СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ Российский патент 2007 года по МПК B22C9/04 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии изготовления форм по выплавляемым моделям, и может быть использовано для изготовления оболочковых форм.

Известен способ получения керамических форм [Патент RU №2200643, Способ получения керамических форм при литье по выплавляемым моделям с использованием в качестве связующего жидкого стекла, МПК В 22 С 9/04, В 22 С 1/02, опубл. 03.20.2003 г.]

Недостатками способа являются продолжительное время изготовления, а также более низкое качество поверхности литья, наличие пригара и связанная с ним плохая выбиваемость отливок из форм.

Наиболее близким по сущности заявленного изобретения является способ изготовления форм по выплавляемым моделям [Патент RU №2043825, Способ изготовления форм по выплавляемым моделям, МПК В 22 С 9/04, опубл. 20.09.1995 г.], включающий нанесение на модель лицевого слоя, его подсушку, нанесение последующих внутренних слоев из суспензии с этилсиликатным связующим, их обсыпку и сушку, лицевой слой наносят из суспензии с подкисленным водным растворителем состава, мас.%: вода 15,0-30,0, неорганическая кислота 1,0-3,0, поверхностно-активное вещество анионактивного или неионогенного класса 0,05-0,2, огнеупорный наполнитель остальное, или из суспензии с подкисленным водно-органическим растворителем состава, мас.%: смесь воды и органического растворителя в соотношении 1:1, 3:1, 15,0-30,0, неорганическая кислота 1,0-3,0, огнеупорный наполнитель остальное, подсушку облицовочного слоя осуществляют по крайней мере 5 мин с последующим упрочнением его суспензией из огнеупорного наполнителя и этилсиликатного связующего.

К недостаткам известного способа относятся продолжительность изготовления форм, время для изготовления одного слоя от 1,5 до 2,5 часов, а для изготовления 4-5-слойных оболочковых форм соответственно около 6-12,5 часов, а также плохая выбиваемость литья, связанная с высокой остаточной прочностью, образующейся при обжиге керамики.

Задачей изобретения является сокращение времени изготовления оболочковых форм и улучшение выбиваемости форм.

Для достижения поставленной задачи в предлагаемом способе изготовления форм по выплавляемым моделям, включающем нанесение на модель лицевого слоя суспензии, его подсушку, нанесение последующих внутренних слоев суспензии, их обсыпку и сушку, согласно изобретению лицевой и последующие слои наносят из суспензии состава, мас.%:

Алюмоборфосфат16,0-20,0Вода16,0-20,0Лигносульфонат (ПАВ) не более0,5Магнийсиликатный порошок3,5-5,0Пылевидный огнеупорный наполнительост.,

обсыпку лицевого слоя осуществляют шамотным песком зернистостью не более 0,2 мм, а обсыпку последующих слоев - шамотным песком зернистостью не более 0,4 мм, затем подсушивают каждый слой в течение 30-40 мин, выплавляют модельный состав и подвергают форму высокотемпературной сушке 300-350°С в течение 2-3 часов, в качестве огнеупорного наполнителя для лицевого слоя используют пылевидный шамот или пылевидный электрокорунд.

Отличием заявленного решения от известного является введение в состав суспензии лицевого и последующих слоев, вместо этилсиликатного связующего алюмоборфосфатное связующее (ТУ 113-08-606-83) и магнийсиликатный порошок, которые обеспечивают твердение слоя оболочковой формы в течение 25-30 мин, а также применение высокотемпературной сушки вместо обжига.

В качестве поверхностно-активного вещества был использован ЛСТ лигносульфонат технический (ЛСТ ТУ 13-0281036-029-94).

Применение алюмосодержащих огнеупорных материалов в качестве наполнителей лицевого и последующих слоев обусловлено более высокой химической активностью этих материалов при взаимодействии с алюмоборфосфатным связующим при низких температурах.

Для изготовления лицевого слоя форм используются алюмосодержащие пылевидные наполнители - пылевидный шамот или для более качественного литья - электрокорунд. Повышение качества литья от применения электрокорунда выражается через уменьшение смачивания рабочей части формы металлом, а значит через снижение шероховатости отливки.

Применение в качестве обсыпочного материала шамота также обусловлено его более высоким химическим взаимодействием с фосфатной связкой по сравнению с кварцевым песком.

Применение в качестве обсыпочного материала для лицевого слоя шамота зернистостью не более 0,2 мм позволило получить более качественный лицевой слой, так как более крупные пески при пробивании суспензии увеличивают шероховатость рабочей поверхности форм, а следовательно, и отливок.

Применение шамотного песка для обсыпки последующих слоев крупнее зерна 0,4 мм негативно сказывается на прочности форм, так как снижается удельная поверхность шамота, участвующего в реакции химического взаимодействия с фосфатным связующим.

При применении шамотного наполнителя толщина наносимого слоя увеличивается примерно в 1,5-2 раза, что сокращает количество слоев, а следовательно, и время изготовления форм.

Так как суспензия твердеет при комнатной температуре (возможно ускорение процесса твердения тепловой обработкой форм, температура не выше 50°С), отсутствует необходимость дополнительного химического отверждения слоев как при традиционном изготовлении форм на этилсиликатном связующем (отверждение в парах аммиака) или жидком стекле (отверждение в водном растворе сульфата аммония).

