Способ изготовления литейных форм и стержней для литья металлов
Сущность изобретения: формы и стержни изготавливают из зернистого формовочного материала и из связующего вещества, скрепляющего зерна формовочного материала друг с другом, В качестве связующего вещества для формовочной смеси используют алюминат натрия N320 , соль ко-. торого растворима о воде и имеет высокую точку плавления. В процессе формовки связующее вещество выкристаллизовывают из его водного насыщенного раствора энергией микроволн, в частности, СВЧ-энергией, в результате чего связующее образует между зернами Формовочного материала перемычки, скрепляющие зерна материала друг с другом. Молярное соотношение алюмината натрия составляет 1:1.
СО)ОЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУбЛИК
ГОСУДАРСТВЕН)-Ib)A КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕl-! ИЯ К ЛАТ.Е НТУ (21) 4830313/02 (86) РСТ/Fl 88/00192 (30.11.88) (22) 07,06.90 (46) 15.08.93, Бюл. И 30 (31) 875405 (32) 08.12.87 (33) Fl (75) Харри Сахари (Fl) (56) Г!атент США N. 4399858, кл. В 22 С 9/ I?, 1983. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И С1 ЕРЖНЕЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ МЕТАЛЛОВ (57) Сущность изобретения; формы и стержни изготавливают из зернистого формовочного материала и из связующего вещества, Изобретение относится к литейному производству и )ложет быть использовано при точном литье для изготовления форм и стержней. Целью изобретения является повышение качества отливок эа счет повышения точки плавления связующего и предотвращения уноса зерен формовочного материала в тело отливки, Цель достигается за счет следующего. В качестве связу)ощего вещества для формовочной смеси используют I Ieopca ническую соль, растворимую в воде и имеющую высокую точку плавления, как правило, более высокую, чем температура литья, которую (соль), смешивают, растворив в воде с зернистым формовочным материалом и в процессе формовки выкристаллизовывают из ее водного раствора физическим путем, в результате чего связующее вещеьгво обра„„, Д,„, 183).743 АЗ скрепляюп)его зерна формовочного материала друг с другом, В качестве связующего вещества для формовочной смеси используют алюминат натрия N320 А120з. соль которого растворима в воде и имеет высокую точку плавления. В процессе формовки связующее вещество выкристаллизовывают и3 его водного насыщенного раствора энергией микроволн, в частности, CB 1-энергией, в результате чего связующее образует между зернами формовочного материала перемычки, скрепля)ощие зерна материала друг с другом. Малярное соотношение алюмината натрия составляет 1;1. эует между зерна, и формовочного материала перемычки, скрепляющие зерна формовочного материала друг с другом, причем в процессе формовки и в процессе литья химические свойства соли остаются неизменными и она может быть растворена в воде или в ненасыщенном водном растворе связу)ощего вещества для разъединения составных частей Формы. Таким образом, в -оответствии с предлагаемым способом формы и стержни изготавливают путем скрепления зерен формовочного материала друг с другом посредством растворимой в воде неорганической соли, точка плавления которой, как правило, выше температуры литья металлов. По сравнению с известны ли способами способ в соответствии с настоящим изобретением дает несколько суц1ественных пре1834743 16 20 49 55 имуществ, из которых следуЪт упомянуть, например, следующие, При осуществлении предлагаемого способа во время формовки отсутствуют выделения, вредные для здоровья рабочих, потому чта твердение связующего вещества происходит беэ химической реакции и в процессе нет необходимости использовать гвэообразнь е катализаторы. Ва время или после литья, когда металл затвердевает или охлаждается, отсутствует o6pQ30B3IIMe пиролитических газов, которые были бы вредны для окружающей ñðeды, для здаровьл рабочих или длл качества отливки. После затвердеванил отливки разьединенио формы и стержней на части может быть осуществлено просто путем растворения связующего посредством воды или ненасыщенного водного раствора свлэующегo вещества. Формовочный материал, который был использован длл формовки и для изготовления стержня, может быть легка регенерирова!. мокрым. способам для повторного использования. Изобретение описано более подробно описанием стадий способа. Связующим