CZ2017139A3 - A method of casting using the method of investment pattern - Google Patents

Abstract

Způsob odlévání odlitků metodou vytavitelného modelu sestávající z vyrobení voskového modelu s nálevkou, vytvoření keramické skořepinové formy, opatření sestavy pro odlévání izolační žáruvzdornou hmotou a odlévání do takto připravených skořepinových forem, kdy se při výrobě voskové nálevky vytvoří osazení, načež se z něj při výrobě skořepinové formy vytvoří lůžko, na které se do hotové skořepinové formy uloží filtr, a dále se izolační žáruvzdornou hmotou obklopí celý licí systém, včetně modelové části skořepinové formy, načež se předem v tavícím kelímku připravená tavenina přivede na běžnou teplotu přehřátí 1360 °C, poté se zvýší příkon k dosažení zvýšené teploty přehřátí, která je vyšší o 3 až 14 % než je běžná teplota přehřátí, načež se snížením příkonu teplota taveniny sníží na licí teplotu, která je vyšší o 2 až 10 % než je běžná licí teplota 1340 °C, a to pro lepší usazování vměstků a nečistot na stěnách tavícího kelímku a pro snazší vyplavení nekovových vměstků do nálitku.A method of casting casting by a waxed model method consisting of making a wax model with a funnel, creating a ceramic shell mold, providing assembly for casting by insulating refractory and casting into the thus prepared shell molds, when at the production of a wax funnel creates a stocking, then it becomes in the manufacture of the shell mold it forms a bed on which it is placed puts the filter into the finished shell mold, and then inserts it the refractory mass surrounds the entire casting system, including model mold shell, then beforehand bringing the prepared melt into a conventional crucible in the crucible the overheating temperature is 1360 ° C, then the input power is increased elevated temperature overheating, which is 3 to 14% higher than it is normal overheating temperature, whereupon the temperature decreases the melt is reduced to a casting temperature which is 2 to 10% higher 1340 ° C for better settling inclusions and dirt on the walls of the crucible and for easier flushing of non-metallic inclusions into the riser.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká problematiky výroby odlitků metodou vytavitelného modelu a možnosti zvýšení kvality odlitků.The invention relates to the problems of casting production by the method of a fusible model and the possibility of improving the quality of castings.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Metoda vytavitelného modelu je jedna z nejnáročnějších a nejsložitějších technologií odlévání, ale dovoluje vyrábět velice přesné odlitky s tak dobrou jakostí povrchu, že mnohdy už nejsou nutné další dokončující operace, nebo jsou tyto operace sníženy na minimum. V dnešní době se sortiment s odlitky rychle rozrůstá a jsou kladeny čím dál větší požadavky na rozměrovou přesnost, jakost povrchu a materiálovou náročnost, to vše vede k dalšímu zdokonalování této technologie.The fusible model method is one of the most demanding and complex casting technologies, but allows the production of high-precision castings with such good surface quality that many other finishing operations are often no longer necessary or reduced to a minimum. Nowadays, the range of castings is growing rapidly and more and more demands are placed on dimensional accuracy, surface quality and material demands, all of which leads to further improvement of this technology.

Metoda vytavitelného modelu je charakteristická procesem, kde se do zhotovené matečné formy vstřikováním vyrobí voskový model, který se s ostatními modely připojí k licímu systému. Postupným nanášením keramické hmoty na voskový stromeček a posypáním žáruvzdorným materiálem je vytvořena keramická skořepinová forma, z které je následně vosk vytaven a skořepina je tepelně zpracována žíháním. Do takto připravených forem je odléváno. Zjistilo se však, že na zadním čele odlitků se objevily nekovové vměstky, což se dále projevovalo snížením kvality, zejména homogenity vnitřní struktury odlitků, snížením pevnosti a tedy nastal potencionální problém při provozu.The method of the meltable model is characterized by a process where a wax model is produced into the produced parent mold by injection molding and connected to the casting system with other models. By gradual application of the ceramic mass to the wax tree and sprinkling with a refractory material, a ceramic shell mold is formed, from which the wax is subsequently melted and the shell is heat treated by annealing. It is cast into molds prepared in this way. However, it was found that non-metallic inclusions appeared at the rear face of the castings, which was further manifested by a decrease in quality, in particular homogeneity of the internal structure of the castings, a decrease in strength and thus a potential operational problem.

