Способ изготовления литейных стержней и форм по холодной оснастке Советский патент 1993 года по МПК B22C9/00 B22C9/12 

| Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано : при изготовлении стержней и форм по хо- лo ной оснастке преимущественно для пол- учения художественных и других тонкостенных стливок со сложными внут- реь ними полостями.

Целью изобретения является уменьшение массы и снижение трудоемкости получения отливок за счет повышения точности разиеров, воспроизводимости конфигура- ЦИУ и стабильности процесса изготовления

стержней и форм, обеспечения легкого их удаления из отливок.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления,литейных стержней и форм по холодной оснастке, включающем засыпку смеси, ее уплотнение и формирование стержня или формы путем гелеобразования связующего под воздействием отвердителя с последующей их пропиткой и сушкой, засыпку оснастки производят только зернистым сыпучим наполнителем смеси, предварительно плакированным отвердителем связующего, а само связуюоо

СА) 00 О КЗ

о

со

щее вводят в уплотненный наполнитель, находящийся в оснастке, посредством ег.о пропитки.

Цель изобретения достигается также тем, что в предлагаемом способе при изготовлении особо сложных по конфигурации и массивных стержней и форм пропитку уплотненного плакированного наполнителя смеси производят подачей в оснастку связующего под давлением 0,03-0,5 МПа.

Отличительными существенными признаками предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются засыпка оснастки только наполнителем смеси, не содержащей связующего; предварительное плакирование зернистого наполнителя смеси -отвердителем ее Связующего; перевод отвердителя из жидкого состояния в твердое добавкой в него катализатора коагуляции; уплотнение плакированного наполнителя до введения связующего смеси; введение связующего в уплотненный плакированный наполнитель путем его пропитки в оснастке; осуществление пропитки уплотненного плакированного наполнителя посредством подачи связующего под давлением 0,03 и 0,5 МПа.

Существенные отличия изобретения по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями состоят в следующем.

Засыпаемая смесь не содержит жидкое связующее и имеет минимальную влажность (не более 1,5%), что обеспечивает ее высокие сыпучесть и формуемость. Это позволяет осуществлять качественную засыпку и уплотнение смеси в объемнозамкнутых ящиках с проволочными каркасами-знаками с помощью вибрации. При этом достигается равномерное заполнение и уплотнение смеси по всему объему оснастки, включая различные карманы и выемки, выполняемые с помощью отъемных частей. Обеспечи- вая высокую формуемость смеси , заявляемый способ позволяет при сохранении минимальной ее усадки существенно повысить точность размеров и воспроизводимость конфигурации особо сложных стержней и форм при последующей пропитке связующим. Повышение точности стержней, в свою очередь, позволяет уменьшить массу изготовляемых отливок, снизить до минимума толщину их стенок, и, как следствие, повысить качество поверхности отливок. Предварительное плакирование зернистого наполнителя отвердителем связующего, переходящим через заданное время из жидкого в твердое состояние добавкой коагулянта, обеспечивает, с одной стороны, качественное их перемешивание и

равномерное распределение жидкого отвердителя на зернах песка, а с другой стороны, образование .после перемешивания твердой плакирующей пленки отвердителя,

прочно удерживающейся на этих зернах. Огеливание отвердителя связующего, определяемое свойствами и количеством вводимого катализатора коагуляции, позволяет сохранить минимальную влажность, высокие сыпучесть и формуемость смеси. Отдельное введение наполнителя и связующего смеси в оснастку без их предварительного смешивания исключает опасность преждевременного отверждения

стержней до завершения операций засыпки и уплотнения, что делает процесс более гибким и технологичным, не требующим строгого контроля и регулирования времени приготовления смеси и ее отверждения при

формообразовании в оснастке. Способ обеспечивает неограниченное увеличение срока хранения засыпаемой смеси, устраняет опасность ее слеживания и комкования, сохраняет постоянной в процессе изготовления стержней живучесть связующего. Все это делает процесс более стабильным и легкоуправляемым. Введение связующего путем пропитки плакированного наполнителя позволяет, в первую очередь, произвести

отверждение поверхностного, рабочего слоя стержней, глубину которого можно регулировать временем пропитки и давлением, при котором подается связующее. Внутренняя часть стержня может быть не

пропитана связующим, что обеспечивает

беспрепятственное ее удаление из отливок.

