Способ изготовления стержней для литейных форм
Изобретение относится к литейному производству. При изготовлении стержней из смесей на органическом связующем в огнеупорный наполнитель вводят нитрат аммония в количестве 0,09-0,15 мас.%. Обеспечивается сокращение продолжительности конвективной сушки стержней, повышение прочности и снижение осыпаемости стержней. 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам изготовления стержней для литейных форм.
Известны способы изготовления стержней для литейных форм, включающие следующие приемы:
- предварительное приготовление смеси огнеупорного наполнителя со связующими материалами и добавками;
- формообразование стержней путем заполнения смесью формообразующей полости оснастки и уплотнения ее преимущественно на пескострельных машинах;
- отверждение или упрочнение стержней вне оснастки конвективной сушкой в печах различной конструкции /1/.
В крупносерийном и массовом производстве отверждают стержни в конвейерных сушилах с принудительной циркуляцией газов в течение 1-10 часов. Продолжительность сушки зависит от толщины стенок и влажности стержней, температура сушки - от химической природы связующих материалов /2/.
Поскольку в качестве связующих материалов при реализации способов применяются органические вещества - отходы химической переработки древесины, нефти, хлопка, то оптимальная температура конвективной сушки составляет 220-240°С.
Способы изготовления литейных стержней, отверждаемых конвективной сушкой, доступны, просты, не требуют обогащенных кварцевых песков, сложного оборудования, дорогостоящей оснастки. Кроме того, отходы химических производств, применяющиеся в качестве связующих материалов, также дешевы и доступны. Наиболее распространенные среди подобных материалов - лигносульфонаты технические ЛСТ (побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности), крепители СКТ-10 и СКТ-11 (отходы производства хлопкового масла), крепитель ТОП (отход пиролиза древесины).
Из всех известных способов изготовления литейных стержней, упрочняющихся в результате конвективной сушки, наиболее близок по технической сущности к предлагаемому способ изготовления литейных стержней, приведенный в описании изобретения (3), согласно которому "стержни изготавливают не сплошными, а пустотелыми, в виде оболочек, заполняемых внутри сухим песком, стальной дробью или другим наполнителем без крепителя". Оболочки стержней изготавливают различными приемами, в том числе и на стержневых машинах. После формообразования стержни помещают на драйера и сушат в печах любой конструкции. По мнению авторов, способ увеличивает производительность труда при изготовлении стержней и способствует сокращению процесса сушки.
Процесс сушки действительно сокращается, так как уменьшается толщина стенок стержней. Это является достоинством прототипа. Однако необходимость заполнения оболочек сыпучими материалами указывает на низкую прочность облегченных стержней. В результате может возникнуть опасность их разрушения при сборке форм и заливке их металлом. Это недостаток прототипа.
Целью изобретения является создание такого способа, при котором значительно бы повысилась прочность литейных стержней, но при этом бы не происходило увеличения продолжительности конвективной сушки. Эта цель достигается тем, что при изготовлении литейных стержней по известному способу и упрочнении их конвективной сушкой в огнеупорный наполнитель в процессе приготовления стержневой смеси дополнительно вводят 0,09-0,15 массовых % нитрата аммония.
Возможность осуществления изобретения подтверждается примерами:
В лабораторных бегунах модели 017 готовили смеси кварцевых песков марок 5К3O203 и 5К4O1016 ГОСТ 2138-91 (глинистая составляющая песков обеих марок около 2%) с лигносульфонатами ЛСТ и крепителем ТОП.
Одна группа смесей содержала 2 мас.% лигносульфонатов ЛСТ по ТУ 54-028-00279580-97, 1,5 мас.% крепителя ТОП по ТУ 2455-004-49548-98. Другая группа смесей содержала 2,5 мас.% ЛСТ и 1,5 мас.% крепителя СКТ-10 по ОСТ 18-302-76. Дополнительно в каждую группу смесей вводили 0,06-0,19 мас.% нитрата аммония (ГОСТ 2-85).
Во время приготовления стержневых смесей сначала в бегуны засыпали кварцевый песок, потом нитрат аммония с водой и перемешивали 5 минут, потом вводили ЛСТ, перемешивали 5-10 минут и в последнюю очередь вводили крепитель, с которым смесь перемешивали не более 2-х минут.