Jakmile je voskový model vytaven, dojde k vypálení keramické skořepinové formy a nalití tekutého kovu. Na keramickou formu se před vlastním vypálením aplikuje žáruvzdorná izolační hmota pro zajištění zabíhavosti kovu a pro zajištění požadované velikosti zrna z hlediska řízeného aplikovaného ochlazování odlitku, přičemž dosud byla žáruvzdorná izolační hmota aplikovaná pouze do dvou třetin výšky vyráběného odlitku a byl zjištěn vznik trhlin na odlitcích, zejména na lopatkách oběžných kol turbodmychadel.Once the wax pattern is melted, the ceramic shell mold is burned and liquid metal is poured. A refractory insulating material is applied to the ceramic mold prior to firing to provide the metal to be sanded in and to provide the required grain size for controlled applied casting cooling, whereas so far the refractory insulating material has been applied to only two thirds of the height of the cast and especially on turbine impeller blades.

Při tavení slitiny v tavícím kelímku vakuové pece a dalším postupu metalurgického zpracování taveniny se dosud vychází z předepsané teploty přehřátí a licí teploty. Pak následuje odlití bez aplikace filtrace taveniny. Dochází však k tomu, že tavenina není dostatečně intenzivně promíchána a nekovové vměstky jsouThe melting of the alloy in the crucible of the vacuum furnace and the further process of metallurgical treatment of the melt is based on the prescribed overheating temperature and casting temperature. This is followed by casting without applying melt filtration. However, the melt is not mixed intensively enough and non-metallic inclusions are present

9 strhávány zpět do taveniny a vměstky jsou pak uzavřeny do rychle ztuhnutého odlitku.9 are entrained back into the melt and the inclusions are then sealed into a rapidly solidified cast.

Cílem vynálezu je představit postup odlévání technologií vytavitelného modelu ve všech jeho fázích tak, aby byly odstraněny bodové vady v důsledku přítomnosti nekovových vměstků na zadním čele odlitků a eliminován vznik mikrotrhlin, zvláště oběžných kol turbodmychadel, a tak zvýšit kvalitu těchto odlitků z hlediska jejich vnitřní struktury a pevnosti a snížit potřebu opracování těchto odlitků.It is an object of the present invention to provide a process for casting a welder model in all its phases so as to eliminate point defects due to the presence of non-metallic inclusions at the rear face of castings and eliminate micro-cracks, especially turbocharger impellers. and strength and reduce the need for machining these castings.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky odstraňuje n&tj/ způsob odlévání metodou vytavitelného modelu, jejíž podstata spočívá v tom, že se při výrobě voskové nálevky vytvoří osazení, načež se z něj při výrobě skořepinové formy vytvoří lůžko, na které se do hotové skořepinové formy uloží filtr, a dále se izolační žáruvzdornou hmotou obklopí celý licí systém, včetně modelové části skořepinové formy, načež se předem v tavícím kelímku připravená tavenina přivede na běžnou teplotu přehřátí 1360 °C, poté se zvýší příkon k dosažení zvýšené teploty přehřátí, která je vyšší o 3 až 14 % než je běžná teplota přehřátí, načež se snížením příkonu teplota taveniny sníží na licí teplotu, která je vyšší o 2 až 10 % než je běžná licí teplota 1340 °C, a4e-pro lepší usazování vměstků a nečistot na stěnách tavícího kelímku a pro snazší vyplavení nekovových vměstků do nálitku.The above mentioned drawbacks are eliminated by the method of casting by the method of meltable model, which is based on the fact that during the production of the wax funnel a step is formed, after which it is created in the production of the shell mold, on which the filter is placed in the finished shell. the insulating refractory mass surrounds the entire casting system, including the shell mold part, whereupon the melt prepared in the melting crucible is brought to a normal superheat temperature of 1360 ° C, then the power input to increase the superheat temperature is increased by 3-14% than the normal superheat temperature, then by reducing the power consumption, the melt temperature is lowered to a casting temperature that is 2-10% higher than the normal 1340 ° C casting temperature, and4e-for better settling of inclusions and debris on the crucible walls and for easier leaching non-metallic inclusions into the risers.