Пропитанная часть стержней после отверж. дения связующего имеет высокую манипуляторную прочность (Ораст 0,4 - 0,5 МПа),

сразу после выемки из оснастки, однако при последующей естественной сушке стержней происходит ее разупрочнение до значений Ораст 0,15-0,2 МПа (после сушки на воздухе 3 ч). Таким образом, пропитанная

часть стержня, не подвергшаяся дополнительному упрочнению, будет также легко удаляться из отливок, снижая трудоемкость , их выбивки.

Формирование стержней путем пропитки плакированного отвердителем наполнителя обеспечивает стабильность и равномерность структурообразования связующего вследствие равномерного распределения его по всему объему смеси.

Пропитка уплотненного наполнителя путем связующего под давлением 0,03-0,5 МПа позволяет изготовлять особо сложные по конфигурации и массивные стержни и формы, поскольку в этом случае достигается болени

интенсивное и качественное заполне- межзеренных пор смеси на значительной, в том числе труднодоступной, их

об

земной части. Охватывая большие, чем

npi обычном давлении, площадь поверхно- CTI i и внутренний объем стержней, пропитка по ц давлением позволяет уменьшить количество отверстий в стенке оснастки, через ко -орые проводится пропитка связующим. неполной пропитке обеспечивается сн чжение расхода связующего в смеси.

Сущность заявляемого способа заклю- .ча тся в следующем.

Зернистый наполнитель смеси, например кварцевый песок 2КО315, в бегунах или ло четном смесителе смешивают с жидким от ердителем связующего, в который введена коагулирующая его добавка катализатора. Количество вводимого Жидкого от юрдителя определяется требуемым временем пропитки наполнителя в оснастке и re/ еобразования связующего, обеспечива- кп (им качественное формирование стержня

Количество добавляемого в жидкий от- ве дитель катализатора коагуляции опреде- лявтся свойствами его материала и вр $менем, достаточным для качественного пе емешивания наполнителя с жидким от- ве дителем, а также для образования равно иерной и твердой плакирующей пленки от (ердителя,

При перемешивании жидкий отверди- те/ ь с добавкой коагулянта плакирует зерна на юлнителя с образованием тонкой толщи- но, до 0,15 мм, сплошной пленки, которая че ез заданное время вследствие коагуля- ци 1 отвердителя переходит из жидкого в

ТВ

3TV

г/г

мерное и равномерное в смеси огеливание

рдое состояние, прочно удерживаясь на х зернах. При достижении времени коа- яции отвердителя происходит одновреот

ердителя, признаком которого является

пр юбретение смесью хорошей сыпучести.

Для удаления излишков влаги и более по жого отверждения плакирующей пленки на юлнитель подвергают естественной, в те ение 12-24 ч, или ускоренной сушке при 60 -80°С в течение 2-3 ч.

Подготовленный указанным путем пла- ки юванный наполнитель через одно или не- ск лько небольших, диаметром 10-15 мм, ел ерстий, выполненных в стенке оснастки в м естах верхнего расположения их рабочей по юсти, порциями или непрерывно засыпают в оснастку. Качественное воспроизведе- ние конфигурации и равномерность уплотнения смеси в оснастке достигают применением вибрации с амплитудой коле- 6ai 1ий 0,5-1,5 мм при частоте 50 Гц.

Для этого оснастку при засыпке устанавливают на вибростол. Признаком окончания уплотнения наполнителя в оснастке является прекращение падения его уровня 5 в отверстии для засыпки при включенной вибрации.

После засыпки и уплотнения плакированный зернистый наполнитель, находящийся в оснастке, пропитывают связующим

0 смеси. Пропитку осуществляют через отверстия в стенках оснастки диаметром 6-12 мм, выполненные с определенным шагом между собой и закрытые перед засыпкой и уплотнением металлической сеткой (ячейка

5 0,16-0,25 мм) или пробками, В зависимости от сложности и размеров изготовляемых стержней и форм пропитку производят методом окунания оснастки в раствор связующего, либо подачей связующего под

0 давлением 0,03-0,5 МПа, осуществляемой с помощью трубки с конусообразным наконечником, который плотно входит в отверстия для пропитки. Необходимое давление на связующее можно создать в стандартном

5 бачке с встроенным насосом, предназначенным для перекачки жидкостей.

