Способ изготовления литейных форм и стержней

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3563472/22-02 (22) 17.03.83 (46) 15.02.86. Бюл. Р 6 (71) Челябинский политехнический институт Им.Ленинского комсомола (72) А.П.Никифоров, Ю.А.Дрягин, Н.С ° Берсенева, В.П.Семенов и С.А.Никифоров (53) 621.744.54(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М- 566672, кл. В 22 С 9/12, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1144581,кл. В 22 С 5/04, 1957.

Авторское свидетельство СССР

У 514657, кл. В 22 С 3/00, 1976. (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ JIHТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ из пластичных и жидких самотвердеющих смесей, включающий приготовление смеси на жидкостекольном связующем, заполнение ею стержневой или формовочной оснастки, уплотнение смеси, извлечение модели из формовочной или стержневой оснастки, отличающийся

„„SU,» 1210954 А (511 4 В 22 С 9/00 9/12 1/10 5/04 тем, что, с целью повышения прочности форм и стержней и уменьшения их осыпаемости, при засыпке смеси в оснастку в ее поток подают жидкий или порошкообразный отвердитель жидкостекольного связующего в количестве

0,2-6,5 мас.7 от массы смеси.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве отвердителя используют фосфат алюминия в количестве 0,2-1,5 мас.Х от массы смеси.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве отвердителя используют ортофосфорную кислоту плотностью 1,6 г/см в количестве 0,2-2,0 масЛ от массы смеси.

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю — С

iraq и и с я тем, что в качестве отвердителя используют феррохромовый шлак

Я в количестве 2,0-5,0 мас.7. и порошкообразный алюминий в количестве 0,21,5 мас.Е от массы смеси. ив

1 12

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении форм и стержней из жидких, пластичных и сыпучих самотвердеющих смесей на основе жидкостекольного связующего.

Целью изобретения является повышение прочности форм и стержней и снижение их осыпаемости.

Сущность изобретения заключается в том, что при заполнении смесью опок или стержневых ящиков на ее поток подают пропорциональное количество жидкого или порошкообразного отвердителя. В качестве отверцителя используют феррохромовый шлак, фосфат алюминия и ортофосфорную кислоту

IIJIOTH0CTbI0 1,6 г/CM

Введение отвердителя B смесь B Mo мент заполнения ею опоки или стержневого ящика обеспечивает с одной стороны пропорциональное распределение отвердителя по объему смеси и формы, с другой — протекание начальных стадий физико-химического взаимодейст вия связующего материала с отвердителем непосредственно в форме. В отличие от известных способов в предлагаемом обеспечивается полное протекание в форме первой адсорбционной и второй, коагуляционной стадий упрочнения, являющихся наиболее эффективными в упрочнении форм и стержней.

Поэтому в процессе упрочнения количество структурных связей в смеси увеличивается, что приводит к повышению служебной (т.е. после упрочнения) прочности форм и стержней,, обеспечивает возможность снижения относительного содержания связующего материала, сокращение продолжительности процесса упрочнения. При этом обеспечивается возможность применения для упрочнения форм высокоактивг ных отвердителей таких, как фосфат алюминия или ортофосфорной кислоты, которые дополнительно сокращают продолжительность процесса упрочнения форм, увеличивают их прочность при относительно низком содержании связующего и тем самым улучшают выбиваемость смесей из отливок.

Это связано с тем, что активное физико-химическое взаимодействие высокоактивного отвердителя с лслдким стеклом происходит непосредст.венно в форме при стационарном состоянии компонентов, когда образующиеся ,структурные связи сохраняются беэ

1095 2 разрушения и предопределяют формирование высокой прочности форм и стержней.

Способ осуществляют при примене15

40 нии как жидконаливньтх, так и пластичных самотвердеющих смесей в таком порядке.

По первому варианту способа сначала готовят смесь из всех необходимых компонентов, например из огнеупорного наполнителя, связующего материала противопригарных и технологических добавок, но без отвердителя.

Такая смесь обладает высокой живучестью и длительное время не изменяет своих исходных свойств. При заполнении смесью опоки или стержневого ящика на ее поток подают любым известным способом, например транспортером, звездочным питателем или пульверизатором, поток порошкообразного или жидкого атвердителя. При этом равномерность распределения отвердителя по обbeMy смеси обеспечивают его пропорциональным расходом па отношению к расходу смеси при заполнении опоки или стержневого ящика.