Lfiřehtedobrázke na výkresUchlDrawn a picture on the drawing

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů, na kterých obr.1 představuje čelní pohled na licí systém s úpravou pro filtraci podle vynálezu, obr.2 představuje schematický řez vytvořenou formou po vypálení voskového modelu a umístěným filtrem, obr. 3 znázorňuje sestavu pro odlévání s využitím formy vyrobené metodou vytavitelného modelu s uspořádáním izolační žáruvzdorné hmoty podle vynálezu a obr. 4 znázorňuje schéma tavícího kelímku, umístěného v indukční cívce.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view of a casting system with a treatment for filtration according to the invention; FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a mold after firing a wax model and a filter; FIG. The molds produced by the method of the fusible model with an insulating refractory composition according to the invention and FIG. 4 shows a diagram of a crucible placed in an induction coil.

ítskube&táirítskube & tair

Příklady larovodení vynálezuExamples of the invention

Na obr. 1 je licí systém 1 v čelním pohledu, upravené pro filtraci taveniny podle vynálezu i s modelem 4 oběžného kola turbodmychadla, ale je zřejmé, že se může jednat i o jiný výrobek. Licí systém 1 sestává z voskové nálevky 2, která se zužuje a na svém úzkém konci je opatřena hrdlem 3. Průměr R-ι hrdla 3 je menší než • « « ; * * * , . » i % ♦Fig. 1 shows a casting system 1 in a front view adapted for melt filtration according to the invention with the turbocharger impeller model 4, but it is obvious that it may be another product. The casting system 1 consists of a wax funnel 2 which tapers and is provided with a neck 3 at its narrow end. * * *,. »I% ♦

J « »ií<í·· w ♦ y < · ti· * «J «» i <í ·· w ♦ y <· ti · * «

U t « t « · » » » · « · · ♦ koncový průměr R₂ nálevky 2. Na úzkém konci nálevky 2 tak vzniká osazení 5, rovněž s vnějším průměrem R₂. Vytavitelný voskový model i s licím systémem se opatří keramickou skořepinou a vypálí se, jak je běžné.The end diameter R _{2 of} the funnel 2 thus forms a shoulder 5 at the narrow end of the funnel 2, also with an outer diameter R ₂ . The waxable wax model, including the casting system, is provided with a ceramic shell and fired as normal.

Na obr. 2 je vidět komplexní forma 11., která vznikne po vytavení voskového licího systému 1 i s modelem 4 z obr. 1. Forma 11 sestává z vtokové části 6, která je opatřena lůžkem 7 a modelové části 8. Lůžko 7 vznikne právě díky osazení 5, viz obr. 1. Před odléváním slitiny se na lůžko 7 uloží filtr 9.In Fig. 2, a complex mold 11 is shown which is formed after the wax casting system 1 is melted with the model 4 of Fig. 1. The mold 11 consists of an inflow part 6, which is provided with a bed 7 and a model part 8. 1. Before casting the alloy, a filter 9 is placed on the bed 7.

Právě tento filtr 9 zajistí, že všechny nečistoty zůstanou v něm a v odlitku potom nejsou nežádoucí nekovové vměstky. Vytvoření prostoru pro filtr 9 je jedním & í důležitých opatření pro zvýšení kvality odlitků. V důsledku vloženého filtru 9 odpadá potřeba nadměrného přídavku na opracování na zadním čele kola pro odstranění nekovových vměstků neboli zadrobenin, z čehož plyne i menší potřeba obrábění.It is this filter 9 that ensures that all impurities remain in it and that there are no unwanted non-metallic inclusions in the casting. Creating a space for the filter 9 is one of the important measures to improve the quality of the castings. Due to the inserted filter 9, there is no need for an excess machining allowance at the rear face of the wheel to remove non-metallic inclusions or crumbs, resulting in less machining.

Na obr. 3 je sestava 14 pro odlévání s využitím formy 11 vyrobené metodou vytavitelného modelu z obr. 2 i s filtrem a izolační žáruvzdornou hmotou 10, přičemž izolační žáruvzdorná hmota 10 je uspořádána tak, že obklopuje celou modelovou část 8 skořepinové formy 11, ne pouze do dvou třetin modelové části 8, jak je známo ze stavu techniky, což umožní zajistit jeden ze zásadních požadavků, a to dodržení požadované makrostruktury, tedy velikosti zrna, což pozitivně ovlivní i snížení výskytu mikrotrhlin v odlitcích, to je však předmětem jiné přihlášky.In Fig. 3 there is a casting assembly 14 using a mold 11 produced by the fusible model of Fig. 2 with a filter and an insulating refractory 10, wherein the insulating refractory 10 is arranged to surround the entire model portion 8 of the shell mold 11, not just to two thirds of the model part 8, as is known in the art, which makes it possible to ensure one of the essential requirements, namely compliance with the required macrostructure, i.e. grain size, which positively affects the reduction of micro-cracks in castings.

