Смесь для изготовления водорастворимых стержней и моделей Советский патент 1984 года по МПК B22C7/02 

сл

ч

Изобретение относится к литейному производству, в частности к смесям, используемш-л для изготовления стержней и моделей.

Основой в водорастворимых композициях является техническая моч-евииа, и они содержат в качестве технологических добавок различные органические и неорганические вещества: сульфат аммония, поливиниловый спирт и салициловую кислоту 13 г хлористый натрий и полистирол 2J , смесь сульфата магния и натриевой

Однако, данные композиции имеют невысокие показатели пластических свойств (хрупкость не выше 10-12 см) высокую влагопоглощаемость (не менее 5 мас.%), -избыточную .насыш,енность газовыми включениями и невысокую чистоту поверхности готовых стержней и моделей, высокую температуру заливки (не менее 130°С) и малый интервал заливки (не более 1015°С), Это не позволяет использовать данные композиции при изготовлении сложных по конфигурации изделий: с тонкими стенками, с отверстиями, с большим перепадом толщин, ребрами и т.д.

Известна водорастворимая смесь с кремнеорганической гидрофобной жидкостью 4, и пентаэритритом Б.

Эти смеси используются для изготовления стержней и моделей методом прессования при 140-130°С на прессующих устройствах. Поливиниловый спирт вводится в порошкообразном ,виде в качестве наполнителя, таккак он практически не растворяется ни в мочевине, ни в одном из ингредиентов смеси.

Введение поливинилового спирта в порошке приводит к получению неоднородной композиции со взвешенными частицами поливинилового спирта в ней, а введение водного раствора поливинилового спирта усложняет технологический процесс заливки расплавленной композиции, так как наличие дополнительной воды приводит к выплескам композиции, появлению трещин после кристаллизации, газовых раковин и пористости.

Наиболее близкой к предлагаемой является смесь, включающая в качестве основы мочевину техническую и поливиниловый спирт в количестве 15 мас.% и воду в количестве 2 20 мас.% б.

Однако известный состав имеет высокую хрупкость (10-12 см, в условных единицах), что влечет за собой большой -технологический отход стержней по трещинам, сколам и зна: чительную влагопоглощаемость (4,3 мас.% по привесу),невысокую прочность на изгиб - 70,5 кг/см высокую твердость 4,14 кг/см,чхо в

сочетании с высокой хрупкостью говорит о недостаточной пластичности композиции.

Недостатком композиции является также узкий интервал температур заливки композиции (120-130 С) , что усложняет технологический процесс изготовления изделий.

Цель изобретения - улучшение качества стержней и моделей путем повьшения прочности, снижения хрупкости и гигроскопичности, расширения температурного интервала заливки и получения мелкозернистой структуры.

Поставленная цель достигается тем, что смесь для изготовления водорастворимых стержней и моделей, включающая техническую мочевину и технологическую добавку, в качестве технологической добавки содержит 12%-ный раствор поливинилового спирта в глицерине при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Техническая мочевина 90,0-98,0

1-2%-ный раствор поливинилового спирта в

глицерине2,0-10,0

Предлагаемую смесь изготавливают следующим образом.

Пример, Поливиниловый спир в количестве 50 г загружают в стеклянную колбу из термостойкого стекла и заливают 0,5 л глицерина. После тщательного перемешивания содержимое колбы нагревают на электроплите до 110±20 С и поддерживают эту температуру, периодически перемешивают композицию до полного растворения поливинилового спирта и получения одного вязкого раствора. Полученный раствор сразу же готов к применению.

Для приготовления композиции берут 980 г технической мочевины, предварительно просушенной в течение 5-6 ч в сушильном шкафу при 95+ 10°С и загружают ее в лабораторный термостат. Постепенно повышают температуру до полного расплавления мочевины (Т пл 126°С) , но не перегревают выше 130+5 С. После этого вводят приготовленный связующий раствор и перемешивают композицию в течение 1-2 мин. Для заливки изделий и образцов охлаждают композицию до 115+5°С и заливают ее в специальные формы. Для определения физико-механических и технологических свойств заливают образцы различных размеров: на прочность на изгиб (размер образца 10-15-100 мм), на твердость ( 0 5 мм, 1-12 мм) , на хрупкость ( 0 6 мм, t 60 мм). Для оценки влагепоглощаемости и скорости растворения готовят образцы сечением 30-20 мм и длиной 200 мм со средним весом 100 г. Испытания на прочность на разрыной машине РМУ-0-0,05-001М проводят по стандартным методикам, испытания на твердость на твердомере Мелентьева при постоянной нагрузке 5 кг. Хрупкость проверяют в специальном приспособлении по методике чешского стандарта. Испытания состоят в том, что определяют высоту, с которой образец (часть блока) может упасть свободно без разрушений, трещин, сколов, Влагопоглощаемость проверяют путем сравнительнсэго взвешивания образцов композиции через 30 мин и 24 ч после выдержки их в эксикаторе с известной влажностью. Скорость растворения проверяют по времени растворения образцов с известной массой в ванне с водой ( Т,воды 25±5°С), Результаты испытаний приведены в таблице.

