СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ ИЛИ ФОРМ ИЗ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B22C9/10 B22C9/12 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам изготовления стержней и форм из жидкостекольных смесей.

Известен способ изготовления стержней и форм из жидкостекольных смесей с продувкой их углекислым газом по авт. св. СССР N 114581, B 22 C 5/01, 1957 г. По данному способу через отверстия- инъекторы в оснастку, заполненную песком, подают сначала связующее жидкое стекло, а затем через эти же инъекторы продувают углекислый газ. Указанный порядок и направление подачи углекислого газа в оснастку приводит к последовательному упрочнению стержня (формы) в направлении от его рабочей поверхности (определяемой на момент заливки формы металлом) к центральным частям. При этом под действием давления продуваемого углекислого газа в стержне происходит миграция жидкого стекла от его рабочей поверхности к внутренним частям. Поэтому поверхностный слой стержней обедняется связующим материалом и пересыщается отвердителем углекислым газом ("передув" поверхности).

В результате этого распределение прочности по толщине стержня оказывается неблагоприятным для его служебных свойств, а именно рабочая поверхность стержней приобретает пониженную прочность и повышенную осыпаемость в сравнении с внутренними частями, что приводит к засорам в отливках и повышенному пригару на их поверхности.

Наиболее близким к предложенному является способ по авт. св. N 1447533, B 22 C 9/12, 1988, по которому после заполнения стержневого ящика смесью и ее уплотнения подвод углекислого газа проводят через каналы в стержне в направлении от нерабочей части стержня к его рабочей поверхности до появления углекислого газа в газоотводных вентах оснастки. Затем венты закрывают и в оснастке создают углекислым газом избыточное давление до полного отверждения смеси.

Данный способ имеет следующие недостатки: при закрытии вент скорость отверждения жидкого стекла замедляется, т.к. она при этом зависит не от давления газа, а от скорости его диффузии на границе раздела связующее-газ. Поэтому длительность обработки стержня углекислым газом возрастает.

Задачей изобретения является повышение прочности рабочей поверхности стержней (форм), снижение ее осыпаемости, сокращение продолжительности изготовления стержней, улучшение их выбиваемости и качестве отливок по засорам и пригару.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления стержней (форм) из жидкостекольных смесей, включающем заполнение стержневой (опочной) оснастки смесью, ее уплотнение и обработку (продувку) углекислым газом в направлении от нерабочей части стержня (формы) к рабочей поверхности, согласно изобретению перед заполнением смесью оснастку предварительно нагревают до 150-350^oC, a пocлe уплотнения смеси ее выдерживают в контакте с нагретой оснасткой до момента теплового упрочнения поверхностного слоя стержня (формы) на толщину от 3 до 25 мм в зависимости от его массы.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Тепловое отверждение жидкостекольной смеси в контакте с предварительно нагретой оснасткой проводится до момента упрочнения поверхностного рабочего слоя стержня на величину лишь от 3 до 25 мм в зависимости от массы формируемого стержня, а затем осуществляется обработка (продувка) остальной части стержня углекислым газом в направлении от нерабочей части (формы) к рабочей поверхности. При этом за счет краткосрочного периода теплового воздействия от нагретой оснастки поверхностный слой стержня приобретает высокую прочность и низкую осыпаемость, а последующая обработка оставшейся неупрочненной части стержня углекислым газом способствует быстрому завершению его полного упрочнения. При этом продувка углекислого газа в направлении к рабочей поверхности стержня способствует миграции связующего из внутренних нерабочих частей к рабочей поверхности и еще более укрепляет эту рабочую поверхность. Поэтому создается более благоприятное распределение прочности по толщине стержня: высокая у его рабочей поверхности и сравнительно низкая в центре. Поэтому повышается сопротивление поверхности стержня эррозионному воздействию заливаемого металла и улучшается выбиваемость смеси из готовой отливки, т. к. обедненные связующим центральные части спекаются при нагреве в отливке.

Предлагаемым способом целесообразно изготавливать стержни массой от 0,5 до 100 кг. При этом толщина поверхностного слоя теплового упрочнения должна быть в пределах от 3 до 25 мм. При толщине слоя теплового упрочнения менее 3 мм возникает опасность повышения осыпаемости поверхности стержней за счет отслоения скрепленных песчаных агрегатов и отдельных зерен наполнителя. При толщине слоя теплового упрочнения более 25 мм общая прочность стержней возрастает, однако при этом чрезмерно увеличивается время периода теплового упрочнения и энергетические затраты, что экономически не выгодно.