Upravená metoda lití podle vynálezu zahrnuje kromě úpravy tvaru nálevky árS osazením pro keramický filtr a založení filtru 9, dále úpravy míry obložení žáruvzdorné izolace i další opatření. Jedná se o úpravu v technologickém předpisu pro tavení a odlévání, a to vtom smyslu, že se zvýší teplota přehřátí taveniny a zároveň i licí teplota, o čemž bude pojednáno níže.The modified casting method according to the invention comprises, besides adjusting the shape of the funnel with a step for the ceramic filter and the insertion of the filter 9, further adjusting the lining level of the refractory insulation. This is a modification in the technological regulation for melting and casting, in the sense that the temperature of the melt overheating and the casting temperature will be increased, which will be discussed below.

Na obr. 4 je schématicky znázorněn tavící kelímek 12 pro natavení a následné odlití se závity indukční cívky 13, přičemž pomocí šipek je naznačen směr indukčních proudů zajišťujících ohřev taveniny. Materiál slitiny se postupně taví zvyšováním příkonu vakuové pece až na běžnou teplotu přehřátí o hodnotě 1360 °C. Toto se provádí kaskádovitě. Poté operátor zvýší příkon, aby ohřál taveninu na navýšenou teplotu přehřátí, která se pohybuje v rozmezí 3 až 14 % nad zmíněnou běžnou teplotou přehřátí. V důsledku působení indukčních proudů se zvedne hladina taveniny, která se zároveň čistí a vměstky vyplavou a usazují se na stěnu tavícího kelímku 12. Poté operátor sníží příkon a teplota taveniny klesne na licí teplotu, která • ·FIG. 4 is a diagrammatic illustration of a crucible 12 for melting and subsequent casting with the coil threads 13, with the arrows indicating the direction of the induction currents for heating the melt. The alloy material is melted gradually by increasing the power input of the vacuum furnace to a normal superheat temperature of 1360 ° C. This is done in cascade. Thereafter, the operator will increase the power input to heat the melt to an elevated superheat temperature that is in the range of 3-14% above said normal superheat temperature. As a result of the induction currents, the melt level rises, which is simultaneously cleaned and the inclusions float and settle on the crucible wall 12. Then the operator reduces the power consumption and the melt temperature drops to the casting temperature, which •

je však vyšší o 2 až 10 % než je běžná licí teplota 1340 °C. Přitom hladina taveniny opět klesne, ale nekovové vměstky zůstanou na stěnách tavícího kelímku 12.however, it is 2 to 10% higher than the usual casting temperature of 1340 ° C. The melt level decreases again, but the non-metallic inclusions remain on the walls of the crucible 12.

Zvýšení teploty přehřátí ve výše zmíněném, upraveném postupu lití podle vynálezu dopomůže ke kvalitnější rafinaci tím, že se zvýší hladina taveniny v tavícím kelímku. Po roztavení materiálu v celém objemu se ještě navíc zvýší příkon, čímž dochází k intenzivnímu promíchání taveniny, při zvýšení objemu vsázky v důsledku vyšší teploty a tím i zvýšení hladiny taveniny. Vlastní rafinace taveniny pak probíhá tak, že vyplavené nekovové vměstky jsou výše, než tomu bylo dříve a snížením teploty na licí teplotu dochází k jejich usazování na stěnách tavícího kelímku. Tavící kelímek je při rafinaci tavičem i různě nakláněn tak, aby vměstky zůstaly na protilehlé stěně tavícího kelímku vůči licí hubičce. Jakmile se tavenina uklidní, dojde k nalití taveniny např. do keramické formy.Increasing the superheat temperature in the above-mentioned modified casting process of the invention will help to improve refining by increasing the level of melt in the crucible. In addition, after the material has melted in its entirety, the power consumption is further increased, thereby intensively mixing the melt while increasing the batch volume due to the higher temperature and thereby increasing the melt level. The actual melt refining then proceeds such that the washed-out non-metallic inclusions are higher than before and by lowering the temperature to the casting temperature they become deposited on the crucible walls. The crucible is also tilted differently during refining so that the inclusions remain on the opposite wall of the crucible relative to the spout. Once the melt has settled, the melt is poured into, for example, a ceramic mold.

