Способ изготовления литейных форм и стержней,отверждаемых в оснастке

 

(72) Автор изобретения

А. Ф. Власов (7l ) заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

ОТВЕРЖДАЕНЫХ В ОСНАСТКЕ

Изобретение относится к литейному производству, а именно, к способам изготовления форм и стержней, отверждаемых в оснастке.

Современные способы изготовления

:стержней и форм основываются на отверждении формовочной смеси в оснастке при воздействии на связующее отвердителя или катализатора. При этом скорость отверждения определяет ся требованиями, диктуемыми характером производства, составляя от 4060 с при массовом производстве до

30-40 мин при индивидуальном и мелкосерийном производстве. Однако общая тенденция к интенсификации отверждения вступает в противоречие с неизбежным ухудшением таких свойств смесей, как живучесть и сыпучесть (последний показатель характеризует способность смеси к хорошему заполнению оснастки и легкому ее уплот,нению в оснастке .

При изготовлении мелких стержней массового и крупносерийного производ ства указанная проблема успешно решается путем использования таких известных процессов, как Hot-box (отверждение стержней в нагреваемой оснастке) или Cold-box, одним из вариантов которого является Ashlandпроцесс (отверждение стержней в холодной оснастке путем продувки газово-аэрозольным катализатором из класса аминов).

Однако указанные процессы не могут быть технически эффективно использованы для получения и нанесения облицовок форм и стержней средних и крупных габаритов, а также при нанесении облицовок на крупногабаритные кокили. В данной области приходится го в полной мере учитывать требования к повышенной живучести и улучшенной сыпучести смесей, что неблагоприятно отражается на скорости их отверждения

973215 4 приводит к задолживанию оснастки и снижению производительности формовочных и стержневых участков.

Известно, что живучесть холодноотверждающих смесей повышается с уменьшением температуры окружающей среды и исходных материалов (1 ).

Ряд способов изготовления форм и стержней основан на использовании принципа охлаждения композиционных мате- 30 риалов.

Известен способ изготовления литейных форм замораживанием, включающий нанесение формовочной смеси на модель и воздействие на нее хладаген- 13 том, имеющим температуру ниже О С и подаваемым непрерывно в полость модели. В данном случае замораживанием увлажненного песка достигается конструкционная прочность форм и стержней, которые собираются и заливаются металлом в замороженном состоянии (21.

Однако данный способ применим для получения литья преимущественно цвет- 23 ных сплавов с ограничениями по сложности конструкции и массе отливок.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления литейных форм и стержней, заключающийся в приготовлении облицовочной смеси путем перемешивания огнеупорного наполнителя, связующего и отвердителя с одновре33 менным охлаждением ее до температуры, при которой происходит замедление химического взаимодействия связующего и отвердителя (О - 15 С), хранение готовой смеси в охлажденном состоянии, формообразование облицовочного слоя путем подачи охлажденной смеси в оснастку и отверждение его путем воздействия на смесь теплоносителя, в качестве котооого в этом способе фЯ используется металлическая оснастка, нагреваемая до 100 С, с последующим о введением в оснастку наполнительной смеси (3 ).

Однако известный способ характеризуется сравнительно небольшой степенью охлаждения композиционных материалов, что позволяет хранить готовую смесь ограниченное время (до 5,5 и не способствует коренному улучшению ее сыпучести. Нагрев оснастки до

100 С вносит ограничения по габаритам изготавливаемых форм и стержней, поскольку для средних и крупных форм и стержней требуются слишком большие энергозатраты для нагрева оснастки до укаэанной температуры.

Цель изобретения - повышение живучести и сыпучести облицовочной смеси.