Поцбор соотношения расходов осуществляют опытным путем, исходя из типа. применяемых расходных устройств.

Так., при использовании порошкообразного отвердителя можно применять два дозирующих транспортера, один из которых, предназначенный для отвердителя, располагают выше транспортера для смес;л. При этом поток отвердителя с него попадает и опоку с. потоком смеси. Он движется с меньшей скоростью, чем транспортер для смеси и обеспечивает пропорпиональную подачу отвердителя на загружаемый в опоку поток смеси. При этом весовое соотношение смеси и отвердителя поддерживается в заданных данным изобретением соотношениях. Жидкий отвердитель подают, например, из пульверизатора на. подающий в опоку поток смеси, расходное соотношение которых подцер;кивают в заданных пределах.

По второму варианту снос: ба сначала смесь готовят из всех необходимых компонентов, например песка, жидкого стекла глины феррохромового шлака для ПСС и ДС-PAC для ЖСС.

При заполнении опоки одной из таких смесей в нее дополнительно вводят высокоактивный порошкообразный или

1210954 жидкий отвердитель, например фосфат алюминия или ортофосфорную кислоту.

По третьему варианту сначала готовят.смесь без отвердителя,при заполнении опоки смесью в нее пропорционально подают феррохромовый шлак с добавкой 0,2-1,5 мас.7 порошкообразного фосфата алюминия.

По четвертому варианту сначала готовят смесь из всех компонентов, например из песка, жидкого стекла

ДС-РАС, феррохромового шлака. При заполнении опоки смесью в нее пропорционально подают 0,2-2,0 мас.7. раствора ортофосфорной кислоты (в пересчете на плотность 1,6 r/ñê ).

Испытания способов проводили при изготовлении форм из жидких и пластичных самотвердеющих смесей <. содовым жидким стеклом, имеющим модуль 2,8 ед. и плотность 1,48—

1,52 г/см .

Смеси готовилп в смесителе каткового типа марки 1Л11. Из смесителя смесь подавали на транспортер для подачи ее в опоку. У оконечности транспортера располагали звездчатый дозатор, которьпs применяли для подачи в опоку отвердителя совместно с потоком смеси. В другом варианте жидкий отвердитель подавали на сбра-сываемый с транспортера поток смеси из пульверизатора. Пластичные смеси после заполнения опок уплотняли на

Встряхивающеи формоночнои машине и опоки, залитые жидкой смесью, для упрочнения выдерживают 1 — 1,5 ч на воздухе. Из упрочненных форм удаляли модели и после выдержки 0,5 ч проводили сборку и заливку металлом по серийной технологии. В таком же -«;о-рядке готовим стержни из пластичных и жидких самотвердеющих смесей. По ходу изготовления форм и стержней брали порции смесей для определения прочности и осыпаемости.

Прочность определяли cTBHpBpTHbIM методом. Причем прочность до упрочняющей выдержки определяли при сжатии образцов-цилиндров, а после упрочнения — при растяжении образцоввосьмерок. В качестве высокоактивного порошкообразного отвердителя испытали фосфат алюминия, в качестве высокоактивного жидкого отвердителя— термическую ортофосфорную кислоту в виде водного раствора с плотностью

1,6 г/см . При испытании сначала проверяли влияние предлагаемого способа

10 !

55 на прочность форм с применением широко распространенного порошкообразного отвердителя — феррохромового шлака в количестве 2,0-5,0 мас.7, а эатем— высокоактивного порошкообразного фосфора алюминия в количестве 0,21,5 мас.7 от массы смеси.

Сравнить предлагаемый способ с известным по авт.св. * 514657 невозможно, так как известным способом нельзя ввести порошкообразный материал в смесь после засыпки ее в опоки через инъекторы B модели. Ортофосфорную кислоту испытали в количестве

0,2-2,5 мас.7. от массы смеси.

В табл.1 и 2 представлены сравнительные результаты испытания на пластичных смесях.

Как видно из табл.1 и 2, прочность смесей при изготовленйи форм предлагаемым пособом через 1 и 3 ч во всех случаях больше, чем при применении известных способов, а осыпаемость соответственно в 5-6 раз меньше. Особенно существенна разница при c-:oëüçîâàíèè добавки высокоактивного отиердителя — фосфата алюминия.

