturing of a forming tool on ceramic reinforced bars Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням |
| spellingShingle |
Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням Воронова, О.И. |
| title_short |
Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням |
| title_full |
Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням |
| title_fullStr |
Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням |
| title_full_unstemmed |
Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням |
| title_sort |
технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням |
| author |
Воронова, О.И. |
| author_facet |
Воронова, О.И. |
| publishDate |
2018 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Технологічне рішення виготовлення формоутворюючої оснастки за керамічними армованими стрижнями The technological decision of manufacturing of a forming tool on ceramic reinforced bars |
| description |
При исследовании способа получения точнолитой формообразующей оснастки для изготовления корпусов водонапорной арматуры предложено технологическое решение получения цельнолитой конструкции вставки пресс-формы по керамическим армированным стержням. Расплав подвергался комплексному воздействию с целью улучшения структуры и физико-механических свойств отливок, что позволило получить точнолитую вставку пресс-формы с прочностью на уровне штампованных сталей.
При дослідженні способу отримання точнолитої формоутворюючої оснастки для виготовлення корпусів водонапірної арматури запропоновано технологічне рішення отримання суцільнолитої конструкції вставки прес-форми за керамічними армованими стрижнями. Розплав піддавався комплексному впливу з метою поліпшення структури і фізико-механічних властивостей виливків, що дозволило отримати точнолиту вставку прес-форми з міцністю на рівні штампованих сталей.
When investigating the method of obtaining a precision casting tool for the manufacture of water-valve housings, a technological solution has been proposed for the production of a one-piece design of a mold insert on ceramic reinforced rods. The melt was subjected to a complex action to improve the structure and physico-mechanical properties of the castings, which made it possible to obtain a precision mold insert with a strength at the level of stamped steels.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166587 |
| citation_txt |
Технологическое решение изготовления формообразующей оснастки по керамическим армированным стержням / О.И. Воронова // Металл и литье Украины. — 2018. — № 9-10 (304-305). — С. 60-64. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT voronovaoi tehnologičeskoerešenieizgotovleniâformoobrazuûŝeiosnastkipokeramičeskimarmirovannymsteržnâm AT voronovaoi tehnologíčneríšennâvigotovlennâformoutvorûûčoíosnastkizakeramíčnimiarmovanimistrižnâmi AT voronovaoi thetechnologicaldecisionofmanufacturingofaformingtoolonceramicreinforcedbars |
| first_indexed |
2025-11-26T20:30:54Z |
| last_indexed |
2025-11-26T20:30:54Z |
| _version_ |
1850773639142572032 |
| fulltext |
60 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 9-10 (304-305)
для получения армированных керамических стерж-
ней, оформляющих внутреннюю полость формы, из-
готавливали из алюминия путем отливки заготовок и
механической обработки с последующей доводкой. В
размеры стержневого ящика закладывали припуск на
разрез 8 мм по линии разъема.
В качестве материала для изготовления модели,
прибыли и литниковой системы выбрано дерево.
Размеры модели, оформляющей внешние контуры
отливки, выбирали с учетом усадки стали 40Х5МФС,
припуска на разрез 8 мм и припуска на механиче-
скую обработку 4 мм. Модель изготавливали разъ-
емной. Плоскость разъема модели соответствует
плоскости разъема готовой отливки. Литниковая
система и прибыль рассчитывались по известным
методикам для стали.
Керамические армированные стержни (рис. 2)
получали из этилсиликатной керамики на основе
пылевидного циркона. Выбор огнеупорного напол-
нителя – циркона обусловлен более высоким коэф-
фициентом теплоаккумулирующей способности (в
1,2 раза выше, чем у кварца). При применении кера-
мики на основе кварца ухудшается качество отливок
из стали 40Х5МФСЛ из-за поверхностного обезугле-
роживания. На поверхности отливок, полученных в
кварцевые формы, имелся обезуглероженный слой
толщиной 0,5 мм, а с применением форм на основе
циркона – слой толщиной 0,2 мм.