Поставленная цель достигается тем, что, в способе изготовления литейных форм и стержней,.отверждаемых в оснастке, включающем приготовление облицовочной смеси путем перемешивания огнеупорного наполнителя, связующего и отвердителя с одновременным охлаждением ее до температуры, при которой происходит замедление химического взаимодействия связующего и отвеодителя, хранение готовой .смеси в охлажденном состоянии, формообразование облицовочного слоя путем подачи охлажденной смеси в оснастку и отверждения его путем воздействия на смесь теплоносителя с последующим введением в оснастку наполнительной смеси, согласно изобретению охлаждают облицовочную смесь до (-2) - (-8) С, дополнительно производят размол готовой смеси до зернистости исходного огнеупорного наполнителя, а отверждение облицовочного слоя осуществляют путем воздействия теплоносио теля с температурой 20-30 С с последующим введением в оснастку наполнительной смеси с температурой 2030о

8 качестве быстротвердеющих литейных связующих используют жидкое стекло, преимущественно высокого модуля, с органическими и неорганическими отвердителями, синтетические смолы с катализаторами отверждения, сульфитно-дрожжевую бражку с .неорганическими отвердителями, кислоты с металлическими окислами, соли с водой, цементы с водой и др.

При выборе оптимальной температуры охлаждения смеси учитывается живучесть и сыпучесть а также ско" рость отверждения смеси после подачи в оснастку.

При температуре ниже -8 С тре буются повышенные энергозатраты на размораживание смеси в оснастке, что резко усложняет технологический процесс изготовления форм и стержней.

Ю

При температуре выше -2 С ухудшается показатель сыпучести смеси, что приводит к ухудшению качества облицовочного слоя.

5 9732

В условиях промышленного производства целесообразно оборудовать смешивающие бегуны охлаждающим устройством или охлаждать готовую смесь непосредственно на выпуске. Ввиду того, что после выпуска из бегунов охлажденная смесь образует смерзшиеся конгломераты, целесообразно исполь зовать спаренные бегуны, из которых вторые являются размалывающими, при- 10 чем размол смерзшейся смеси осуществляется до зернистости, соответствующей зернистости исходного песка.

Температура теплоносителя при отверждении смеси в оснастке (20-30 С) выбрана, исходя из условий достижения манипуляторной прочности в короткий промежуток времени (не более 5 мин 1

При температуре теплоносителя ниже

20 С скорость размораживания смеси и 20 соответственно ее отверждения (путем. активизации отверди геля при повышении температуры) становится недостаточной, что отрицательно сказывается на производительности процесса. "При температуре теплоносителя выше 30О С скорость отверждения увеличивается, однако при.этом возрастают энергозатраты на нагрев теплоносителя и тем самым усложняется технология процес- 30 са.

Источником теплоносителя является сама оснастка, нагреваемая до 20-30 С

В сочетании с нагревом оснастки может использоваться также продувка З воздухом, нагретым до той же температуры (20-30 С).

После схватывания облицовки и удаления формирующего ее (в пространстве над моделью) жакета или кожуха щ вводят наполнительную смесь 20-30 С.

Наполнительную смесь, нагретую до более высокой температуры, трудно использовать из-за ее пылеобразования. За счет теплосодержания напол- <> нительной смеси происходит окончательное отверждение облицовочного слоя.

Иэ таблицы следует, что предла гаемый .способ обеспечивает получение облицовочной смеси с более высокой сыпучестью и живучестью, что важно при изготовлении крупногабаритных облицованных кокилей, стержней и форм.

Время живучести практически не ограничено, так как при минусовой температуре отверждения смеси не происходит. Достигаемая через 5 мин контакта с оснасткой прочность является достаточной (при температуре оснастки 30 С) с точки зрения требоо ваний, предъявляемых к манипуляторной прочности.

Пример 1. Изготовление крупногабаритной формы в опоках размером

1400х800х300 мм с облицовкой иэ песчано-смоляной смеси указанного выше состава.

С помощью спаренных бегунов, иэ которых вторые являются размалывающими и оборудованы охлаждающим уст ройством, производится приготовление, охлаждение до -5 C и размол смеси до фракции песка.На вибростол

1 (фиг.1) устанавливают подмодельную плиту 2 с моделью 3 и кожухом 4.

