НАПОЛНЕННЫЕ МОДЕЛЬНЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ЛОПАТОК ГАЗОВЫХ ТУРБИН МЕТОДОМ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Постиженко В.К., Береговая О.С. (НТУУ «КПИ», г. Киев, Украина)
The problem of making castings of gas turbines blades from heat-resistant and heatproof alloys by the method of investment casting is considered in this article, namely making of models with high quality.
A necessity of scientifically-grounded choice of modeling wax for production models of gas turbines blades is proved.
New modeling wax on the basis of paraffin and ceresin and also method of its production is offered|. Nomograms for determination of optimum percentage of components in mixture are resulted.
Газовые турбины являются сложными комплексами, которые используются в газовой и энергетической промышленности, авиации, судостроении и многих других отраслях. Основным, самым сложным и наиболее нагруженным рабочим элементом газовой турбины являются лопатки. Они работают|трудятся| в условиях повышенных температур, высоких давлений, в контакте с агрессивными средами и поддаются значительным статическим и динамическим нагрузкам [1].
При производстве отливок лопаток газовых турбин, имеющих множество внутренних отверстий и каналов, необходимо обеспечить полное воспроизведение конфигурации формы и точность размеров.
Основным материалом, из которого изготавливаются данные детали, являются жаропрочные и жаростойкие сплавы на основе хрома и никеля, имеющие плохую жидкотекучесть. Именно этот факт обусловил выбор способа литья по вытапливаемым моделям, при котором одноразовая модель является обязательным компонентом формообразования, она воспроизводит внешнюю конфигурацию детали и ее геометрические размеры. При этом внутренние полости в отливках формируются за счет довольно хрупких керамических стержней очень сложной ажурной формы [2]. Следовательно, выбор модельного состава, который бы обеспечил полную заполняемость формы без применения высоких давлений запрессовывания модельной пасты и, в то же время, не приводил к разрушению стержней при его затвердевании и выплавке, является одной из самых главных технологических проблем .
Сегодня для производства лопаток ГТД применяют следующие модельные композиции: МВД-3Т, МВД-3А, МВД-ЗАЯ, МВС-З (ЗАО «ВиТех-сервис», Россия, Самарская обл., г. Тольяти), МВД-3Н (С-Питербургский институт ОАО «Пластполимер», Россия), составы марок КС-107Б, КС-107С, КС-111 (ЧНПП «Карион-сервис», Украина, г. Днепропетровск) и др.
Все эти составы широко применяются при изготовлении разнообразных деталей методом литья по вытапливаемым моделям, в частности в авиационной и энергетической промышленности для производства лопаток турбин, имеют повышенную прочность, точность формы, теплостойкость, твердость и т.д.
Необходимо, чтобы модельный состав имел весь необходимый комплекс качеств, а именно минимальную усадку (близкую к нулю), минимальную склонность к образованию утяжин, состояла из недорогих недефицитных материалов, мог широко применяться при массовом производстве, быть склонным к регенерации и безопасным для персонала и окружающей среды.
В нашей работе было поставлено и успешно выполнено это условие.
Проанализировав требования к модельным смесям, их компоненты и свойства уже существующих модельных смесей, были определены их основные преимущества и недостатки. Основное внимание сосредоточили на полимерах синтетического происхождения отечественного производства
Были выбраны компоненты (основа – парафин, церезин) для производства модельного состава, после чего была проведена серия экспериментов для определения оптимального состава. Благодаря обработке данных эксперимента с помощью математических методов численного анализа мы определили оптимальный состав модельной смеси и влияние каждого компонента на физико-механические свойства смеси. В результате были построены номограммы, с помощью которых мы можем по заданным технологическим параметрам выбрать необходимый состав смеси. Красная точка на номограмме означает оптимальное соотношение парафина и церезина для достижения минимальной усадки (рис. 1) и максимальной прочности (рис. 2) модельного состава.
Рисунок 1 – Усадка модельной смеси (%) в зависимости от процентного соотношения парафина и церезина
Рисунок 2 – Прочность модельной смеси (10 мПа) в зависимости от процентного соотношения парафина и церезина
Научная новизна разработанных модельных смесей подтверждена двумя патентами Украины [3,4].
Модельные композиции марок «ВЕЛЕН» и «ВЕЛЕН-1» (ООО «Велен», Украина, г. Киев) успешно используются на предприятии «Зоря-Машпроэкт», (Украина, г. Николаев), которое специализируется на изготовлении ГТД [5]. Это позволило повысить качества отливок лопаток газовых турбин, а также уменьшить количество брака при их производстве.
Предложенные модельные составы можно использовать вместо соляных водорастворимых составов на основе селитр (типа «соль - 137»), что позволит улучшить стояние окружающей среды [6].
Литература
1. Репях С.И. Технологические основы литья по выплавляемым моделям. - Днепропетровск: Лира, 2006. – 1056 с.
2. Цветное литье: Справочник. Н.М. Галандин, Д.Ф. Чернега, Д.Ф. Иванчук и др.; Под общ. редакцией Н. М. Галандина. — М.: Машиностроение, 1989. — 528с: ил.
3. Декларационный пат. на полезную модель 31222 Украина, МПК (2006) В22с 7/00. Модельный состав/ Постиженко В.К., Береговая О.С. – Заявл. 25.12.2007; Опубл. 25.03.2008, Бюл. № 6
4. Декларационный пат. на полезную модель 31228 Украина, МПК (2006) В22с 7/00. Способ получения модельного состава/ Постиженко В.К., Береговая О.С. – Заявл. 25.12.2007; Опубл. 25.03.2008, Бюл. № 6
5. Комплект документов на технологический процесс НПКГ «Зоря - Машпроэкт»
6. Я.И. Шкленник, В.А. Озеров. Литье по выплавляемым моделям. - М.: Машгиз,1961. - 654 с.