Використання пінополістиролових моделей, що розчинюються як спосіб підвищення якості виливків

Анотація

Альтернативою загальноприйнятим на підприємствах енергетичної галузі способам виготовленнялитих лопаток газотурбінних двигунів (ГТД) у формахза моделями, що витоплюються,є можливість отриманнягабаритних виливків підвищеної чистоти поверхні литтям в оболонковікерамічніформи,які виготовлені за пінополістироловими (ППС) розчинними моделями.
Метою представленої роботи та технологічними задачами, які потрібно вирішувати, і є вдосконалення процесу отримання складно-профільних виливків енергетичних агрегатів в багатошаровіоболонкові форми за ППС моделями, що розчинюються.
Для видалення моделей з різного за щільністю та міцністю ППС з порожнини багатошарової форми у ФТІМС НАНУбули підібрані розчинники які дозволили максимально перевести пінополістиролову модель в рідку і гелеподібну фази. Під час вибору розчинника були враховані наступні характеристики: границя допустимих концентрацій (ГДК), швидкість випаровування, економічна та практична доступність, можливість повторного використання продуктів розчинення. Для визначення термо-кінетичниххарактеристик процесу розчиненнябули вибрані три розчинники - живичний скипидар (ГОСТ 1571-82), технічний скипидар (ТУ 13-0279856-74 - 87) і №646 (ТУ У 24.3-00904996-004-2004), які мали відносно високі показники ГДК.
В якості об’єктів дослідження була використана серія зразків трьох типорозмірів, що імітували моделі лопаток об’ємами 35 см3, 70 см3 та 105 см3. Зразки виготовляли з двох типів пінополістиролу: звичайного блочного білого марки ПСБ-25(EPS-EN13163)за (ДСТУ Б EN 13163-2013) щільністю 25 кг/м3 та значно більш міцнішого екструдованого пінополістиролу марки 4000 CS(XPS СТО 72746455-3.3.1–2012)щільністю 35 кг/м3. Застосування екструдованого ППС є перспективним для моделей габаритних лопаток, та лопаток з розвиненою системою каналів охолодження, оскільки до них висуваються підвищені вимоги по міцності та чистоті поверхні.
Згідно розробленої автором методики, в експериментальну установку-контейнер з прозорими стінками зразкимоделей розміщували щільно прилягаючими до стінок ємності, імітуючи «замкнутість» моделі в формі. Витратний коефіцієнт розчинника вибирали за попередніми дослідами і він становив 1/3 об’єму розчинника до 1 об’єму моделі. Для кожного зразка використовували свіжу порцію розчинника при температурі20…30°С та фіксували час його повного розчинення.Графічний аналіз частини результатів з комплексу досліджень наведений на рисунку.

Рисунок –Залежність часу розчинення ППС різних типів від видів розчинника: а) блочний ППС, ρ=25 кг/м3; б) екструдований ППС, ρ=35 кг/м3
Отримані результати (рис.) показали можливість повного переведення матеріалу ППС обох типів в рідку або гелеподібну фази з подальшим вимиванням продуктів деструкції (розчинення)ППС з порожнини за технологічно прийнятний проміжок часу та можливість суттєвого прискорення процесу розчинення при підвищенні температури розчинника.
Отримані при проведенні лабораторних досліджень термо-кінетичні залежності процесу розчинення ППС використані для подальшого вдосконалення технологічного процесу отримання виливків підвищеного класу точності в умовах виробництва.