Примеры 2-3, Опыты проводят аналогично примеру 1/ но варьируют количество связующего. Для примера 2 температура заливки ИО+10°С, для примера 3 - 90±10 С, Результаты опытов приведены в таблице.

Пример 4.(контрольный).Опыт проводят аналогично примеру 1, варьируют количество связующего, но в более широких пределах, для установления оптимальных границ ингредиентов ,

П р и м е р 5,(контрольный). Опыт установления положительного эффекта введения органического водорастворимого связующего 1-2%-ного раствора поливинилового спирта в глицерине проводят контрольный опыт с технической мочевиной. Для этого расплавляют мочевину в термостате аналогично примеру 1 и разливают ее в формы при ГЗО+Ю С, Результаты контрольных опытов приведены в таблице.

Примере (по прототипу). Опыт проводят аналогично примеру 1, но используют в качестве связующего водный раствор поливинилового спирта 20%-ной концентрации,Кроме того, вводят хлористый кальций и из полученной кс 1позиции готовят образцы. Составы смесей и результаты испытаний приведены в таблице.

о ш о що

(U « 40

я

г

м +

« о г о р«

in

1Л

л о

Ч О

м

о о

0

со г

л о

м

(М

rf 1Л

СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ СТЕРЖНЕЙ И МОДЕЛЕЙ,включающая техническую мочевину и технологическую добавку, отличающая с я тем, что, с целью улучшения качества стержней и моделей путем повьаиения прочности, снижения хрупкости и гигроскопичности, расширения температурного интервала заливки и получения мелкозернистой структуры, смесь в качестве технологической добавки содержит 1-2%-ный раствор поливинилового спирта в глицерине при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Техническая мочевина 90-98 1-2%-ный раствор поливинилового спирта в глицерине2,0-10,0

(Ч

о

гм

п

л р

1Л со

и м

ш (

о

о in

U1

.н

|-«

I

1Л

о о«

I-00

о

|ъ

ъ О1

ег VO

ч

О)

о

о

о

о

00

(Я

I I

e a

A S к л

.

н s о ю

&агв ЕШ

:Н

sga

и S о Ш R

э§ .я

ахово

Н 0) ф « л

и ч X ж 4

-ч о о

о о

г

(О

«.ш о о

- г «

I

ГЧ 1Л

VO 00

о о

Ib

о о

+1

о

« Jt 00 Id

1Л1

о

о

tM

о о а

« к ш ш «

Как видно из таблицы, повышение прочности на изгиб, уменьшение хрупкости и твердости может быть достигнуто использованием композиции на основе мочевины с введением 2 10 мас,% технологической добавки 12%-ного раствора поливинилового спирта в глицерине (примеры 1-3). При этом очевидна тенденция снижения прочности на изгиб по мере увеличения количества связующего и уменьшения твердости кo moзиции. Так в примере 4 при увеличении связующего в два раза по отношению к примеру 3 резко снижается прочность уменьшается твердость, но повышается влагопоглощаемость и снижается скорость растворения. Положительным фактором в данном составе является достаточно широкий интервал температур заливки композиции, причем в интервале температур 75-95°С возможен переход из жидкого в пастообразное состояние, т„е. возможно изготовление изделий также методом прессования . Использование раствора поливинилового спирта в глицерине заметно влияет на пластические свойства композиции. Так с увеличением связующего до 10 мас.% позволяет значительно уменьшить хрупкость композиции (пример 3), но введение его в больших пределах-приводит к резкому повышению хрупкости в результате изменения структурных связей в затвердевшей композиции. Отсутствие связи в композиции приводит не только к повЕлшению хрупкости композиции но и к уменьшению температурного интервала заливки до 120-140°С, что приводит к образованию дендритной структуры затвердевшей композиции, ухудшению качества поверхности, а также к значительной влагопоглощаемости изделий (пример 5). Скорость растворения при введении добавки связующего в пределах 2-10 мас.% значительно не меняется. Она неудовлетворительна только при введении большего количества связующего,т.е. свыше 10 мас.% (пример 4).

Предлагаемая водорастворимая смесь позволяет получать разнообразные сложные по конфигурации стержни и модели для литья по выплавляемым моделям. Стержни и модели из этой смеси имеют высокую прочность и твердость, обладают достаточной скоростью растворения, пониженной хруп5 костью, характеризуются однородной мелкозернистой структурой и невысокой влагопоглощаемостью. Кроме того, упрощен технологический процесс их изготовления, уменьшено количество компонентов композиции, увеличен срок хранения готовых изделий. Благодаря возможности заливки стержней и моделей при более низких температурах (90-120°С) получайт не только

5 более качественные изделия, но и значительно снижена токсичность композиции и обеспечена безопасность технологического процесса.

Реализация изобретения позволяет получить более качественную водорастворимую -композицию с высокими физико-механическими и технологическими свойствами путем исключения из композиций свободной воды для изготовления стержней и моделей в ряде

5 отраслей промышленности, снизить трудоемкость изготовления деталей литьем по выплавляемым моделям по сравнению с механообработкой в среднем на 20 н/ч на каждой детали, уве0 личить срок хранения (формоустойчивость) стержней и моделей с 1 до 10 дней.