Изделие «Рабочее колесо» представляет собой конструкцию, состоящую из обода, ступицы и 16 тонкостенных лопастей переменной толщины.

t1

Исходя из имеющегося опыта моделирования отливок рабочих колес, изготавливаемых методом ЛВМ, для всех вариантов ЛПС задавались следующие исходные данные:

  • Марка сплава – сталь 06Х12Н3ДЛ
  • Метод литья – литье по выплавляемым моделям;
  • Температура заливки металла – 1560-1620 оС;
  • Время заливки – 40 – 45 c;
  • Толщина оболочки – 17 мм;
  • Материал оболочки – плавленый кварц;
  • Материал наполнителя – плавленый кварц;
  • Начальная температура формы – 750-850 оС;
  • Металлоемкость тигля: 500кг;
  • Условие заливки: вакуум (20 оС);

Учитывая особенности геометрии изделия и опыт изготовления подобных отливок на базе ОАО «Энергомашиностроительное конструкторское бюро» — ОАО «Тушинский машиностроительный завод» были определены два возможных варианта расположения отливки в форме:

t2t1

 

Для каждого расположения отливки в форме были разработаны предварительные варианты ЛПС:

t4t3

Общий вид отливки, литейной керамической формы, опорного наполнителя и опоки, подготовленный в программе LWM Flow для расчета представлен ниже:

t5t6

По результатам моделирования получены крупные усадочные раковины (10 – 25 %) в тепловых узлах в местах соединения лопастей и обода. Причина – недостаточное питание вследствие раннего затвердевания металла в узких местах лопастей:

t7t8

Вариант ЛПС тип 1 не позволяет получить отливку годной. При этом несет с собой определенные трудности в изготовлении модельного блока, механической обработке отливки. К тому же при использовании данного варианта КВГ низок, что приведет к большому расходу металла.

По полученным результаты моделирования по варианту ЛПС тип 1 была разработана литниково-питающая конструкция типа 2 со следующими особенностями:

  • изменена пространственная ориентация отливки в форме;
  • с целью реализации принципа направленного затвердевания введены кольцевые прибыли на ободе рабочего колеса;
  • существенно снижена металлоемкость центральной массивной прибыли;
  • введен дополнительный технологический напуск на ступице отливки.

При снижении общей металлоемкости это позволило рационально обеспечить питание массивных тепловых узлов у ступицы и обода.

t10

Типовые усадочные дефекты (ЛПС тип 2) полученные при моделировании:

t11t12

Распределение микропористости (менее 1%) по критерию Нияма:

t13t14

Таким образом, по результатам проведенного моделирования годной принято считать вариант ЛПС тип 2.

Максимально возможная пористость в местах перехода обод-лопасть менее 1%. При этом значительно упрощается изготовление модели, процесс механической обработки при повышении КВГ.

Изображение 034Изображение 035