При увеличении поверхностного слоя стержней тепловым упрочнением от 3 до 25 мм длительность периода теплового упрочнения возрастает соответственно с 55 до 480^oC в зависимости от температуры предварительного нагрева оснастки. Пределы температур нагрева оснастки 150-350^oC выбраны из сопоставления энергозатрат и целесообразной длительности периода теплового упрочнения во временном цикле изготовления стержней. При нагреве оснастки до температур менее 150^oC длительность цикла изготовления стержней чрезмерно возрастает. При нагреве оснастки до температур выше 350^oC чрезмерно возрастают энергозатраты на изготовление стержней и опасность пережога их поверхностного слоя, вызывающего повышение осыпаемости.

На фиг. 1 представлены графики продолжительности периода теплового упрочнения стержней в зависимости от температуры нагрева оснастки при разной требуемой толщине слоя теплового упрочнения 3, 10, 15 и 25 мм. Данные графики получены при одностороннем нагреве для состава смеси, содержащей кварцевый песок марки 2КО315 (ГОСТ 2138-84), 6 мас. жидкого стекла с плотностью 1480 кг/мм³ и модулем 2,87 ед. (ГОСТ 13078-81). Как видно из фиг. 1 для получения стержня с тонким слоем теплового упрочнения (3 мм) минимальная температура нагрева оснастки гарантированно должна составлять 150^oC и время периода теплового упрочнения 55-60 с. Для получения стержня с более толстым слоем теплового упрочнения (для стержней с большой массой) необходимо либо увеличить температуру нагрева оснастки, либо продолжительность теплового упрочнения. Максимальная температура нагрева оснастки составляет 350^oC для стержней с массой около 100 кг и толщиной слоя теплового упрочнения 25 мм при минимальной продолжительности теплового упрочнения. С уменьшением температуры нагрева оснастки продолжительность периода теплового упрочнения увеличивается согласно графикам фиг. 1.

При использовании в составе применяемой жидкостекольной смеси кварцевого песка с меньшей крупностью продолжительность периода теплового упрочнения возрастает примерно на 5% при переходе на одну нижнюю группу песка от 2КО315 до 2КО20 и 2КО16 (ГОСТ 2139-84).

При увеличении содержания жидкого стекла на 1 мас. (от 6 мас.) продолжительность периода теплового упрочнения сокращается, однако при этом возрастает опасность осыпаемости стержней.

Рекомендуемые зерновые группы наполнителя смесей 0315, 020 и 016. Рекомендуемое содержание жидкого стекла в смесях от 3,5 до 7,5 мас.

На фиг. 2 представлены графики осыпаемости стержней (полученные по ГОСТ 23409.9-88) в зависимости от температуры нагрева оснастки при разном содержании жидкого стекла в смесях и при прочих равных условиях. Как видно из графиков фиг. 2 при нагреве оснастки до температур выше 350^oC осыпаемость стержней увеличивается независимо от содержания жидкого стекла. Поэтому при реализации способа оснастку целесообразно нагревать до температуры не выше 350^oC.

Предложенный способ применим для изготовления стержней и форм из жидкостекольных смесей для стального, чугунного и цветного литья. При этом используют широко применяемую нагреваемую оснастку с электрическими нагревателями (тэнами) или с газовым нагревом. В нагреваемой оснастке предусматривается использование толкателей для извлечения готовых стержней.

Для изготовления форм также используют нагреваемую модель для реализации периода теплового упрочнения.

Обработку углекислым газом на втором этапе упрочнения осуществляют любым известным способом по трубопроводам через каналы (наколы), выполненные в стержне или форме под зонтом или в газовой камере. Продолжительность периода обработки стержней углекислым газом определяют по объему остающейся части смеси после завершения периода теплового упрочнения.

Предложенным способом можно изготавливать стержни (формы) разной сложности, но предпочтительно объемные с высокими требованиями к качеству их поверхности и улучшенной выбиваемостью.

Использование: в литейном производстве, в изготовлении литейных стержней и форм из жидкостекольных смесей. Сущность изобретения: в способе, включающем заполнение стержневой оснастки смесью, ее уплотнение и обработку (продувку) углекислым газом в направлении от нерабочей части к рабочей поверхности, согласно изобретению перед заполнением смесью оснастку предварительно нагревают до температуры от 150 до 350^oC, а после уплотнения смеси ее выдерживают в контакте с нагретой оснасткой до момента теплового упрочнения поверхностного слоя стержня (формы) на толщину от 3 до 25 мм в зависимости от его массы. 2 ил.

Способ изготовления литейных стержней или форм из жидкостекольных смесей, включающий заполнение стержневой или опочной оснастки смесью, ее уплотнение и продувку углекислым газом в направлении от нерабочей части стержня или формы к рабочей поверхности, отличающийся тем, что перед заполнением смесью оснастку предварительно нагревают до 150 350^oС, а после уплотнения смеси перед продувкой ее выдерживают в контакте с нагретой оснасткой до момента теплового упрочнения поверхностного слоя стержня или формы на толщину 3 25 мм в зависимости от его массы.