В зазор 5 между моделью 3 и кожухом

4 через отверстие 6 подают формовочСмесь приготавливают следующим образом.

Используют песчано-смоляную холоднотвердеюущую смесь следующего состава, мас.3:

Песок марки КО2 96,5

Мочевино-Формальдегидная смола

М19-6? (ГОСТ

14231-69) 2,0

80 -ная ортофосфорная кислота 1,5

Приготовление смесй производят в лабораторных бегунах, перемешивая компоненты 30-40 с. Сразу после при" готовления смесь охлаждают в холодильнике при заданной температуре 1 ч и размалывают до сыпучего состояния, после чего снова помещают в холодильник.

Для оценки прочности на сжатие используют стандартные цилиндрические образцы диаметром 50 мм и высотой 50 мм, предварительно уплотняемые с помощью лабораторного копра.

Сыпучесть определяют просеиванием смеси на стандартном сите 0,5

1 мин. За показатель сыпучести принимается количество смеси, прошедшее через сито 05 (в процентах к исходному количеству). 3а показатель живучести принимается время, в течение которого смесь приобретает прочность

1 кгс/см (на отжатие) .

В таблице приведены результаты испытания смеси вышеуказанного состава.

973215 ную смесь 7, Включают вибратор (на чертеже не показан). Смесь 7 под действием гравитационных сил и вибрации заполняет зазор 5 и уплотняется. После выдержки 1-2 мин температура смеси 7 повышается в результате контакта с оснасткой, имеющей плюсовую температуру, что фиксируют термопарой 8. При температуре смеси 155С кожух 4 снимают„ а вместо него устанавливают опоку 9(фиг.2) и стояк 10 литниковой системы. Затем в опоку 9 подают наполнительную смесь 11, в ка. честве которой используют отработанную смесь 30 С. Производят уплотнение 3 полуформы. Облицовочная смесь 7 при этом окончательно отверждается. После этого полуформу снимают с модели

3, удаляют стояк 10 литниковой системы, а полуформу направляют на сбор-20 ку с другой полуформой, изготовленной аналогично.

Для изготовления облицовочного слоя 7 могут быть использованы и другие составы смесей, охлажденные до минусовых температ р перед подачей в оснастку.

Пример 2. И= отовление крупногабаритного облицовочного кокиля размером 1800х1800х600 мм. 30

С помощью оборудования, как в примере 1, изготовляют быстротвердеющую смесь, охлажденную до -8 С и размолоо тую до величины фракции песка. Состав смеси приведен выше. 35

На вибростол 1 (фиг.3) устанавливают подмодельную плиту 2 с элемен- том литниковой системы 3 и моделью 4.

Устанавливают кокиль 5, имеющий в отличие от модели 4 шероховатую по- @ верхность для лучшего сцепления с облицовочной смесью. Устанавливают стержень 6 литниковой системы. В зазор 7 между моделью 4 и кокилем 5 через полость 8 открытой прибыли выпол43 ненной стержнем 9„подают сыпучую охлажденную смесь 10. Включают вибростол 1. Под действием гравитационных сил и вибрации облицовочная смесь заполняет зазор 7 и уплотняется в нем. Температура облицовочной смеси в результате контакта с оснасткой, имеющей плюсовую температуру, повышается. При температуре смеси

20 C (что фиксируют- термопарой 11)

33 излишек смеси 10 удаляют, освобождая полость прибыли 8. Вибрацию стола 1 прекращают, а облицовочный кокиль снимают с модели 4 и направляют на осборку с другим кокилем, подготовленным аналогично.

Пример 3. Изготовление крупногабаритного облицованного стержня размером 1200х1200х500 мм.