веществом, которое используют в предлагаемом способе, являетсл неорганическое соединение с высокой тачкой плавления (в частности, неорганическая соль, которое растворима в воде). Важной особенностью связующего вещества лвляетсл то, что его точка плавления так высока, что она, как правило, не плавится даже. при температурах жидкого металла. Кроме того, связующее вещество обладает такими свойствами, что при температурах, имеющих место во время формовки и литья ано не вступает в химические реакции с основными минералами в зернах формовочного материала, и, следовательно, не образует соединений, нерастворимых в воде. Иэ связующего соединения сначала приготавливают водный раствор, кбторый затем смешивают с зернами формовочного материала. Благодаря поверхностному натяжению раствора свлэующего вещества, раствор образует жидкие перемычки (из-за собирания жидкости) в точках контакта между частицами формовочного материала. Раствор связующего вещества имеет высокую вязкость и высокую способность прилипать. к основному минералу зерен формовочного материала, что обеспечивает "склеивание" зерен формовочного материала друг с другом и делает формовочную смесь связанной и способной к формовке, даже если само свлзующее вещество все еще находится в виде раствора. Когда из формовочной смеси, составляющей форму или стержень, удалгпат воду, которую используют как pecTBQ pHTefl h в растворе свлэующего вещества, вместо жидких перемычек, образуются твердые перемычки, которые и рочно скрепляют зерна формовочного материала друг с другом. Физическое состояние "твердых" перемычек из связующего вещества частично кристаллическое, частично аморфное. Вышеупомянутое удаление растворителя свлзу ащего вещества из формовочной смеси может быть осуществлено, например путем выпаривания. Другим важным признаком способа в соответствии с настоящим изобретением является то, что удаление растворителя пэ связующего вещества должно быть осуществлено так, чтобы используемал в качестве связующего соль не вступала в реакцию с каким-либо вторичным веществам. Такими вторичными веществами явллютсл, например, сами зерна формово иного материала, загрязнения на зернах, материалы покрытия, нанесенного окунанием; расплавленный металл, реакционноспасобные газы в воздухе. Это свайство важно длл изобретения, потому чта связующая. соль пе должна образовывать новое химическое соединение, нерастворимое или плохо растворимое в используемом растворителе. При температурах, существующих в процессе литья, связующее не подвержено плавлению, разложению или сгоранию, благодаря чему при литье не образуютсл пиролитические газы, которые в противном случае могли бы вызвать павы ше ние да вления в стержнях и в частях формы и, следовательно, газовую пористость в отливках. Высвобождение отливки осуществляют путем растворения связующего вещества и удаления его иэ мест контакта между зернами формовочного материала и с RQBepxHQ стей зерен посредством воды или ега ненасыщенного раствора. Зерна формовочного материала могут быть повторно использованы сразу же после промывки и сушки. Сушка может быть осуществлена, например, только центрифугированием. Количество растворенного связующего вещества, используемого в способе, составляет примерно 0,5-20% по весу ат общего количества формовочного материала. Оптимальное количество растворенного связующего вещества составляет 1-5% от веса формовочного материала. 1834743 10 Важным и весьма существенным признаком способа в соответствии с настоящим изобретением является то, что комбинацию из связующего вещества и зернистого,. формовочного материала, используемую в способе, выбирают такой, чтобы даже при высокой температуре литья 0HLl не вступали в химическую реакцию друг с другом с образованием продукта реакции, нерастворимого в воде. В качестве комбинации из связующего вещества и зернистого формовочного материалэ используют следующую: связующее— элюминат натрия NaAIOz, т.е. Иа20 AlzOa, и зернистый формовочный материал — зерна корунда, т.