В качестве арматуры использовался стальной
прут диаметром 15 мм с накаткой для улучшения кре-
пления керамики, который устанавливался в специ-
альные пазы стержневого ящика (рис. 3).
Установлено, что плотность керамических образ-
цов возрастает пропорционально увеличению со-
держания наполнителя в суспензии. В соотношении
концентрат цирконовый и гидролизованный этил-
силикат (КЦ/ГЭТС) = 3,3 плотность равна 1,9 г/см3,
а при соотношении КЦ/ГЭТС равном 4, плотность
керамического образца увеличивается до 2,5 г/см3.
При этом пористость керамических стержней изме-
няется от 54 до 42 %.
Исследования показали положительный эффект
вакуумирования суспензии и применения вибрации
Л
итье под давлением занимает одно из ведущих
мест в литейном производстве, так как дает воз-
можность изготавливать отливки самой разно-
образной конфигурации массой от нескольких
граммов до 30 кг и более. В теории и практике про-
цесса литья высокотемпературных сплавов под дав-
лением особое внимание уделяется проблеме стой-
кости формообразующей оснастки. Стоимость фор-
мообразующей оснастки для литья под давлением
составляет около 50 % затрат, а большой объем ме-
ханической обработки высоколегированных сталей,
сложность конфигурации и поверхностного рельефа
вставок пресс-форм непосредственно отражается на
увеличении затрат на их изготовление.
Повышение термической стойкости и снижение
затрат на изготовление формообразующей оснаст-
ки для литья под давлением представляет одну из
актуальных задач в области специальных способов
литья. Вставки пресс-форм, изготовленные из литой
стали по предложенной технологии, за счет ликваци-
онной неоднородности, направленной и ускоренной
кристаллизации, комплексной обработки расплава
проявили более высокие эксплуатационные свой-
ства по сравнению с образцами из кованой стали.
При исследовании способа получения точнолитой
формообразующей оснастки для изготовления кор-
пусов водонапорной арматуры предложено техноло-
гическое решение получения цельнолитой конструк-
ции вставки пресс-формы по керамическим армиро-
ванным стержням. При этом две половинки вставки
отливают единой отливкой, а затем разрезают по ли-
нии разъема. Такое решение продиктовано тем, что
вставки трехместные и при смыкании двух половин
необходимо совпадение гнезд. Изготовить же две от-
ливки с абсолютным совпадением межосевых рас-
стояний практически не представляется возможным,
так как при литье получить гарантированную размер-
ную точность весьма сложно.
На рис. 1 представлена принципиальная схема
технологического процесса изготовления цельноли-
тых вставок пресс-форм.
При проектировании оснастки учитывалась осо-
бенность технического решения. Стержневой ящик
УДК 621.74.043
О.И. Воронова, приват-доцент, e-mail: olgaliptuga@ukr.net
Одесский национальный политехнический университет, г. Одесса, Украина
Технологическое решение изготовления формообразующей
оснастки по керамическим армированным стержням
При исследовании способа получения точнолитой формообразующей оснастки для изготовления корпусов
водонапорной арматуры предложено технологическое решение получения цельнолитой конструкции вставки
пресс-формы по керамическим армированным стержням. Расплав подвергался комплексному воздействию
с целью улучшения структуры и физико-механических свойств отливок, что позволило получить точнолитую
вставку пресс-формы с прочностью на уровне штампованных сталей.
Ключевые слова: цельнолитая вставка пресс-формы, комплексное модифицирование, вакуумирование,
вибрация.
61ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 9-10 (304-305)
в ходе заполнения суспензией стержневого ящика.
Керамика без внешнего воздействия имеет пори-
стость 45 ÷ 48 %, плотность – 2÷2,4 г/см3.
Выполненные исследования позволили вырабо-
тать следующие практические рекомендации:
1. Керамическая суспензия, содержащая 4 массо-
вые доли цирконового концентрата и одну массовую
долю ГЭТС, обеспечивает наибольшую плотность ке-
рамических стержней.