Vměstky nejsou pak uzavřeny v odlitku při jeho rychlém ztuhnutí. Nehrozí tedy stržení vměstků zpět do taveniny, neboť díky vyšší licí teplotě dochází ke zvýšení tekutosti taveniny a tím snazšímu vyplavení nekovových vměstků do nálitku.The inclusions are then not enclosed in the casting upon rapid solidification. There is therefore no risk of entraining the inclusions back into the melt, because the higher casting temperature increases the flowability of the melt and thus facilitates the leaching of the non-metallic inclusions into the riser.

Všechny výše zmíněné kroky, tedy;All of the above steps;

- inovovaný tvar nálevky s osazením na keramický filtr- Innovative shape of funnel with mounting on ceramic filter

- uložení filtru- filter storage

- upravené umístění žáruvzdorné izolace- modified location of the refractory insulation

- zvýšení teploty přehřátí taveniny- increasing the temperature of the melt overheating

- zvýšení licí teploty- increase in casting temperature

- rafinace (čištění) taveniny- melt refining (purification)

- filtrování taveniny svým dílem a synergickým účinkem zajišťují vylepšený účinek odlévání a tedy zvýšení kvality odlitků.- the melt filtering with its part and synergistic effect ensures an improved casting effect and thus an improved casting quality.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob odlévání odlitků metodou vytavitelného modelu, kdy je před odléváním slitiny vložen na lůžko filtr a je použita zvýšená teplota přehřátí a lití je možné použít pro nejrůznější strojní součásti odlévané technologií vytavitelného modelu. Použitím upravené metody lití dochází k podstatnému zvýšení kvality odlitků z hlediska jejich struktury a pevnosti a k úspoře času pro obrábění, vlivem snížení potřebného přídavku na opracování.The method of casting of the casting by the method of the molten model, where a filter is placed on the bed before the casting of the alloy and an increased temperature of superheating and casting is used, can be used for various machine parts cast by the molten model technology. By using the modified casting method, the quality of the castings is significantly improved in terms of their structure and strength, and the machining time is saved, due to the reduction of the necessary machining allowance.

Claims (1)

1. Způsob odlévání odlitků metodou vytavitelného modelu sestávající z vyrobení voskového modelu s nálevkou, vytvoření keramické skořepinové formy, opatření sestavy pro odlévání izolační žáruvzdornou hmotou a odlévání do takto připravených skořepinových forem, vyznačující se tím, že se při výrobě voskové nálevky vytvoří osazení, načež se z něj při výrobě skořepinové formy vytvoří lůžko, na které se do hotové skořepinové formy uloží filtr, a dále se izolační žáruvzdornou hmotou obklopí celý licí systém, včetně modelové části skořepinové formy, načež se předem v tavícím kelímku připravená tavenina přivede na běžnou teplotu přehřátíl 360 °C, poté se zvýší příkon k dosažení zvýšené teploty přehřátí, která je vyšší o 3 až 14 % než je běžná teplota přehřátí, načež se snížením příkonu teplota taveniny sníží na licí teplotu, která je vyšší o 2 až 10 % než je běžná licí teplota 1340 pro lepší usazování vměstků a nečistot na stěnách tavícího kelímku a pro snazší vyplavení nekovových vměstků do nálitku.CLAIMS 1. A method of casting a casting method by a wax model comprising a funnel wax model, forming a ceramic shell mold, providing an assembly for casting an insulating refractory and casting into the shell molds thus prepared, characterized in that a step is formed in the wax funnel production. during the manufacture of the shell mold, a bed is placed on which the filter is placed in the finished shell mold, and then the entire casting system, including the shell mold part, is surrounded by an insulating refractory mass and brought to the normal temperature 360 ° C, then the power to increase the superheat temperature is increased by 3 to 14% higher than the normal superheat temperature, and then by lowering the power, the melt temperature decreases to a casting temperature that is 2 to 10% higher than is a common casting temperature of 1340 for better deposition of inclusions and dirt on the crucible walls and for easier leaching of non-metallic inclusions into the riser.