е. оксид алюминия AlzOg. Молярное отношение связующего может колебаться в некоторых пределах, но предпочтительно составляет 1:1, Пример изготовления литейной формы или стержня. Сначала приготавливают нужную формовочную смесь путем смешивания друг с другом зерен формовочного материала и рэствора связующего вещества при температуре 20-120 С, в результате чего раствор связующего покрывает все поверхности зерен формовочного материала. После перемешивания формовочной смеси производят . формовку формы и стержня (все еще при 20-120 С) обычным образом. Так. формовка может быть осуществлена: путем уплотнения или формовки вручную; путем формовки посредством пескомета; путем использованИя пескометной стержневой машины; путем применения вибрации и/или прессования; любым другим известным способом, в результате чего получают свободно связанную форму или тэкой стержень. "Свежую" форму или стержень, полученные описанным выше образом, доводят до требуемого состояния путем частичной или полной сушки. Сушку производят следующим образом. Связующее вещество заставляют выкристаллизовываться из его водного раствора, поместив форму и/или стержень в электрическое и/или магнитное поле переменного направления, где в результате повышения кинетической энергии электрически или магнитно поляризованных молекул или атомных группировок происходит разогрев формовочной смеси, Это осуществляют путем нагрева формы или стержня в микроволновой (СВЧ) печи или в высокочастотной печи, при этом в результа15 50 те перемещения водных диполей, находящихся в формовочной смеси, формовочная смесь нагревается внутри и затвердевает одновременно во всех ее частях. В способе по изобретению для испарения растворителя не может быть использован воздух (даже нагретый), потому что в этом случае пленка связующего (все еще находящегося в виде раствора) вступала бы во вредную реакцию, например, с углекислым газом, содержащемся в воздухе, в результате чего образовывались бы плохо растворимые карбонаты, В предлагаемом способе удаление растворителя из формовочной смеси необходимо осуществлять специально путем выпаривания с доведением до кипения (т,е. давление пэров рэс1ворителя должно быть выше, чем давление воздуха, газэ или пара в окружающей среде), благодаря чему рэстворитель, находящийся B пленке связующего вещества в формовочном материале, выпаривается, To обеспечивает полную кристаллизацию неорганической соли и тем самым скрепленпе зерен формовочного материала друг с другом, При использовании способа в соответствии с настоящим изобретением должна быть обеспечена возможность доведения растворителя до кипения, по существу, одновременно в каждой части формовочного материала, чтобы не было медленного ts., ïaривания растворителя, происходящего из от поверхности формовочной смеси к внутренним частям. В противном случае, т.к. при этэком медленно протекающем процессе выпаривания, всегда имела бы место вредная конденсация растворителя, находящегося в смеси, в более холодной части формовочного материала. Поэтому в способе по настоящему изобретению необходимо использовать такой метод нагрева, который обеспечивает нагрев растворителя до точки кипения (в насыщенном растворе) одновременно в каждой точке в формовочном латериале, Такого типа нагрев осуществляют посредством описанного выше электромагнитного поля с быстро чередующимся направлением, действующего на поляризованные молекулы воды так, что растворитель нагревается и в конце концов полностью выпэривается. Нэ твердую форму или стержень, иэготовленные описанным выше образом, наносят покрытие окунанием или их покрывают каким-либо материалом, который отталкивает .расплавленный металл. Материалом для покрытия окунанием является материал, в котором растворитель или жидкий компонент физической смеси материала для покрытия представляет собой жидкость, ко1834743 торвя не растворяет связующее вещество формы или стержня. Следовательно, в качестве растворителя или жидкого компонента не должна быть.использована вода, Когда в качестве связующего вещества используют алюминат натрия, то в качестве растворителя материала для покрытия окунанием можно использовать, например, концентрированный (абсолютный) этилоBbtA спирт или ацетон. Затем из формы или стержня удаляют каким-либо способом, соответствующим тому, который используют -для сушки формы и стержня, растворитель материала для покрытия окунанием и остаток растворителя связующего вещества стержня или формы (если он есть). После этого линейные формы и стержни собирают для осуществления процесса литья, причем сборка может быть выполнена обычным способом. При использовании литейной формы для литья изделий, имеющих тонкие