Если при применении известного способа с увеличением содержания фосфата алюминия прочность после выдержки и 3 ч уменьша тся, то в случаях применения предлагаемого способа пр-чность увеличивается, а осыпаемость уменьшается. При этом установлена зависимость, чем выше прочность смеси после уплотнения до некоторого предела (до i мас.7), тем ниже она после выдержки на воздухе (т.е. после осуществления процесса упрочнения) и, наоборот, чем ниже сразу после уплотнения, тем выше после выдержки.

Это объясняется тем, что чем больше жидкого стекла расходуется на коагуляционное взаимодействие с отвердителем до уплотнения (например, в процессе перемешивания в известном способе), тем меньше его остается на образование структурно-упрочняющих связей при упрочняющей выдержке и тем меньше становится служебная (т.е. для сопротивления воздействию металла) прочность форм и стержней.

Как видно из табл. 1 и 2, предлагаемьй способ обеспечивает получение более низкой исходной прочности (что полезно для процесса заполнения опоки и уплотнения смеси) и более высокой служебной прочности.

При этом заметное влияние на проч12109

3 ность форм предлагаемого способа проявляется при содержании фосфата алюминия, равного 0,2 мас.7, Поэтому за нижний предел принято содержание высокоактивного порошкообраэного отвердителя, равного 0,,2 мас.7.

При содержаниях фосфата алюминия в смесях более 1,5 мас.7. (например

2 мас.%) отмечено снижение прочности и увеличение осыпаемости. Поэтому за верхний предел содержания фосфата алюминия в смесях принят

1 5 мас.X.

Результаты испытания предлагаемого способа при применении жидкого отвердителя представлены в табл.3 и 4.

Как видно иэ табл.3 и 4, изготовление образцов предложенным способом с феррохромовым шлаком по сравнению с известным позволяет увеличить прочность почти в 2 раза и более чем в 2 раза снизить осыпаемость. При применении высокоактивного жидкого отвердителя (ортофосфорной кислоты) получить достаточную прочность известным способам не удалось, тогда как предлагаемый позволяет достичь достаточно высокие прочности и тем большую, чем содержание жидкого отвердителя. При этом установлено,, что заметное влияние на прочность оказывают добавки отвердителя уже около 0,2 мас.X. Поэтому за нижний предел добавок жидкого отвердителя

35 принят 0,2 мас.7. С увеличением содержания ортофосфорной кислоты прочность непрерывно возрастает. Однако черезмерное увеличение кислоты увеличивает стоимость смеси. Поэтому за верхний предел добавок кислоты принят 2,0 мас.X. Установлено также,что при снижении содержания жидкого стек— ла в смесях предлагаемый способ обеспечивает получение форм с прочностью на уровне и .выше прочности форм, по—

45 .пучаемых известными способами на смесях с повышенным содержанием жидкого стекла.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет либо повысить прочностные свойства форм, либо сохранить их на заданном техническими условиями уровне при уменьшенном содержании жидкого стекла. Снижение содержания жидкого

55 стекла обеспечивает экономию связующего, а низкое содержание его в смесях обеспечивает улучшение выбиваемости форм и стержней из отливок.

54

Предлагаемый способ в сравнении с известными позволяет применять при изготовлении форм порошкообразные и жидкие отвердители, отличающиеся высокой активностью, которые позволяют сократить продолжительность упрочнения форм и стержней и повысить их прочностные. свойства.

Пример 1. Согласно изобретению изготовили форму для отливки барабана массой 60 кг. В катковом смесителе марки 1А12 изготовили смесь из песка К0315 с 7 мас.7 жидкого стекла и 5 «ас.7. огнеупорной глины (опыт 1, табл.1). Данную смесь иэ смесителя подавали транспортером к опоке, установленной на встряхивающем столе формовочной машины. В момент сбрасывания смеси с транспортера на ее поток подавали из звездчатого дозатора феррохромовый шлак. Расход шлака подобрали по расходу смеси иэ расчета

5 мас. . После заполнения опоки смесью провели уплотнение встряхиванием в течение 10 с. Затем удалили модель из формы. Форму выдерживали на воздухе в течение 1 ч, собрали и зали— ли углеродистой сталью. Отливка признана годной.