2. Вибрация и вакуумирование (-1) стержневого
ящика при заполнении его керамической суспензией
способствует качественному заполнению полостей с
тонкорельефной поверхностью.
Перед заливкой керамическая суспензия под-
вергалась вакуумированию при глубине вакуума
(-1) до полного удаления пузырьков воздуха в те-
чение 2–3 минут.
Затем производилась заливка керамической су-
спензии в стержневой ящик при одновременном
вакуумировании полости стержневого ящика и ви-
брационном воздействии (рис. 4). Вакуумирование
прекращали в момент появления керамической су-
Принципиальная схема технологического процесса
изготовления цельнолитых вставок пресс-форм
Технологическая схема установки для получе-
ния керамических стержней: 1 – емкость с керамической
суспензией; 2 – канал для выхода газов; 3 – стержневой
ящик; 4 – арматура; 5 – стеклянная трубка; 6 – вибратор;
7 – манометр; 8 – вакуумный насос
Стержневой ящик
Керамический армированный стержень
Нижняя полуформа с керамическими стержнями
Рис. 1.
Рис. 4.
Рис. 3.
Рис. 2.
Рис. 5.
1
2
3
4
5
7
86
62 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 9-10 (304-305)
спензии в стеклянной трубке 5. Вибратор 4 отключа-
ли после появления керамической суспензии из ка-
нала для выхода газов 2.
В начальный момент твердения керамической об-
лицовки, когда она принимает резиноподобное со-
стояние, ящик раскрывали и стержень извлекали.
Время твердения керамики – 3,0–3,5 минут. Затем
керамический стержень поджигали с целью выгора-
ния летучих веществ, прокаливали в печи при темпе-
ратуре 900–950 °С в течение 1,5–2,0 часов.
Полуформы верха и низа изготавливали из пес-
чано-жидкостекольной смеси, состоящей из 95 %
кварцевого песка 1К020А – 1К0315А и 5 % жидкого
стекла. Отверждение смеси после формовки прово-
дилось в оснастке продувкой СО2 через наколы. В
качестве разделительного покрытия на поверхности
раздела форма – модель применяли серебристый
графит. Керамические армированные стержни уста-
навливали в нижнюю полуформу (рис. 5) и накрыва-
ли полуформой верха (рис. 6).
Плавка стали проводилась в индукционной тигель-
ной печи с кислой футеровкой, позволяющей прово-
дить комплексное модифицирование, рафинирование
инертными газами и раскисление металла в тигле. В
качестве модификаторов были выбраны следующие
модификаторы: бор, церий, силикокальций.
Бор выбран из соображений, связанных с рядом
факторов, и, прежде всего, с модифицирующим вли-
янием бора на процессы кристаллизации стали, при-
водящем к значительному измельчению первичных
зерен – кристаллитов [3]. Известна также высокая
химическая активность бора по отношению к кисло-
роду и азоту. Повышенная устойчивость аустенита
к распаду при переохлождении, а, следовательно,
повышенная прокаливаемость – свойство, опреде-
ляющее степень однородности структуры и уровень
механических свойств термически обработанных
деталей. Кроме того, под влиянием бора возможно
изменение состава и морфологии избыточных фаз,
выделяющихся по границам кристаллов и вторичных
зерен в сложнолегированных сталях, для улучшения
их способности к горячей пластической деформации.
Силикоккальций – один из традиционных моди-
фикаторов и раскислителей, применяемый при плав-
ке стали. Кальций выполняет раскислительную функ-
цию, образуя продукты раскисления, отличающиеся
низким удельным весом и малой адгезией, легко
всплывающие на поверхность расплавов, что приво-
дит не только к изменению их состава и морфологии.
