ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК

STEEL CASTING PRODUCTION WITH USING ADDITIVE TECHNOLOGY

Michail Kochev

graduate student, Mechanics and Mechanical Engineering Institute, Volga State Technological University,

Russia, Yoshkar-Ola

АННОТАЦИЯ

Актуальность работы заключается в раскрытии способа модернизации технологии оболочкового литья в керамические формы, путем использования напечатанных моделей для изготовления литниковой формы.

ABSTRACT

Work present information about way of modifying casting technology with using printing models to creation of shell mold.

Ключевые слова: литейное производство; металлургия; стальное литье.

Keywords: casting production; ferrous metallurgy; steel castings.

В короткие cроки было необходимо изготовить небольшую партию стальных деталей. После анализа технических требований, определялся способ производства заготовок для будущих деталей. Учитывая требования к точности размеров и шероховатости необрабатываемых поверхностей, для производства отливок, был выбран способ литья по выплавляемым моделям. Сущность данного метода заключается в создании одноразовой керамической литейной формы, при помощи поочередного нанесения на выплавляемую заготовку, слоев керамической суспензии (шликера) и мелкодисперсного кварцевого песка. С целью совершенствования способа производства и ускорения процессов производства готовых деталей, было решено не изготавливать пресс-форму для восковых моделей определяющих очертания отливки (без литниковой системы), а напечатать их на 3D принтере.

Работа проводилась при производстве отливки из легированной стали 20Х13Л ГОСТ 977-88 [1]. Сталь обычно используется для  деталей, подвергающихся ударным нагрузкам, а также для изделий, подверженных действию слабых агрессивных сред. Для улучшения литейных свойств в сталь введен кремний. Проанализировав технические требования (ТТ) к детали: размерная точность и шероховатости необрабатываемых поверхностей, с учетом габаритных размеров отливки (см. рисунок 1), был выбран способ получения литой заготовки. Согласно ТТ деталь должна соответствовать размерной точности 9-0-0-9 согласно ГОСТ Р 53464-2009 [2], и иметь шероховатость, необрабатываемых механически поверхностей, не ниже Rz 120.

Рисунок 1. Габаритные размеры отливки

Наиболее подходящим, способом получения литой заготовки был способ литья в оболочковые керамические формы. Однако, для сокращения сроков выпуска готовых деталей, было решено для изготовления небольшой партии отливок, использовать изготовленные методом 3-х мерной печати, выжигаемые мастер-модели. Разработанная литниковая система была протестирована в программе анализа проливаемости LVMFlow. На основании произведенных программой расчетов и анализа дефектов, были внесены изменения в конструкцию литниковой системы. Был изменён способ подвода металла к отливке, откорректировано положение отливок в форме, изменена форма и увеличена площадь питающих отливку каналов – литников, изменено количество одновременно производимых в одном пакете отливок с 6-ти до 4-х (см. рисунок 2). Всего было выполнено 4 полных расчёта качества заполнения литниковой системы и отсутствия дефектов при кристаллизации готовых отливок. Анализ проливаемости проводился до тех пор, пока не была скомпонована литниковая система, обеспечивающая необходимое качество готовых изделий.

а)                                                                          б)

Рисунок 2: а) эскиз литниковой системы до расчета в LVMFlow, б) эскиз литниковой системы c изменениями после расчета в программе проливаемости

Напечатанные мастер-модели отливок изготавливались методом отверждения фотополимера. Остальная литниковая система изготавливалась классическим для данного способа литья методом – пайкой фасонных, отлитых из модельного состава заготовок. Небольшое затруднение вызывало крепление мастер моделей отливок из фотополимера к восковой литниковой системе. Данная проблема была решена посредством локального нагрева мест присоединения литников выжигаемой мастер-модели к литниковой системе с последующим оплавлением воскового модельного состава в местах контакта модели с литниковой системой (см. рисунок 3).

Рисунок 3 . Разрез места присоединения напечатанной модели к восковой форме

Следующим этапом производства было создание керамической формы-оболочки. Керамическая форма создавалась путем нанесения на выплавляемую литниковую систему керамического шликера с последующей обсыпкой мелкодисперсным кварцевым песком. Форма состояла из 5 слоев. Восковая литниковая система выплавлялась в паровой камере, в то время как оставшиеся в формы пластиковые мастер модели выжигались перед прокаливанием формы и заливкой сплава.

Плавка стали 20Х13Л производилась в печи при температура 1620 ºС. Сталь заливалась в прокаленные в печи керамические формы с температурой 580 ºС, установленные в переносных коробах из жаропрочной стали, заполенных кварцевым песком.

После остывания керамическая форма разрушалась в виброударной камере, а отливки отрезались от литниковой системы.

В изготовленной партии из 20 штук на 7 отливках наблюдались местные литейные дефекты в месте присоединения утолщенного прямоугольного участка к тонкой стенке. Литейные раковины устранялись вскрытием места дефекта с последующим завариваем электроконтактной сваркой с использованием проволоки того же состава что и основной материал. Для устранения подобных дефектов в следующих производимых моделях был увеличен литейный радиус с 1 до 3 мм.

Выводы:

1. Использование напечатанных моделей для изготовления керамической литейной формы при производстве ограниченного количества отливок позволило значительно сократить издержки производства.

2. Благодаря использованию напечатанных моделей возможно сократить время выпуска готовой продукции.

Список литературы:

1. ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия.
2. ГОСТ Р 53464-2009. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.