Количество отверстий для пропитки определяется размерами и сложностью конфигурации рабочей полости оснастки,

0 методом пропитки, пропитывающей способностью связующего и гелеобразующим действием отвердителя, размерами зерен и степенью уплотнения смеси.

В процессе пропитки под воздействием

5 отвердителя, равномерно распределенного на зернах наполнителя в виде плакирующей пленки, происходит коагуляция, а затем и огеливание связующего и формируемый стержень приобретает твердость и прочно0 сть. Полученной прочности ( 0,4-0,5 МПа) достаточно для последующих манипуляций со стержнем после его извлечения из оснастки. Время огеливания связующего выбирают исходя из требуемой площади и

5 глубины пропитки смеси путем изменения концентрации отвердителя в плакированном наполнителе. Технологически достаточным является время огеливания связующего 30-60 с.

0 При пропитке под давлением, меньшим 0,03 МПа, связующее не проникает в удаленные от места его подачи и труднодоступные карманы и поднутрения в оснастке из-за тормозящего действия отвердителя и

5 наличия воздушных пробок в указанных частях. В результате отдельные участки стержней сложной конфигурации оказываются не пропитанными. Давление более 0,5 МПа приводит к размыву поверхности стержней в местах пропитки и перерасходу связующего из-за его утечки по линии разъема оснастки.

В заявляемом способе в качестве зернистого наполнителя смеси могут быть использованы кварцевый песок марок К016, К02, К0315 (ГОСТ 2138-84), сеяный шамот зернистостью 0,25-0,63 мм, электрокорунд Мг 16-50 (ОСТ 2МТ-71-5-78).

В качестве связующего смеси используются водоспиртовые гидролизованные растворы этилсиликата -32 или этилсиликата -40 (ГОСТ 26371-84) с концентрацией кремнезема 8-14 мас.% , готовое этилсиликат- ное связующее марки ГС-12 или ГС 20Э, разбавленное водой до указанного содержания кремнезема.

- В качестве жидкого отвердителя указанных связующих растворов применяют водные растворы жидкого стекла (ГОСТ 13078-81) плотностью 1200-1300 кг/м3. Катализатором коагуляции и огеливания отвердителя могут служить феррохромовый шлак (ТУ 14-1195-74), нефелиновый шлам и другие отвердители жидкого стекла. .

После отверждения, извлечения из оснастки и поверхностной подсушки стержни и формы подвергают поверхностному упрочнению путем пропитки различными упрочняющими растворами с последующей их естественной или тепловой сушкой. При необходимости увеличения прочности и глубины упрочняющего слоя стержней проводят повторную упрочняющую пропитку и увеличивают время их поверхностной подсушки. Для удаления влаги, вносимой при пропитке связующим и упрочняющими растворами, стержни и формы подвергают окончательной тепловой сушке. .

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами.

и р и м е р 1. Кварцевый песок марки 2К0315 (ГОСТ 2138-74) плакируется жидким отвердителем-раствором жидкого стекла (ГОСТ 13078-81) модулем 3,1 и плотностью 1220 кг/м , в который введена добавка катализатора его коагуляции - феррохромовый шлак (ТУ14-1195-74). Количество отвердителя с катализатором, взятых в соотношении 3:1 по массе, составляет 3 % от массы песка. При плакировании перемешивание песка с жидким отвердителем ведется 10 мин, коагуляция отвердителя наступает через 15 мин. Плакированный песок подвергают ускоренной сушке при 70°С в течение 2,5 ч.

Подготовленный плакированный песок через отверстие диаметром 10 мм засыпается в стержневой ящик, находящийся на вибростоле в собранном виде с проволочно-сварным каркасом, отдельными порциями и уплотняется с помощью вибрации с амплитудой 0,8-1 мм при частоте 50 Гц. . Пропитку уплотненного плакированного песка, находящегося в ящике, производят через отверстие в стенке оснастки диаметром 8 мм, закрытое металлической сеткой с ячейкой 0,2 х 0,2 мм. Отверстия выполнены с шагом 50 мм друг от друга. Пропитку осуще0 ствляют путем окунания оснастки в связующее - водно-спиртовой гидролизованный раствор ЭТС-40 (ГОСТ 26371-84) с концентрацией 12 мас.% кремнезема. Время пропитки составляет 30 с, время отверждения

5 стержня в оснастке после пропитки - 15 с.