Кальций выполняет модифицирующую функцию, что
непосредственно связано с влиянием кальция на по-
верхностное натяжение. Кальций, как поверхностно-
активное вещество, скапливается в виде «вала» на
поверхности растущих зерен первичной кристалли-
зации, препятствуя тем самым развитию скелетных
форм дендритов. Однако, эффект модифицирования
кальцием в значительной степени зависит от его рас-
творимости в металле. Чем больше растворимость
кальция в металле, тем эффект модифицирования
сильнее.
Церий выбран с учетом его модифицирующего и
раскисляющего воздействия, а также высокой спо-
собности к десульфурации. Учитывая высокую рас-
кислительную способность бора, кальция и церия, не-
пременным условием получения модифицирующего
эффекта от введения комплексного модификатора
является полное раскисление стали алюминием.
Состав выбранного комплексного модификатора
(в %): ферроцерий – 0,1; ферробор – 0,005; силико-
кальций – 0,15; алюминий – 0,13.
Частично состав раскисляется в печи. Модифи-
цирование производится в ковше под колокольчиком
во избежание пирроэффекта. Состав комплексного
модификатора (%мас.): ферроцерий – 0,1; силико-
кальций – 0,15; ферробор – 0,005. С целью сниже-
ния угара молибдена, хрома, ванадия при переплаве
отходов стали 4Х5МФС проводится предваритель-
ное раскисление. При этом вначале в печь вводится
ферромарганец, затем – ферросилиций или силико-
кальций. Окончательное раскисление проводится за
10 минут до выпуска плавки из печи.
Для получения высоких механических свойств
стали необходимо максимально освободить расплав
от продуктов окисления, являющихся источником эн-
догенных включений. Достигается это продувкой рас-
плава аргоном.
Температура заливки стали – 1640–1660 °С.
Шихта рассчитывалась на химический состав стали
40Х5МФС. После заливки и выбивки отливка отжига-
лась при температуре 840–860 °С. Затем для снятия
напряжений при черновой обработке выполнялся от-
пуск при температуре 650 °С в течение 2–3 часов.
После механической обработки проводилась тер-
мическая обработка по следующим режимам:
– закалка – загрузка в печь при 500 °С, выдержка
в течение часа;
– нагрев до 820–840 °С, выдержка 15–20 с на 1 мм
толщины при нагреве в соляной ванне и 25–30 с для
нагрева в печи;
– охлаждение на воздухе до 900 °С;
– закалка в веретенном масле, имеющем темпе-
ратуру 60 °С до твердости HRC 45.
Отпуск 1 – при температуре 625–650 °С, выдерж-
ка 0,5 часа. Отпуск 2 – при температуре 500–550 °С,
выдержка 15–20 минут.
Полученные вставки пресс-форм имеют свет-
лую неокисленную поверхность шероховатостью
5–6 класса, на которой практически отсутствует обе-
зуглероженный слой. Металлографические исследо-
вания вставок пресс-форм показали, что литая струк-
тура приближается к структуре прокатной закаленной
стали (мартенситно-трооститной) с микротвердостью
482–569 НВ.
При испытании отлитых вставок на прочность при
разрыве было установлено, что прочность состав-
Форма в сбореРис. 6.
63ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 9-10 (304-305)
1. Липтуга И.В., Ясюков В.В., Воронова О.И. Технология изготовления литых вставок пресс-форм. – М.: Машинострои-
тель. – 1989. – № 1. – С. 23–26.
2. Воронова О.И., Меланьин О.А. Влияния технологии плавки на свойства и стойкость точнолитой оснастки из сложно-
легированных сталей // Международный информационно-технический журнал «Оборудование и инструмент для
профессионалов. Серия: Металлообработка». – Харьков. – 2009. – № 1 (109). – С. 39–42
3. Воронова О.И. Исследование влияния комплексного модификатора на свойства и стойкость легированной стали при
многократном переплаве. Материалы VIII международной конференции «Пути повышения качества и экономичности
литейных процессов», г. Одесса, 2004 г. – С. 32–38.
1. Liptuga, I.V., Yasiukov, V.V., Voronova, O.I. (1989). Manufacturing technology of cast inserts molds. Moscow: Mashinostroitel’,
no. 1, pp. 23–26 [in Russian].
