Способ изготовления литейных стержней и форм по холодной оснастке

 

(5

СТ

Н (5 вл то от

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ

РЖНЕЙ И ФОРМ ПО ХОЛОДНОЙ ОСCCTKE

Изобретение может быть использовано тейном производстве при изготовлении костенных, в частности художественных, вок сложной конфигурации. Цель изо(2 ) 5014689/02 (2 ) 08.10.91 (4 ) 30.08.93. Бюл. М 32 (7 ) Челябинский государственный техническ и университет (7 ) В.M,Àëåêñàíäðîâ, Л.Г.Знаменский, А..Солодянкин, Б.А,Кулаков, А.В.Мострюко, В.В.Дунаев и IO.Â.Äàéáoâ (7 Челябинский государственный техническ и университет (56) Зотов Б.Н. Художественное литье, М.:

Машиностроение, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N. 70375, кл. В 22 С 5/04, 1979, Дошкарж И. и др. Производство точных от ивок, 1979, с. 104. бретения — уменьшение массы и снижение трудоемкости получения отливок за счет повышения точности размеров, воспроизводимости конфигурации и стабильности процесса изготовления стержней и форм, обеспечения легкого их удаления из отливок.

Сущность изобретения: в способе изготовления литейных стержней и форм по холодной оснастке, включающем засыпку смеси, ее уплотнение и формирование стержня или формы путем гелеобразования связующего йод воздействием отвердите я с последующей их пропиткой и сушкой, засыпку оснастки производят только зернистым сыпучим наполнителем смеси, предварительно плакированным отвердителем связующего, а самосвязующее вводят в уплотненный наполнител ь, находящийся в оснастке, пос редством его пропитки, При изготовлении особо сложных по конфигурации и массивных стержней и форм пропитку уплотненного плакированного наполнителя смеси производят подачей связующего под давлением 0,03 — ОД

МПа. 1 э.п. ф-лы, 1 табл. ни ни ра

ЦИ

Целью изобретения является уменьшемассы и снижение трудоемкости получеотливок эа счет повышения точности еров, воспроизводимости конфигураи стабильности процесса изготовления!

О Изобретение относится к литейному прфизводству и может быть использовано пр изготовлении стержней и форм по холо ной оснастке преимущественно для получ ния художественных и других то костенных гливок со сложными внутре ними полостями. стержней и форм, обеспечения легкого их удаления из отливок.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления. литейных стержней и форм по холодной оснастке, включающем засыпку смеси, ее уплотнение и формирование стержня или формы путем гелеобразо. вания связующего под воздействием отвердителя с последующей их пропиткой и сушкой, засыпку оснастки производят только зернистым сыпучим наполнителем смеси, предварительно плакированным отвердителем связующего, а само связую1838026

25

40

45 б

55 щее вводят в уплотненный наполнитель, находящийся в оснастке, посредством его про питки.

Цель изобретения достигается также тем, что в предлагаемом способе при изготовлении особо сложных по конфигурации и массивных стержней и форм пропитку уплотненного плакированного наполнителя смеси производят подачей в оснастку связующего под давлением 0,03-0,5 МПа.

Отличительными существенными признаками предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются засыпка оснастки только наполнителем смеси, не содержащей связующего; предварительное плакирование зернистого наполнителя смеси отвердителем ее связующего; перевод отвердителя из жидкого состояния в твердое добавкой в него катализатора коагуляции; уплотнение пла кирова нного наполнителя до введения связующего смеси; введение связующего в уплотненный плакированный наполнитель путем его про питки в оснастке; осуществление пропитки уплотненного плэкированного наполнителя посредством подачи связующего поддавлением 0,03 и 0,5 МПа.

Существенные отличия изобретения rto сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями состоят в следующем.

