СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ Российский патент 2007 года по МПК B22C9/00 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении оболочковых стержней и форм, твердеющих в нагретой оснастке.

Известен способ изготовления оболочковых стержней и форм, включающий предварительное приготовление сухой плакированной смеси, подачу ее в нагретую оснастку, формирование и твердение оболочки, удаление стержня или формы из оснастки (Н.А.Соколов. Литье в оболочковые формы. - М.: Машиностроение. - 1969 г. С.184).

Недостаток способа - разброс сухой плакированной смеси как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях при заполнении оснастки в случае применения наиболее распространенного и простого метода получения стержней и форм, а именно пескодувного метода с открытой системой надува. Для реализации способа требуются защитные кожухи или специальные надувные устройства, усложняющие конструкцию оборудования.

Известен способ холодного плакирования, при котором в смесь вводят 0,3-0,4 мас.% увлажнителя (керосина, машинного масла, парафина, жидкого бакелита, фурфурола, эфироальдегидной фракции, спирта). (Н.Д.Орлов, В.М.Чурсин. Справочник литейщика. - М.: Машиностроение. - 1971 г. С.237). Однако увлажнитель не может устранить разброс смеси при открытом надуве, поскольку его удаляют продувкой воздухом перед подачей в оснастку (сушат плакированную смесь). Высушенные плакированные смеси склонны к слеживанию, живучесть их ограничена. Поэтому холодное плакирование повсеместно заменено горячим.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления оболочковых стержней и форм, включающий приготовление сухой плакированной смеси, подачу в нагретую оснастку, отверждение смеси и извлечение стержней и форм из оснастки (SU №1708490, В22С 5/04). Для улучшения физико-химических свойств отвержденной смеси сухую плакированную смесь перед подачей в нагретую оснастку увлажняют водой до влажности 0,5-1,5%. По результатам испытаний прочность плакированной смеси при увлажнении водой повышается как в горячем, так и в холодном состояниях. Однако повышение прочности увлажненной смеси на 40% не позволит снизить расход смолы в 1,5-2 раза без ущерба качеству стержней и отливок. Увлажнение плакированной смеси водой снижает скорость ее отверждения, приводит к увеличению продолжительности выдержки стержней и форм в нагретой оснастке до приобретения ими необходимой манипуляторной прочности. Снижение скорости отверждения приводит к размягчению поверхностных слоев форм и стержней и сползанию их с вертикальных стенок оснастки, что вызывает брак по отслоению.

В основу изобретения положена техническая задача, которая заключается в устранении разброса сухой плакированной смеси при изготовлении форм и стержней, повышении скорости отверждения путем достижения необходимой «манипуляторной прочности» в кратчайший промежуток времени и исключении брака по отслоению с сохранением конечной прочности форм и стержней.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления оболочковых стержней и форм, включающем приготовление сухой плакированной смеси, увлажнение ее перед подачей в нагретую оснастку, отверждение в оснастке, удаление стержней и форм из оснастки, согласно изобретению сухую плакированную смесь увлажняют низкокипящим нефтяным растворителем (нефрасом) в количестве 0,07-0,09 мас.%.

Нефтяной растворитель (нефрас) обеспечивает гладкую и ровную поверхность стержней и форм, в то время как при увлажнении водой поверхность стержней и форм волнистая и шероховатая. Это объясняется тем, что вода, испаряясь при постоянной температуре, создает эффект кипения у стенок оснастки, в результате чего поверхность форм и стержней разрыхляется, появляется повышенная шероховатость отливок. Нефтяной растворитель (нефрас) испаряется в интервале температур, постепенно и эффекта кипения у поверхности оснастки не вызывает. Поэтому поверхность стержней и форм гладкая. Количество предлагаемого увлажнителя в смеси значительно меньше, чем воды, что увеличивает скорость отверждения стержней и форм и полностью исключает брак по отслоению.

Способ осуществляют следующим образом. Сухую плакированную смесь подают в бункер над смесителями стержневых автоматов, например автоматов модели 4701 Павлоградского завода «ЛИТМАШ», либо автоматов модели КСВЕ 12 предприятия ГИЗАГ (Германия).

В смесителях в сухую смесь вводят 0,07-0,09 мас.% нефраса, перемешивают в течение 30-60 секунд, подают в бункер стержневой машины и вдувают смесь в нагретую оснастку.