стенки, или эквивалентных изделий формы с ее стержнем могут быть нагреты перед литьем, для того, чтобы повысить текучесть металла или металлического сплава. Предварительный нагрев может быть осуществлен без вреда для связующего вещества, например, до 50-500 С. Чтобы обеспечить эффект отбела, литейная форма с ее стержнем может быть охлаждена, например, до температуры в пределах О -150 С, что тоже не окажет вредного действия на связующее вещество. Охлаждение может быть осуществлено, например, посредством холодного газа (такого, KGK воздух, азот или аргон), не вступающего в химическую реакцию со связующим веществом с образованием продукта реакции, нерастворимого в воде. Литейная форма с ее стержнем может быть залита расплавленным металлам либо обычным образом (в атмосфере литейного цеха), либо при отрицательном давлении с обеспечением требуемого разрежения. В форме и стержне, изготовленных описанным выше образом. имеется большое пространство между зернами формовочно-. го материала, что способствует перемещению газов в .форме или стержне, и, следовательно означает, что газопроницаемость полученных формы и стержня очень хорошая. Газопроницаемость может быть максимально увеличена путем использования частиц формовочного материала насколько возможно большого и одинакового размера. После кристаллизации залитого металла или металлического сплава разьединение форм и стержней на части может быть 45 осуществлено просто путем растворения и удаления связующего вещества формовочного материала посредством воды, потому что используемое связующее вещество таково, что позволяет — после возможного заполнения формы инертным газом, нагрева или охлаждения, литья и кристаллиэации— вновь растворять его в растворителе (т.е. воде), что обеспечивает возможность высвобождения отливки без образования пыли и без вредных выделений в жидкой фазе, Растворение связующего вещества может быть осуществлено, например, посредством струи воды или струи воды с паром или путем погружения иэделия в воду. После разъединения формы или стержня на составные части описанным выше образом производят отделение зерен формовочного материала от смеси водяного растворадля повторного использования после промывки и сушки. Таким образом, предлагаемый способ дает возможность использовать связующее вещество повторно, что обеспечивает почти замкнутую цепь циркуляции. Раствор связующего вещества в воде может быть использован для разьединения форм и стержней на части в зависимости от температуры до тех пор пока концентрация связующего вещества в растворе не повысится до 30 — 50;4 по весу. Шлам, образованный материалом для покрытия окунанием, может быть удален из используемого при разъединении раствора путем фильтрации. Связующее вещество может быть отделено от раствора (когда он холодный) путем кристаллизации или путем выпаривания раствора до сухости, Раствор связующего вещества является сильно щелочны л, раствором, но тем не менее он не делает воду звтрофной и потому не представляет опасности для окружающей среды, Черные металлы не покрываются ржавчиной под воздействием раствора связующего, потому что раствор связующего пассивирует их поверхность. Формула изобретения Способ изготовления литейных форм и стержней для литья металлов, включающий смешивание зернистого формовочного материала и связующего в виде водного раствора и последующее их отверждение, причем в качестве связующего используют алюминат натрия йа20 АЬ20з, о т л и ч а юшийся тем, что. с целью повышения качества отливок за счет повышения точки плавления связующего и предотвращен:.я уноса зерен формовочного материала потоком металла в тело отливки, в качестве 1 834743 Составитель В;Холедов Техред M.Ìîðãåíòàë . Корректор О.Кравцова Редактор Заказ 2697 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 зернистого формовочного материала используют корунд, малярное соотношение алюмината натрия составляет 1.1, а отверж-: дение форм и. стержней осуществляют воз- . действием на них энергией микроволн, в 5 частности СВЧ-энергией, до кристаллизации соли связующего из насыщенного водного раствора для образованил твердых перемычек между зернами формовочного материала,. причем соль связующего легко растворима в воде или в ее ненасыщенном растворе, а ее химические свойства не изменяются в течение всего технологического цикла.