Засыпаемая смесь не содержит жидкое связующее и имеет минимальную влажность (не более 1,5; ), что обеспечивает ее высокие сыпучесть и формуемость. Это позволяет осуществлять качественную засыпку и уплотнение смеси в обьемноэамкнутых ящиках с проволочными каркасами-знаками с помощью вибрации. При этом достигается равномерное заполнение и уплотнение смеси по всему обьему оснастки, включая различные карманы и выемки, выполняемые с помощью отьемных частей. Обеспечивая высокую формуемость смеси, заявляемый способ позволяет при сохранении минимальной ее усадки существенно повысить точность размеров и воспроизводимость конфигурации особо сложных стержней и форм при последующей пропитке связующим. Повышение точности стержней, в свою очередь, позволяет уменьшить массу изготовляемых отливок, снизить до минимума толщину их стенок, и, как следствие, повысить качество поверхности отливок. Предварительное плакирование зернистого наполнителя отвердителем связующего, переходящим через заданное время из жидкого в твердое состояние добавкой коагулянта, обеспечивает, с одной стороны, качественное их перемешивание и равномерное распределение жидкого отвердителя на зернах песка, а с другой стороны, образование .после перемешивания твердой плакирующей пленки отвердителя, прочно удерживающейся на этих зернах.

Огеливание отвердителя связующего, определяемое свойствами и количеством вводимого катализатора коагуляции, позволяет сохранить минимальную влажность, высокие сыпучесть и формуемость смеси. Отдельное введение наполнителя и связующего смеси в оснастку без их предварительного смешивания исключает опасность преждевременного отверждения стержней до завершения операций засыпки и уплотнения, что делает процесс более гибким и технологичным, не требующим строгого контроля и регулирования времени приготовления смеси и ее отверждения при формообразовании в оснастке. Способ обеспечивает неограниченное увеличение срока хранения засыпаемой смеси, устраняет опасность ее слеживания и комковэния, сохраняет постоянной в процессе изготовления стержней живучесть связующего. Все зто делает процесс более стабильным и легкоуправляемым. Введение связующего путем пропитки плакированного наполнителя позволяет, в первую очередь, произвести отверждение поверхностного, рабочего слоя. стержней, глубину которого можно регулировать временем пропитки и давлением, при котором подается связующее.

Внутренняя часть стержня может быть не пропитана связующим, что обеспечивает беспрепятственное ее удаление из отливок, Пропитанная часть стержней после отверждения связующего имеет высокую манипуляторную прочность (ор т = 0,4 — 0,5 МПа}, сразу после выемки из OcHGGTKN, однако при последующей естественной сушке стержней происходит ее разупрочнение до значений ор т = 0,15-0,2 МПа (после сушки на воздухе 3 ч). Таким образом, пропитанная часть стержня, не подвергшаяся дополнительному упрочнению, будет также легко удаляться из отливок, снижая трудоемкость их выбивки.

Формирование стержней путем пропитки плакированного отвердителем наполнителя обеспечивает стабильность и равномерность структурообразования связующего вследствие равномерного распределения его по всему обьему смеси.

Пропитка уплотненного наполнителя путем связующего под давлением 0,03 — 0,5 МПа позволяет изготовлять особо сложные по конфигурации и массивные стержни и формы, поскольку в этом случае достигается бо1838026 интенсивное и качественное заполнемежэеренных пор смеси на эначительи. в том числе труднодоступной, их емной части. Охватывая большие, чем обычном давлении, площадь поверхнои внутренний объем стержней, пропитка давлением позволяет уменьшить колитво отверстий в стенке оснастки. через орые проводится Ьропитка связующим. и неполной пропитке обеспечивается жение расхода связующего в смеси.

Сущность заявляемого способа заклю-. тся в следующем.

Зернистый наполнитель смеси, наприкварцевый песок 2К0315, в бегунах или стном смесителе смешивают с жидким рдителем связующего, в который введеоагулирующая его добавка каталиэатоКоличество вводимого жидкого рдителя определяется требуемым вреем пропитки наполнителя в оснастке и образования связующего, обеспечивам качественное формирование стержле ни но об пр ст по че ко

П сн м ло а от е на к р от е мен ге е ю и ня

Количество добавляемого в жидкий отдитель катализатора коагуляции опредется свойствами его материала и менем, достаточным для качественного емешивания наполнителя с жидким отдителем, а также для образования раверной и твердой плакирующей пленки е рдител я.

При перемешивании жидкий отвердиь с добавкой коагулянта плакирует зерна олнителя с образованием тонкой толщи, до 0,15 мм, сплошной пленки, которая ез заданное время вследствие коагуляотвердителя переходит из жидкого в рдое состояние, прочно удерживаясь на х зернах. При достижении времени коаяции отвердителя происходит одновреное и равномерное в смеси огеливание ердителя, признаком которого является обретение смесью хорошей сыпучести.