Высокотемпературная сушка (300-350, максимум 500°С) вместо обжига объясняется отсутствием необходимости наличия высоких температур, так как в форме, изготовленной из суспензии на фосфатном связующем при этих температурах, уже практически отсутствует вода, и форма обладает необходимой прочностью. Кроме того, такая сушка не способствует процессу спекания в фосфатной форме, что снижает остаточную прочность и способствует облегченному ее разрушению и выбиванию литья. Высокотемпературная сушка придает фосфатной форме необходимую прочность для получения литья и вместе с тем хорошую выбиваемость, к тому же значительно снижает энергозатраты (в сравнении с обжигом) на проведение обработки формы перед заливкой.

Формы, полученные с применением суспензии на фосфатном связующем, имеют более низкий коэффициент термического расширения в отличие от суспензии на этилсиликатном связующем, где модификационные превращения SiO₂ сопровождаются значительными изменениями объема, а полиморфные превращения AlPO₄ кристаллохимического аналога SiO₂ менее значимы.

Примеры конкретного выполнения способа изготовления форм.

Пример 1. На блок моделей, изготовленный из модельного состава ПС 50-50, наносили лицевой слой из суспензии состава, мас.%: алюмоборфосфат 19,0, вода 19,0, лигносульфонат 0,5, магнийсиликатный порошок 5,0, пылевидный шамот остальное. Обсыпка шамотным песком зернистостью не более 02 мм.

Через 30-40 мин на лицевой слой наносили еще два слоя покрытия из суспензии того же состава, обсыпали его шамотным песком зернистостью не более 04 мм, сушили 30-40 мин, модельный состав выплавляли в печи и подвергали сушке при 350°С в течение 2-3 часов.

Пример 2. На блок моделей наносили лицевой слой из суспензии состава, мас.%: алюмоборфосфат 17,0, вода 17,0, лигносульфонат 0,5, магнийсиликатный порошок 5,0, пылевидный электрокорунд остальное. Обсыпка шамотным песком зернистостью 02, сушка 30-40 мин.

Далее наносили два слоя аналогично примеру 2.

После выплавления модельного состава и сушки образцы форм подвергли испытаниям на определение предела прочности при статическом изгибе по методике ГОСТ 4648-71. Результаты прочностных испытаний и время их изготовления приведены в таблице 1.

Время изготовления формы и подготовки ее под заливку составляет около 4 часов. Остаточная прочность полученных форм ниже прототипа, что значительно облегчит выбивание литья из форм. Таким образом, применение предлагаемого способа изготовления форм по выплавляемым моделям позволит провести более мягкий режим обработки формы, что облегчит выбиваемость форм и сократит время технологического цикла от изготовления литейных форм до получения в ней отливки до одного рабочего дня.

Таблица 1Примерпрототип12Время изготовления формы7 ч 40 мин2 ч2 чОстаточная прочность (выбиваемость), кгс/см²,5135,132Температура тепловой обработки форм, °С800-900300-350300-350Время обработки, ч522Время от начала изготовления формы до заливки12 ч 40 мин4 ч4 ч

Изобретение может быть использовано для изготовления оболочковых форм при литье по выплавляемым моделям. Способ включает нанесение на модель лицевого слоя суспензии, его подсушку, нанесение последующих внутренних слоев суспензии, их обсыпку и сушку. Лицевой и последующие слои наносят из суспензии, имеющей следующий состав, мас.%: алюмоборфосфат 16,0-20,0; вода 16,0-20,0; лигносульфонат (ПАВ) не более 0,5; магнийсиликатный порошок 3,5-5,0; пылевидный огнеупорный наполнитель - остальное. Обсыпку лицевого слоя осуществляют шамотным песком зернистостью не более 0,2 мм, а обсыпку последующих слоев - шамотным песком зернистостью не более 0,4 мм. Каждый слой подсушивают в течение 30-40 мин, выплавляют модельный состав и подвергают форму высокотемпературной сушке при 300-350°С в течение 2-3 часов. В качестве огнеупорного наполнителя для лицевого слоя используют пылевидный шамот или пылевидный электрокорунд. Изобретение обеспечивает увеличение скорости изготовления формы и улучшение выбиваемости формы. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления форм по выплавляемым моделям, включающий нанесение на модель лицевого слоя суспензии, его подсушку, нанесение последующих внутренних слоев суспензии, их обсыпку и сушку, отличающийся тем, что лицевой и последующие слои наносят из суспензии состава, мас.%:

Алюмоборфосфат16,0-20,0Вода16,0-20,0Лигносульфонат (ПАВ)Не более 0,5Магнийсиликатный порошок3,5-5,0Пылевидный огнеупорный наполнительОстальное

обсыпку лицевого слоя осуществляют шамотным песком зернистостью не более 0,2 мм, а обсыпку последующих слоев - шамотным песком зернистостью не более 0,4 мм, затем подсушивают каждый слой в течение 30-40 мин, выплавляют модельный состав и подвергают форму высокотемпературной сушке 300-350°С в течение 2-3 ч.