Эффективность предложенного решения подтверждают примеры конкретного выполнения. При испытаниях использовали смесь горячего плакирования следующего состава (мас.%):

Песок кварцевый марки 1 К 0202 ГОСТ 2138-9196,0Новолачная фенолоформальдегидная смола марки СФ-0153,5Водный 33-процентный раствор уротропина0,35Стеарат кальция0,15

В лабораторные бегуны модели 017 Усманского завода литейного оборудования загружали сухую плакированную смесь, вводили в смесь нефрас марки С-50/170 ГОСТ 26377-84, перемешивали в течение 60 секунд. Установлено, что для увлажнения необходимо применять нефрасы бензиновой фракции с температурой выкипания продукта не более 200 градусов Цельсия. Высококипящие фракции применять нецелесообразно, так как они уменьшают скорость отверждения форм и стержней и требуют повышенной концентрации в смеси.

Оптимальную продолжительность перемешивания смеси с нефрасом определяли визуально по достижению равномерного распределения увлажнителя.

Из увлажненной смеси изготавливали образцы - «восьмерки» толщиной 12,5 мм на лабораторной установке модели 4735 конструкции БЕЛНИИЛИТ, продолжительность отверждения образцов в оснастке изменяли от 30 до 60 секунд с целью определения оптимальной манипуляторной прочности. Температура оснастки оставалась постоянной и составляла 270 градусов Цельсия.

Определяли величину предела прочности при растяжении в горячем состоянии (через 8 секунд после удаления образцов из оснастки) и конечную прочность образцов, охлажденных после удаления из оснастки до комнатной температуры. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица№Увлажнитель, его содержание, мас.%Предел прочности образцов при растяжении, МПа после вдержки в оснастке при 270° С, в течение, секГорячее состояниеХолодное состояние30456090901Без увлажнителянет0,120,60,92,32Вода - 1,0нет0,150,30,952,23Нефрас - 0,050,10,50,81,42,34Нефрас - 0,070,350,71,01,82,375Нефрас - 0,090,370,791,111,872,456Нефрас - 0,10,30,680,91,792,43

Исходя из рекомендаций о том, что «горячая», или манипуляторная прочность, необходимая для извлечения стержня или формы из оснастки без деформации, должна быть не менее 0,2 МПа (Справочник «Формовочные материалы и технология литейной формы» под общей редакцией С.С.Жуковского. 1993 г. - с.120), наиболее предпочтительными являются варианты, предусматривающие увлажнение плакированной смеси нефрасом в количестве 0,07-0,09 мас.%, поскольку в указанных вариантах манипуляторная прочность достигается через 30 секунд выдержки образцов в оснастке (строки 4 и 5 таблицы). При увлажнении нефрасом в количестве, меньшем чем 0,07% и большем чем 0,09%, манипуляторная прочность образцов снижается. Конечная прочность образцов с нефрасом выше, чем конечная прочность образцов, увлажненных водой (графа 6 таблицы). Поверхность образцов, изготовленных из смеси, увлажненной водой, в результате ее интенсивного кипения волнистая и шероховатая. В образцах и стержнях, изготовленных из смеси, увлажненной нефрасом, поверхность гладкая и ровная, т.к. нефрас испаряется постепенно, а количество увлажняющей жидкости значительно меньше, чем воды.

Таким образом, предложенный способ полностью устраняет разброс смеси за пределы рабочего места, обеспечивает получение плотных, однородных оболочковых стержней и форм без поверхностных дефектов. Стержни отверждают в оснастке за сравнительно короткий промежуток времени. Способ полностью устраняет брак стержней и форм по отслоению оболочек, улучшается чистота поверхности отливок.

Изобретение может быть использовано при изготовлении оболочковых стержней и форм по нагреваемой оснастке. В смеситель для увлажнения сухой плакированной смеси добавляют низкокипящий нефтяной растворитель (нефрас) в количестве 0,07-0,09 мас.%. Готовую смесь подают в нагретую оснастку, отверждают в оснастке и удаляют готовые стержни и формы из оснастки. Обеспечивается устранение разброса сухой плакированной смеси при изготовлении форм и стержней, повышение скорости отверждения и исключение брака форм и стержней. 1 табл.

Способ изготовления оболочковых стержней и форм, включающий приготовление сухой плакированной смеси, увлажнение ее перед подачей в нагретую оснастку, отверждение в оснастке, удаление стержней и форм из оснастки, отличающийся тем, что сухую плакированную смесь увлажняют низкокипящим нефтяным растворителем в количестве 0,07 - 0,09 мас.%.