Чирков И.А. - Лауреат Премии им. Николаева Г.А.
Целью работы является получение отливки «Корпус пилота РДП» из сплава АК9, отвечающей всем требованиям качества при массовом типе производства с применением технологии литья в кокиль.
Корпус пилота РДП работает при высоких давлениях с различными газовыми средами, поэтому он не должен иметь усадочных дефектов, которые могли бы повлиять на герметичность изделия. Данное условие выполнимо лишь при обеспечении направленной кристаллизации расплава с налаженным питанием тепловых узлов. Для решения данной задачи производится анализ геометрии отливки с выявлением изолированных тепловых узлов, в которых наибольшая вероятность образования усадочных дефектов, расчёт объёма и определение размеров прибылей, которые на всём протяжении кристаллизации отливки будут питать тепловые узлы. Прибыль должна иметь достаточные габариты, чтобы питать отливку, но при этом не быть слишком большой, чтобы исключить перерасход металла. Для оптимизации размеров и проверки расчётных формул производится 3D-моделирование таких процессов, как заливка и кристаллизация в пакете программ. Визуализация процессов даёт большее понимания того, как заполняется форма, где могут возникнуть дефекты и как с ними бороться. В программе учитываются все факторы: коэффициенты теплопроводности материалов (отливки, кокиля, краски), их первоначальная температура, скорость заполнения отливки расплавом, конфигурация и подвод литниково-питающей системы.
Нельзя забывать и про особенности самого сплава АК9. АК9 – сплав системы AL-Si, главной особенностью которого является активное взаимодействие с кислородом и образование оксидных плён, которые при замешивании в расплав создают ослабленные зоны в теле отливки. В данном случае литниковая система служит не только для подвода расплав к полости формы, но и обеспечивает необходимую скорость заливки с плавным заполнением формы. Гидродинамические процессы также моделируются в пакете программ, благодаря чему мы получаем скорость и направление потока в каждом элементе отливки и литниковой системы, а также процент замешиваемого воздуха в расплаве.
Технология литья в кокиль так же имеет свои минусы, которые необходимо учитывать. Главной задачей при выборе кокиля, в качестве формы, является налаженный теплоотвод. Так как форма изготавливается из металла, закономерно, что она имеет высокую теплопроводность, а значит при заливке расплава при температуре выше 700 °С, кристаллизации отливки и её выдержке для достижения температуры выбивки, форма значительно нагревается, однако уже к следующей заливке её температура должна находиться в пределах 200 – 300 °С. А при условии высокой серийности производства – промежуток времени между заливками должен быть минимальным. Решением является использование активного охлаждения формы, т.е. создание потока среды (воздух, жидкость) вдоль задней стенки формы. Жидкостные системы тише и передают тепло намного эффективнее, чем воздух. В качестве среды было выбрано высокотемпературное масло «Термолан А». Преимуществами масел являются: защита металлических поверхностей от коррозии, высокая температура кипения и возможность использование такой системы для первоначального нагрева кокиля до рабочей температуры. Кроме того, на задней стенке кокиля был создан закрытый объем с дополнительными рёбрами «Змейкой», создающими направленный поток теплоносителя. Таким образом, все участки кокиля попадают в теплоотводящий поток.
В результате была получена высокопроизводительная оснастка для получения качественной отливки «Корпус пилота РДП» из сплава АК9.