Для удаления излишков влаги и более ного отверждения плакирующей пленки олнитель подвергают естественной, в ение 12-24 ч, или ускоренной сушке при

80 С в течение 2 — 3 ч, Подготовленный укаэанным путем плаованный наполнитель через одно или нелько небольших, диаметром 10-15 мм, ерстий. выполненных в стенке оснастки естах верхнего расположения их рабочей ости, порциями или непрерывно засыпав оснастку. Качественное воспроизведее конфигурации и равномерность отнения смеси в оснастке достигают менением вибрации с амплитудой колеий 0,5-1,5 мм при частоте 50 Гц.

1 ве ля вр пе ве но от те на но че ци тв зт

Гу ме от пр по на те

60 ки ск от в по ют ни уп пр ба

Для этого оснастку при засыпке устанавливают на вибростол. Признаком окончания уплотнения наполнителя в оснастке является прекращение падения его уровня в отверстии для засыпки при включенной вибрации.

После засыпки и уплотнения плакированный зернистый наполнитель, находящийся в оснастке, пропитывают связующим смеси, Пропитку осуществляют через отверстия в стенках оснастки диаметром 6-12 мм, выполненные с определенным шагом между собой и закрытые перед засыпкой и уплотнением металлической сеткой (ячейка

0,16 — 0,25 мм) или пробками. В зависимости от сложности и размеров изготовляемых стержней и форм пропитку производят методом окунания оснастки в раствор связующего, либо подачей связующего под давлением 0,03 — 0,5 МПа, осуществляемой с помощью трубки с конусообразным наконечником, который плотно входит в отверстия для пропитки. Необходимое давление на связующее можно создать в стандартном бачке с встроенным насосом, предназначенным для перекачки жидкостей, Количество отверстий для пропитки определяется размерами и сложностью конфигурации рабочей полости оснастки, методом пропитки, пропитывающей способностью связующего и гелеобразующим действием отвердителя, размерами зерен и степенью уплотнения смеси.

В процессе пропитки под воздействием отвердителя, равномерно распределенного на зернах наполнителя в виде плакирующей пленки, происходит коагуляция, а затем и огеливание связующего и формируемый стержень приобретает твердость и прочность. Полученной прочности (ораст = 0,4 — 0,5

МПа) достаточно для последующих манипуляций со стержнем после его извлечения из оснастки. Время огеливания связующего выбирают исходя из требуемой площади и глубины пропитки смеси путем изменения концентрации отвердителя в плакированном наполнителе. Технологически достаточным является время огеливания связующего 30-60 с.

При пропитке под давлением, меньшим

0,03 МПа, связующее не проникает в удаленные от места его подачи и труднодоступные карманы и поднутрения в оснастке из-за тормозящего действия отвердителя и

55 наличия воздушных пробок в указанных частях. В результате отдельные участки стержней сложной конфигурации оказываются не пропитанными. Давление более 0,5 МПа приводит к размыву поверхности стержней в местах пропитки и перерасходу связующе1838026

10

45

55

ro из-за его утечки по линии разъема оснастки.

В заявляемом способе в качестве зернистого наполнителя смеси могут быть использованы кварцевый песок марок К016, К02, К0315 (ГОСТ 2138-84), сеяный шамот зернистостью 0,25-0,63 мм, электрокорунд (Ф 16-50 (ОСТ 2МТ-71-5-78).

В качестве связующего смеси используются водоспиртовые гидролизованные.растворы этилсиликата -32 или этилсиликата

-40 (ГОСТ 26371-84) с концентрацией кремнезема 8-14 мас., готовое этилсиликатное связующее марки ГС-12 или ГС 20Э, разбавленное водой до укаэанного содержания кремнезема;

- В качестве жидкого отвердителя указанных связующих растворов применяют водные растворы жидкого стекла (ГОСТ

13078-81) плотностью 1200-1300 кг/мз. Катализатором коагуляции и огеливания QTвердителя могут служить феррохромовый шлак (ТУ 14-1195-74), нефелиновый шлам и другие отвердитепи жидкого стекла.