Отвержденный стержень вынимается

из оснастки и после естественной сушки в

течение 2-3 ч, пропитывается жидкостекольным упрочняющим раствором и оконча0 тельно высушивается 2,5 ч.

Подготовленные таким образом стержни использовали при изготовлении по выплавляемым моделям кварцевых форм и получении кабинетной художественной от5 ливки Конь с попоной.

П р и м е р 2. Плакирование, засыпка и уплотнение наполнителя в ящике проводятся аналогично примеру 1. Для изготовления выбирается стержень сложной конфигура0 ции с поднутрением и выемкой, выполненными в оснастке отъемными частями.

Пропитку осуществляют через отверстие в стенке ящика диаметром 8 мм, закрытое резиновыми пробками перед

5 уплотнением смеси. Отверстия выполнены с шагом 60 мм друг от друга. Пропитку осуществляют путем подачи того же связующе- . го под давлением 0,03 МПа с помощью трубки с уплотнительным конусообразным

0 наконечником, прижимаемым к отверстиям для пропитки. Давление создается внутри нагнетательного бачка встроенным в него насосом и фиксируется манометром. Время отверждения связующего составляет 25 с.

5 Дальнейшие упрочнение и сушку проводят аналогично примеру 1.

П р и м е р 3. Давление на связующее составляет. 0,23 МПа, отверстия для пропитки выполнены с шагом 75 мм. Время отвер0 ждения связующего составляет 40 с.

П р и м е р 4. Давление на связующее составляет 0,5 МПа, отверстия для пропитки выполнены с шагом 90 мм. Время отверждения связующего - 60 с.

5 Для получения сравнительных данных параллельно изготовляли стержни согласно прототипу (см. таблицу).

Показателями для сравнения служили влажность, сыпучесть и живучесть исходной смеси, точность размеров, степень воспроиззедения конфигурации стержней, измене ние массы отливки и трудоемкости удаления единицы массы стержня из отливки. Кроме того, определяли время отверждения св зующего при пропитке под различным да злением и прочность стержней при растя- же нии (на стандартных образцах-восьмер- ка с) до и после упрочнения,

Степень воспроизведения конфигурации стержней определяли в % как отноше Hi/e площади их рабочей поверхности, ии/еющей точную конфигурацию и геомет рические размеры, к общей площади повер- хнэсти стержней.

Состав смеси, параметры изготовления и технологические свойства стержней по за- яв тяемому способу и прототипу приведены в таблице.

Результаты сравнения испытаний показывают, что заявляемый способ позволяет в 1, -1,2 раза уменьшить массу и снизить тру- дозмкость изготовления отливок за счет по- вь шения в 2-3 раза размерной точности, на 9-16% степени воспроизведения конфигу- ра дни стержней и повышения стабильности процесса их изготовления, а также за счет обеспечения значительно более легкого уд )ления стержней из отливок. Повышение стабильности процесса изготовления стер- ей и форм достигается за счет неограни- ценной живучести исходной смеси, разномерного и качественного ее уплотнения в оснастке, равномерного распределения отвердителя в объеме смеси, а также отдельного введения связующего в напол- нигель после его уплотнения.

Наряду с уменьшением массы отливок, залвляемый способ позволяет снизить до

минимума толщину их стенок, что обеспечивает повышение качества поверхности отливок. Снижение массы и толщины стенок художественных отливок существенно улучшает чистоту поверхности и качество их поверхностного рельефа и, тем самым, значительно повышает художественную ценность литья.

Ф.ормула изобретения

1. Способ изготовления литейных стержней и форм по холодной оснастке преимущественно для художественного литья, включающий засыпку в оснастку смеси на основе огнеупорного наполнителя, ее уплотнение и химическое отверждение путем гелеобразования связующего под воздействием отвердителя с последующей -их выемкой из оснастки и упрочняющей поверхностной обработкой, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и снижения трудоемкости процесса получения отливок за счет повышения точности размеров, воспроизводимости конфигурации и стабильности процесса изготовления стержней и форм, обеспечения легкого удаления из отливок, предварительно огнеупорный наполнитель плакируют отвердителем связующего и переводят в сыпучее состояние, затем свободной засыпкой заполняют им оснастку и уплотняют, после чего в оснастку вводят связующее смеси посредством пропитки наполнителя.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что пропитку связующим осуществляют под давлением 0,03-0,50 МПа.

Продолжение таблицы