Статьи

Особенности применения модельных составов на основе синтетических материалов при получении моделей лопаток газотурбинных двигателей  23.11.2017 13:26

Особенности применения модельных составов на основе синтетических материалов при получении моделей лопаток газотурбинных двигателей
А.В. Соколов, С.П. Голанов, К.В. Никитин. Апрель 2014г.

      Стабилизация и повышение размерной точности отливок является одной из актуальных задач при получении отливок литьем по выплавляемым моделям. Данная проблема наиболее остро стоит для отливок особо ответственного назначения – лопаток газотурбинных двигателей (ГТД), где размерная точность является одним из основных показателей качества литья.
     Решение данной проблемы, как правило, осуществляется экспериментально, путём подбора соответствующего модельного состава и параметров получения моделей.
      В настоящее время выделяют три основных типа модельных композиций:
• Композиции на основе минеральных восков и продуктов переработки природного сырья (торфа, нефти и др.), например модельный состав ВИАМ-102
• Композиции, относящиеся к первому типу, модифицированные отдельными компонентами синтетического происхождения (синтетическими восками, полимерами), например модельная масса МВС-3А.
• Композиции на основе продуктов органического синтеза (синтетических восков, полимерных смол и других олигомеров). К данной группе относятся импортные модельные составы таких фирм как: Blayson (Великобритания), Kindt Collins (США), Remet (Великобритания), Ramonta (Германия) и др.
     Синтетические модельные составы благодаря своим свойствам имеют широкое применение в ЛВМ: фасонные детали со сложной геометрией, детали аэрокосмического назначения, художественное литьё и т.д.

      В настоящее время на ОАО «Кузнецов» изготовление моделей лопаток ГТД осуществляется на основе карбамида (ГОСТ 2081-92), что имеет следующие недостатки: гигроскопичность, чувствительность к погодным условиям (влажность, температура), низкое качество моделей, невозможность применения связующих на водной основе, большие объемы зачистки моделей.
     На основании вышеизложенного были опробованы синтетические воски Remet GTW и Remet GTS (производства Remet UK, Великобритания) для изготовления моделей лопаток ГТД. Ниже приведены сравнительные характеристики обоих восков (таблица).

Технические характеристики модельных восков:

      Изготовление моделей лопаток турбины и соплового аппарата производилось из литейного воска Remet GTW и Remet GTS на прессе с обогреваемой головкой при давлении 4,0-4,5 атм.
      В процессе работы было установлено, что оптимальная температура запрессовки моделей без дефектов из воска Remet GTW – 61-63⁰С, поверхность моделей в этом режиме глянцевая. При повышении температуры запрессовки до 64-70⁰С наблюдается образование «утяжки» на моделях. Оптимальное суммарное время прессования и выдержки под давлением составляет 8-10 сек. При выдержке моделей в пресс-форме после снятия давления от 1 до 5 минут изменения геометрических размеров моделей не наблюдалось, так как для материалов на основе синтетических компонентов характерна высокая скорость затвердевания. Так как в техническом паспорте отсутствуют данные по величине линейной усадке воска, производили обмер моделей лопаток на соответствие требованиям чертежа. При этом линейная усадка модельного воска Remet GTW составила 1%.

      При изготовлении тонкостенных моделей лопаток соплового аппарата из воска Remt GTW на моделях появляются трещины и сколы из-за сложностей извлечения моделей из пресс-формы и хрупкости модельного состава. Кроме того, сколы возникли при зачистке острых углов извлеченных моделей. Для устранения указанных недостатков выполнили изготовление моделей лопаток соплового аппарата из более тугоплавкого воска Remet GTS. Оптимальная температура запрессовки моделей – 76-77⁰С, поверхность моделей матовая, дефектов моделей не наблюдалось. Линейная усадка модельного состава воска Remet GTS по результатам обмера готовых моделей составила 1%.

        Все дальнейшие операции по изготовлению отливок производились согласно требованиям детальных технологий, удаление модельного состава производили в бойлерклаве при р- 5,5-6,0 атм. С выдержкой 30 минут. При сокращении времени выдержки до 15-20 минут (по рекомендации производителя модельных восков) в форме остается порошкообразный налёт – остатки наполнителя модельного состава. После прокалки керамических форм проводили вскрытие одного керамического блока (от каждого наименования деталей) для визуального контроля чистоты поверхности внутренней полости. Вскрытые блоки не имели следов зольности и имели ровную поверхность.
        Контроль геометрии отлитых лопаток производили полной разметкой в соответствии с требованиями конструкторской документации. В результате разметки установлено, что геометрия лопаток соответствует требованиям чертежей, размеры трактовых поверхностей и профиля пера выполнены в пределах допуска.

По результатам работы можно сделать следующие выводы:
1. Показана возможность заметны модельных масс на основе карбамида на воск Remet GTW и Remet GTS (производство Remet UK) для изготовления моделей лопаток.
2. Воск Remet GTW рекомендуется для изготовления моделей лопаток турбин, а Remet GTS – для моделей лопаток соплового аппарата.
3. Подобраны оптимальные параметры изготовления моделей (температура прессования, время выдержки под давлением) лопаток из восков Remet GTW и Remet GTS без образования дефектов моделей.
4. Модельные воски Remet GTW и Remet GTS обеспечивают необходимую геометрическую точность деталей лопаток турбины и соплового аппарата.
5. В настоящее время на предприятии проводятся опытно-промышленные испытания указанных модельных составов.

Список литературы:
1. Оспенникова О.Г. Модельные композиции на основе синтетических материалов для литья лопаток ГТД/О.Г.Оспенникова, А.Н.Шутов, Л.В.Пикулина, А.М.Душкин// Литейное производство, №1 – 2003. – с.21-23.
2. Технический паспорт на воска Remet GTW и Remet GTS.