После отверждения, извлечения иэ оснастки и поверхностной подсушки стержни и формы подвергают поверхностному упрочнению путем пропитки различными упрочняющими растворами с последующей их естественной ипи тепловой сушкой. При необходимости увеличения прочности и глубины упрочняющего слоя стержней проводят повторную упрочняющую пропитку и увеличивают время их поверхностной подсушки.

Для удаления влаги, вносимой при пропитке связующим и упрочняющими растворами, стержни и формы подвергают окончательной тепловой сушке.

Заявляемый способ иллюстрируется .следующими примерами, Г1 р и м е р 1, Кварцевый песок марки

2К0315 (ГОСТ 2138-74) плакируется жидким отвердителем-раствором жидкого стекла (ГОСТ 13078-81) модулем 3,1 и плотностью

1220 кг/м, в который введена добавка катализатора его коагуляции — феррохромовый шпак (ТУ14-1195-74). Количество отвердителя с катализатором. взятых в соотношении 3:1 по массе, составляет 3 от массы песка. При плакировании перемешивание песка с жидким отвердителем ведет- ся 10 мин, коагуляция отвердителя наступает через 15 мин. Плакированный песок подвергают ускоренной сушке при 70 С в течение 2,5 ч.

Подготовленный плакированный песок через отверстие диаметром 10 мм засыпается в стержневой ящик, находящийся на вибростоле в собранном виде с проволочно-сварным каркасом, отдельными порциями и уплотняется с помощью вибрации с амплитудой 0,8-1 мм при частоте 50

Гц.

Пропитку уплотненного ппакированного песка, находящегося в ящике, производят через отверстие в стенке оснастки диаметром 8 мм, закрытое металлической сеткой с ячейкой 0 2 х 0,2 мм. Отверстия выполнены с шагом 50 мм друг от друга. Пропитку осуществляют путем окунания оснастки в связующее — водно-спиртовой гидропизованный раствор ЭТС-40 (ГОСТ 26371-84) с концентрацией 12 мас.;(кремнезема. Время пропитки составляет 30 с, время отверждения стержня в оснастке после пропитки — 15 с.

Отвержденный стержень вынимается иэ оснастки и после естественной сушки в течение 2 — 3 ч, пропитывается жидкостекольным упрочняющим раствором и окончательно высушивается 2,5 ч.

Подготовленные таким образом стержни использовали при изготовлении по выплавляемым моделям кварцевых форм и получении кабинетной художественной отливки "Конь с попоной", Пример 2. Плакирование, засыпка и уплотнение напопнителя в ящике проводятся аналогично примеру 1. Для изготовленйя выбирается стержень сложной конфигурации с поднутрением и выемкой, выполненными в оснастке отъемными частями.

Пропитку осуществляют через отверстие в стенке ящика диаметром 8 мм, закрытое резиновыми пробками перед уплотнением смеси, Отверстия BblrlollHGHbi с шагом 60 мм друг от друга. Пропитку осуществляют путем подачи того же связующего под давлением 0,03 МПа с помощью трубки с уплотнительным конусообразным наконечником. прижимаемым к отверстиям для пропитки. Давление создается внутри нагнетательного бачка встроенным в него насосом и фиксируется манометром. Время отверждения связующего составляет 25 с.

Дальнейшие упрочнение и сушку проводят аналогично примеру 1.

Пример 3. Давление на связующее составляет. 0,23 МПа, отверстия для пропитки выполнены с шагом 75 мм. Время отверждения связующего составляет 40 с.

Пример 4. Давление на связующее составляет 0,5 МПа, отверстия для пропитки выполнены с шагом 90 мм. Время отверждения связующего — 60 с.

Для получения сравнительных данных параллельно изготовляли стержни согласно прототипу (см. таблицу).

Показателями для сравнения служили влажность, сыпучесть и живучесть исходной смеси, точность размеров, степень воспро1838026 из н н

К св да ж ка ц и н е и е ри хн и яв в зь

1, ни от ни за

По прототипу

По заявленном способ. Ед. измер. казатели

Пропитка окунанием (rip.1) Кварц. песок-97, жидкое стекло — (пл. 1220 кг/MQ

2,2, феррох. шлак-0,8

Кварц. песок-94, жидкое стекло-6

С хо став исной смеси аж ность еси пед засыпкой пучесть меси по ри бору а им, Личева И.А. ивучесть смеси етод упоотнения смеси

% мас.