2. Voronova, O.I., Melan’in, O.A. (2009). Effects of smelting technology on the properties and durability of precisely cast
tooling from complex-alloyed steels. Mezhdunarodnyi informatsionno-tekhnicheskii zhurnal “Oborudovanie i instrument dlia
professionallov. Seriia: Metalloobrabotka”. Khar’kov, no. 1 (109), pp. 39–42 [in Russian].
3. Voronova, O.I. (2004). Investigation of the effect of complex modifier on the properties and durability of alloyed steel during
repeated remelting. Proceedings of the VIII International Conference "Ways to improve the quality and economic efficiency of
foundry processes". Odessa, 2004, pp. 32–38 [in Russian].
ЛИТЕРАТУРА
REFERENCES
ляет 145–155 · 107 Па, то есть близка к показателям
штампованных сталей. Ударная вязкость после тер-
мообработки образцов находится в пределах 0,514–
0,778 Дж/м2, что в 1,5 раза превышает показатели
такой же стали после высокотемпературной (термо-
механической) обработки при 1273 К.
Термическую стойкость вставок определяли по
следующим критериям: количество циклов до образо-
вания первой трещины, величина инкубационного пе-
риода (в циклах) от момента появления трещины до
ее образования шириной 500 мкм, изменение формы
и налипание латуни на поверхности. Первая трещина
на вставке из проката стали 40Х5МФС появилась на
120-ом цикле, а инкубационный период составил 30
циклов. Однако изменение формы наблюдалось уже
после 30 циклов. В вставках из литой стали 40Х5МФСЛ
первая трещина появилась после 245 циклов, а инку-
бационный период составил 190 циклов. Изменение
формы зарегистрировано после 180 циклов. Налипа-
ние латуни практически отсутствует.
Производственные испытания проходили на ма-
шинах мод. 711А07 с горячей камерой прессования.
Материал отливки – латунь ЛС-59. После выполне-
ния производственной программы (1800 годных отли-
вок) пресс-форма находилась в рабочем состоянии и
не нуждалась в ремонте. При этом ее стойкость вы-
росла в 1,5 раза по сравнению со стойкостью меха-
нических обработанных пресс-форм.
Две половинки цельнолитой вставки пресс-формы
представлены на рис. 7.
Две половинки цельнолитой вставки пресс-формыРис. 7.
Поступила 25.09.2018
Received 25.09.2018
64 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 9-10 (304-305)
Summary
When investigating the method of obtaining a precision casting tool for the manufacture of water-valve housings, a
technological solution has been proposed for the production of a one-piece design of a mold insert on ceramic reinforced
rods. The melt was subjected to a complex action to improve the structure and physico-mechanical properties of the castings,
which made it possible to obtain a precision mold insert with a strength at the level of stamped steels.
Solid mold insert, complex modification, vacuuming, vibration.Keywords
O.I. Voronova, privat-docent, e-mail: olgaliptuga@ukr.net
Odessa National Polytechnic University, Odessa, Ukraine
The technological decision of manufacturing of a forming tool on ceramic reinforced bars
Анотація
О.І. Воронова, приват-доцент, e-mail: olgaliptuga@ukr.net
Одеський національний політехнічний університет, м. Одеса, Україна
Технологічне рішення виготовлення формоутворюючої оснастки за керамічними
армованими стрижнями
При дослідженні способу отримання точнолитої формоутворюючої оснастки для виготовлення корпусів водонапірної
арматури запропоновано технологічне рішення отримання суцільнолитої конструкції вставки прес-форми за
керамічними армованими стрижнями. Розплав піддавався комплексному впливу з метою поліпшення структури і
фізико-механічних властивостей виливків, що дозволило отримати точнолиту вставку прес-форми з міцністю на рівні
штампованих сталей.
Ключові слова Суцільнолита вставка прес-форми, комплексне модифікування, вакуумування, вібрація.
|