Поддон 1, служащий для сборки формы, устанавливают в горизонтальное положение (фиг.4) Устанавливают стержень 2, изготовленный из обычной жидкостекольной смеси, причем внешние размеры стержня выполняют на 20 мм меньшими по отношению к номинальным размерам. Устанавливают кокиль 3, размеры внутреннего контура которого соответствуют номинальным размерам стержня 2. В зазор 4 между стержнем 2 и кокилем 3 через п лость 5 подают облицовочную смесь 6, охлажденную до температуры -6

Включают вибратор (на чертеже не показан). Облицовочная смесь 6 под действием гравитационных сил и вибрации заполняет полость 5 и уплотняется в ней. После выдержки в уплотненном состоянии 10 мин облицовочная смесь размораживается и отверждается.

После этого кокиль 3 поднимают. Отвердевший же слой облицовочной смеси в результате усадочных сил прочно скрепляется со стержнем 2.

Пример 4. Изготовление стержней пескодувным способом.

Охлажденную до -5 С сыпучую песчано-смоляную смесь подают в теплоиэолированный бункер, примыкающий к пескодувной машине. Рабочую камеру пескодувной машины и подводимый к ней сжатый воздух охлаждают до -8 С. С помощью известных устройств охлажденную смесь подают в стержневой ящик, имеющий температуру 22 С при давлении сжатого воздуха 0,5 ИПа. Уп. лотненный стержень продувают сжатым воздухом, имеющим температуру 22 С и давление 0,1-0,2 МПа. При продувке стержень размораживается, его темпео ратура повышается до 10-22 С, связующее и катализатор (отвердитель) вступают в химическое взаимодействие и стержень отверждается.

Предлагаемый способ изготовления литейных форм и стержней обеспечивает получение смесей с высокой живучестью и сыпучестью, что значительно расширяет область использования способа изготовления литейных форм и стержней иэ быстротвердеющих смесей; позволяет значительно интенсифицировать процесс отверждения

973215 l0 вая при этом неограниченную живу.,честь смеси в замороженном состоянии.

Температура охлаждения смеси, С

Прочность на сжатие в охлажденном состоянии (исходт ная), кгс/см

0,1

0,1

0,02 0,02

90

Не or.- He orHe огра-ничено

Живучесть, мин раничено раничено

86 86

Сыпучесть,Ф

Прочность на сжатие, ъ кгс/см по сле контакта с оснасткой в течение

1,8

0,06 1,6 0,02 1,2 О О, 6 0,12

0,4 2,8 0,2 2,1 0,1 1,6 1,6

1 мин

3,4

5 мин

Формула изобретения

Способ изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых в оснастке, включающий приготовление облицовочной смеси путем перемешивания огнеупорного наполнителя, связующего и отвердителя с одновременным охлаждением ее до температуры, при которой происходит замедление химического взаимодействия связующего и отвердителя, хранение готовой смеси в охлажденном состоянии, формообразование облицовочного слоя путем подачи охлажденной смеси в оснастку и отверждения его путем возЛействия на смесь теплоносителя с последующим введением в оснастку наполнительной смеси, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повы45

55 стержней, так как допускает вводить в смесь высококонцентрированный катализатор (отвердитель), обеспечишения живучести и сыпучести облицовочной смеси, ее охлаждают до температуры (-2) - (-8) С, дополнительно производят размол готовой смеси до зернистости исходного огнеупорного наполнителя, а отверждение облицовочного слоя осуществляют путем воздействия теплоносителя с температурой 20-30 С с последующим введе нием в оснастку наполнительной смеси с температурой 20-30 С.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

l. Жуковский С. С., Лясс А. M.

Формы и стержни из .холоднотвердеющих смесей.M.,"Èàøèèoñòðoåíèå",1978,с.149.

2. Авторское свидетельство СССР

И 428843, кл. В 22 С 9/00, 1971.

3. Заявка Японии У 53-1 13717, кл. 11 А 231, опублик. 1978.

97321;

Составитель C. Тепляков

Редактор К. Волощук Техред А. Ач <орректор М. (оста

Заказ 8579/9 1 ива)я lg чQ Подписное

ВНИИПИ государственнora комитета CCCP по делам изобретений и открытий

11$0$$, Москва, %-3р, Раушская наб., д. / -:

Филиал ППП "Патент", г. Ух.город, ул. Проектна:-:, ч