В с р

1,2

1,2

3,5

42-47

13 — 18

6 — 12

На вка не ограничена

"1. Яибрирование с амплитуд. до 1 мм, частота 50Гц. едения конфигурации стержней. измеие массы. отливки и трудоемкости удалеединицы массы стержня из отливки. оме того, определяли время отверждения зующего при пропитке под различным лением и прочность стержней при растянии (на стандартных образцах-восьмер) до и после упрочнения.

Степень воспроизведения конфигурастержней определяли в % как отношеплощади их рабочей поверхности, ющей точную конфигурацию и геометеские размеры, к общей площади поверсти стержней.

Состав смеси, параметры изготовления ехнологические свойства стержней по заяемому способу и прототипу приведены аблице.

Результаты сравнения испытаний покавают, что заявляемый способ позволяет в — 1,2 раза уменьшить массу и снизить трумкость изготовления отливок за счет rioения в 2-3 раза размерной точности, на

6% степени воспроизведения конфигуии стержней и повышения стабильности цесса их изготовления, а также за счет спечения значительно более легкого ения стержней из отливок, Повышение ильности процесса изготовления стерй и форм достигается за счет неограниной живучести исходной смеси, номерного и качественного ее уплотнев оснастке, равномерного распределеотвердителя в объеме смеси, а также ельного введения связующего в наполель после его уплотнения, Наряду с уменьшением массы отливок, вляемый способ позволяет снизить до минимума толщину их стенок, что обеспечивает повышение качества поверхности отливок, Снижение массы и толщиньi стенок художественных отливок существенно улуч5 шает чистоту поверхности и качество их поверхностного рельефа и, тем самым, значительно повышает художественную ценность литья, 10 Формула изобретения

1. Способ изготовления литейных стержней и форм по холодной оснастке преимущественно для художественного литья, включающий засыпку в оснастку смеси на

15 основе огнеупорного наполнителя, ее уплотнение и химическое отверждение путем гелеобразования связующего под воздействием отвердителя с последующей их выемкой из оснастки и упрочняющей поверхностной

20 обработкой,отл ича ю щи йся тем, что, с целью уменьшения массы и снижения трудоемкости процесса получения отливок за счет повышения точности размеров, воспроизводимости конфигурации и стабильно25 сти процесса изготовления стержней и форм, обеспечения легкого удаления из отливок, предварительно огнеупорный наполнитель плакируют отвердителем связующего и переводят в сыпучее состоя30 ние, затем свободной засыпкой заполняют им оснастку и уплотняют, после чего в оснастку вводят связующее смеси посредством пропитки наполнителя.

35 2,Способпоп1,отличающийся тем, что пропитку связующим осуществляют под давлением 0,03-0,50 МПа.

Пропитка под авлением, МПа

0 03 (Пр 2) 0 23 (Пр 3) 0 50 (Пр 4) 1838026

Продолжение таблицы

Ед. измер.

По прототипу

Показатели

По заявленном способ

П опитка по авлением, МПа

Пропитка окунанием (flp.1)

0,03(Пр.2) 0,23(Пр.3) 0,50(Пр.4) Способ отверждения связующего

Время отверждения

Прочность стержней при растяжении (на станд. образцахвосьмерках) а)после выемки из ящика б) после естест. сушки в) в упрочняющем слое

Размерная точность стержней

Степень воспроизведения конфигурации стержней

Масса отливок после выбивки стержней

Трудоемкость удаления единицы массы стержней из отливки го песка

Под воз

I действием плакированно

СО -про-цесс

30.

40

МПа

1,2

0,41

0,48

0,52

0,45

0,17

0,15

1,4

0,20

0,18

МПа ,ЙПа

1,95

1,92

1,65

1,81

МПа

2,05

+0,6 — 0,9

103 „

« -0,5-0,8 1,5-2

+0,7 — 1,0

«+0,4 — 0,7

95

97

100

9,5

9,7

10,6

9,2

9,0 кг

20-25 мин/кг

2 — 3

2-3

3 — 4

4 — 5

Ф

Составитель В.АлександровРедактор . T,Xîäàêoâà . Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор П,Гереши

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2886 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5