Из полученных смесей готовили стандартные образцы - "восьмерки" и цилиндрические образцы диаметром и высотой 50 мм для определения свойств с целью оценки эффективности предложенного способа. Стандартные образцы упрочняли конвективной сушкой в лабораторном сушиле с принудительной циркуляцией горячих газов при температуре 240°С в течение времени, указанного в таблице 2. Продолжительность сушки для каждого состава определяли экспериментально. Высушенные образцы охлаждали до комнатной температуры и определяли предел прочности при растяжении на польском приборе модели LRU. На этом же приборе определяли предел прочности при сжатии во влажном состоянии. Влажность и осыпаемость образцов определяли также стандартными методиками на приборах Усманского завода литейного оборудования. Составы смесей приведены в таблице №1, а результаты испытаний по определению свойств - в таблице №2. Каждое значение в таблице №2 - среднее арифметическое трех испытаний.
Из таблицы №2 следует, что добавка нитрата аммония в любых испытанных количествах сокращает длительность конвективной сушки стержней обеих групп смесей. Однако предел прочности при растяжении стержней в высушенном состоянии возрастает до определенного предела, а потом начинает снижаться. Оптимальной величиной добавки нитрата аммония следует считать 0,09-0,15 мас.%, при таком количестве достигается не только наиболее кратковременное отверждение конвективной сушкой, но и рост значений предела прочности при растяжении и минимальная осыпаемость стержней. Дальнейшее увеличение добавки нитрата аммония прочности не повышает, но снижает осыпаемость. Подобные технические результаты получены и при изготовлении стержней с использованием крепителя СКТ-10.
Таким образом, существенные признаки изобретения, общие с прототипом:
- приготовление стержневой смеси с обычным органическим связующим материалом в виде отхода химических производств,
- формообразование на стержневой машине,
- удаление стержня из оснастки на драйер,
- конвективная сушка в печи.
Отличительные признаки предлагаемого изобретения:
- дополнительная обработка огнеупорного наполнителя добавкой нитрата аммония, существенно повышающая прочность стержней, позволяющая исключить заполнение тонкостенных оболочек сыпучими материалами, ускоряющая сушку.
Повышение прочности, снижение осыпаемости стержней позволит снизить расход связующих материалов, а сокращение продолжительности конвективной сушки - повысить производительность труда при изготовлении стержней.
Предполагаемый экономический эффект от использования изобретения на заводе ОАО "A3 "Урал" составит около 500 000 руб. в год.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Составляющие | Содержание в массовых % | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| 1.Лигносульфонаты ЛСТ | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 2.5 | 2,5 | 2,5 |
| 2.Крепитель ТОП | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | - | - | - | - | - |
| 3.Крепитель СКТ-10 | - | - | - | - | - | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| 4.Нитрат аммония | 0,06 | 0,10 | 0,15 | 0,19 | 0 | 0,06 | 0,1 | 0,15 | 0,19 | 0 |
| 5.Кварцевый песок 5К3О203А | 48,22 | 48,2 | 48,17 | 48,15 | 48,25 | 47,97 | 47,95 | 47,92 | 47,9 | 48,0 |
| 6.Кварцевый песок 5K4О1016A | 48,22 | 48,2 | 48,17 | 48,15 | 48,25 | 47,97 | 47,95 | 47,92 | 47,9 | 48,0 |
| Таблица 2 | ||||||||||
| Свойства | Значения | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| 1.Предел прочности при растяжении в высушенном состоянии, МПа | 0,85 | 0,105 | 0,114 | 0,912 | 0,77 | 0,59 | 0,78 | 0,8 | 0,88 | 0,42 |
| 2.Предел прочности при сжатии во влажном состоянии, МПа | 0,0065 | 0,0065 | 0,0055 | 0,007 | 0,0075 | 0,02 | 0,02 | 0,015 | 0,015 | 0,01 |
| 3.Влажность, % | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,2 | 2,1 | 2,1 | 0,15 | 2,2 | 2,0 |
| 4.Осыпаемость, % | 0,13 | 0,04 | 0,044 | 0,09 | 0,166 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 |
| 5.Продолжительность сушки, мин | 25 | 20 | 19 | 18 | 30 | 35 | 30 | 25 | 20 | 40 |
ЛИТЕРАТУРА
1. "Литейное производство" под редакцией И. Б. Куманина; М.: "Машиностроение". 1971 г., 320 стр.
2. Справочник "Формовочные материалы и технология лит. формы" под редакцией С.С. Жуковского, М.: "Машиностроение", 1993 г., 432 стр.
3. Авторское свидетельство №8484762, кл. 31 С 5/01, 1947 г.
Способ изготовления литейных стержней из смесей огнеупорного наполнителя с органическими связующими материалами, включающий предварительное приготовление стержневой смеси, формообразование стержня, упрочнение стержня конвективной сушкой, отличающийся тем, что в огнеупорный наполнитель в процессе приготовления стержневой смеси дополнительно вводят 0,09-0,15 мас.% нитрата аммония.