Пример 2. Предлагаемым способом изготовили форму отливки барабана. В катковом смесителе приготовили смесь (опыт 2, табл.1), содержащую песок, жидкое стекло, глину и феррохромовый шлак. Готовую смесь подавали по транспортеру к опоке. В момент сбрасывания смеси в опоку в нее иэ звездчатого дозатора подавали порошкообразный фосфат алюминия из расчета 0,2 мас.X к смеси. Дальнейшая обработка проведена как и в примере l.

Пример 3. Сначала готовили смесь беэ отвердителя. При заполнении смесью опоки отливки барабана на ее поток подавали феррохромовый шлак с добавксй фосфата алюминия иэ расчета смеси i мас.7. Остальные операции выполняли как и в примерах 1.

Пример 4. Сначала готовили смесь ЖСС в смесителе непрерывного действия марки С-946 производительностью 8 м /ч. Смесь готовили из

z ñex компонентов. песка, жидкого стекла, DC=PAC, феррохромового шлака.

Гри сбрасывании смеси в опоку на ее поток иэ пульверизатора подавали водный раствор ортофосфорной кислоты (опыт 4„ табл.3). Дальнейшая обработ7 1210954 ка проводилась по серийной технологии.

Реализация изобретения позволит увеличить прочность стержней и форм, уменьшить их осыпаемость. Кроме этого, снижается расход жидкого стекла, сокращается продолжительность твердения форм истержней,снижается трудоемкость на выбивке стержней и очистке литья.

Т а б л и ц а 1

Содержание компонентов по опытам, мас.Ж

Наименование компонентов

Я о п/п

2 3 4

84,8 84,5 84

83,5 83

Песок К0315

Жидкое стекло модуль 2,8 плотность 1,48 г/см

Феррошлак

Глина

Фосфат алюминия

Таблица 2

Показатели по способу

Свойства смесей

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

Прочность, кгс/см2 после уплотнения формы (сжатие) 0,26 0,22 0,38

025 042 027 038 028 032 0,32 021 0,52 после выдержки 1 ч (растяжение) 0,62 О, 97 О, 60 О, 99 0,56 1, 12 0,48 1, 18 0,42 1, 26 О, 12 1,02 после выдержки 3 ч (растяжение) 0,71 1,25 0,62 1,32 0,46 1,44 0,42 1,96 0,38 2,15 0,01 1,01

Осыпаемость через 3 ч, 7 7,6 1,3 7,9 1,1 8,6 1,1 9,3 0,9 1,2 0,7 60 1,2

П р и м е ч а н и е : 1 — способ по авт.св. У 566672, 2 — предлагаемый способ.

Предлагаемый способ используется при изготовлении форм и стержней пластичных самотвердеющих смесей.

5 5

5 5

0,2 0 5

5 5

5 5

1,5 2,0

1210954

Табл и да 3

Наименование компонентов

Песок К0315 87,8 90,7 90,3 89,8 89,3

88,3

88,8

7 7

Феррохромовый шлак

0,2 0,2 0,2 0,2

0,2

0,2

0,2

ДС-PAC

Ортофосфорная кислота

2,0

2,5

0,2 0 5 1

1,5

Таблица 4

Свойства смесей

Прочность, кгс/см через 1 ч (растнкение) 0,7 1 2 О, 12 0 28 0 24 О, 36 О 35 О, 92 0,28 f, 36 0,20 1,61 0,2 1 1, 7 1 через 3 ч (растакение) 1,3 2, 1 0,22 0,55 0,3 1 О, 94 0,45 1,36- О, 22 1, 73 О, 2 1 2, 9 О, 20 1, 25

Осыпаемость через

3 ч> Х 2, 0,7 12,70 3,70 8 10 3 55 8 70 2 3f !2,00 2 30 28 00

П р и и е ч а н и е! 1 - способ по авт.св.р 566672, 2 — предлагаемый; 3- способ по авт.св. В 5!4657 (образцы изготовить ие удалось, так как пропитка формы распространилась кислотой только на 5-6 мм).

Составитель В.Шувалов.Редактор M.Êåëåìåø Техред Т.Тулик Корректор О.Луговая

Заказ 580/14 Тираж 757 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Жидкое стекло модуль

2,8 плотность

1,48 г/см

Содержание компонентов по опытам, мас.7

Показателп по способу

2 3 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2