Способ изготовления литейных форм

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способу изготовления .форм (ф) для точного литья из черных и цветных сплавов с применением разовой модели (РМ), полученной методом вакуумной формовки . При отверждении в РМ керамической смеси при затрудненной ее усадке возникают дополнительные напряжения, которые приводят к деформации Ф и ее разупрочнению.- Эти недостатки устраняются регулированием податливости РМ fпрочности на сжатие РМ разрежением в ее внутренней полости под облицовочной пленкой. Это достигается тем, что вакуум внутри облицовочной пленки РМ снимают перепадом давления 60-70 мм рт.ст. в минуту до атмосферного . Благодаря свободной усадке керамики при ее отверждении по всему объему и образованию мелкой сетки трещин в поверхностном слое керамической Ф, а также при равных значениях свободной и затрудненной деформации ее при термической обработке дополнительные напряжения в литейной Ф не возникают, что значительно повьппает ее качество. 3 табл. (Л 00 ел со ел 4::.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 4 В 22 С 9/02

KKNGN

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4118247/31-02 (22) 20.05.86 (46) 15.12.87. Бюл. № 46 (71) Одесское производственное объединение тяжелого краностроения им. Январского восстания и Харьковский автомобильно-дорожный институт им. Комсомола Украины (72) В.В. Колесихин, А.М. Петриченко и О.Г. Карташевская (53) 621.744.06(088.8) (56) Патент Японии ¹ 47-50065, кл. 11А231, опублик. 1976. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ

ФОРМ (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к способу изготовления . форм (Ф) для точного литья из черных и цветных сплавов с применением разовой модели (PM), полученной методом вакуумной формовкй. При отверждении в PM керамической смеси при затрудненной ее усадке возникают дополнительные напряжения, которые приводят к деформации Ф и ее разупрочнению. Эти недостатки устраняются регулированием податливости

PM прочности на сжатие PM) разрежением в ее внутренней полости под облицовочной пленкой. Это достигается тем, что вакуум внутри облицовочной пленки PM снимают перепадом давления

60-70 мм рт.ст. в минуту до атмосферного. Благодаря свободной усадке керамики при ее отверждении по всему объему и образованию мелкой сетки трещин в поверхностном слое керамической Ф, а также при равных значениях свободной и затрудненной деформации ее при термической обработке дополнительные напряжения в литейной Ф не возникают, что значительно повышает ее качество. 3 табл.

1 135

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способу получения химически твердеющих форм или стержней из жидконаливных самотвердеющих смесей при производстве точных отливок из черных и цветных сплавов.

Цель изобретения — повышение качества литейных форм путем изменения податливости разовой модели в процессе отверждения самотвердеющей смеси при стабилизационной выдержке ее под пленкой в разовой модели.

При изготовлении известным способом с помощью вакуумной формовки разовую модель формуют и упрочняют уплотнением песка вибрацией и разрежением внутри полости облицовочной пленки с учетом зернистости, насыпного веса и текучести формовочного материала. Для повышения эластичности и устранения появления складок облицо цовочной пленки на рабочей поверхности разовой модели при ее изготовлении вакуумной формовкой сыпучий формовочный материал нагревают до 60-90"С.

Геометрические размеры рабочей полости разовой модели на стадии ее изготовления фиксируется в условиях оптимальной степнеи разрежения 360 мм

- рт.ст. при длительности вибрации более 6 с, когда твердость формы достигает максимума и дополнительной усадки ее не происходит. Предел прочности на сжатие G пропорционален степени разрежения Р, а максимальному значению твердости разовой модели

НВ 93-95 при оптимальной степени разрежения Р 360 мм рт.ст. соответствует прочность на сжатие С 3,43,6 кгс/см

2.

Указанные физические характеристики разовой модели определяют ее возмжность противостоять воздействию жидкоподвижной керамической смеси при заполнении и в процессе ее отверждения до упругого состояния.

Полученную таким образом по описанному процессу разовую модель за.полняют керамической смесью на основе гидролиэованного этилсиликата, смеси огнеупорных материалов и гелеобразователя вЂ, вещества с основными свойствами, где она через несколько минут переходит в студеобразное состояние,а затем твердеет вследствие гелеобраэования. В процессе заполнения и перехода керамической смеси в

9054 студеобразное состояние до приобрет ния керамикой упругого состояния вакуум полости облицовочной пленки разовой модели поддерживается постоянным 360 мм рт.ст., что обеспечивает размерную точность разовой модели при ее вибрации для удаления газовых включений из керамической:

)p суспензии после ее заливки.

Время приобретения керамикой упругого состояния — образования геля связующего, определяется визуально появлением характерной глянцевой пленки на ее открытой поверхности, зависит от состава смеси и находится в пределах 1-5 мин. 3а этот период керамическая смесь твердеет на поверхности контакта с облицовочной

2р пленкой благодаря теплообмену между нагретым до 60-90 С формовочным матео риалом разовой модели и керамикой, что приводит к минимальным значениям адгезии между пленкой и затвердевшим

55 поверхностным слоем керамики и образованию зазора между ними. Однако, в керамической форме продолжают протекать процессы отверждения связующего и испарения его дисперсионной среды, которые вызывают объемную усадку керамики, а разная ее усадка по объему вызывает деформацию, что приводит к возникновению напряжений, ведущих-к появлению трещин.

Для ускорения образования конечной стабильной структуры керамики за счет старения геля и образования мелкой сетки трещин в поверхностном слое керамической формы ее выдерживают под облицовочной пленкой в разовой модели. Стабилизационная выдержка под пленкой фиксируется формированием зазора между облицовочной пленкой и поверхностным слоем керамической формы. Формирование зазора обусловлено разрежением под облицовочной пленкой разовой модели и объемной усадкой керамики, которая продолжается со свободной деформацией в пределах до

5-6 мин после ее частичного затвердевания. Время выдержки фиксируется изменением прозрачности облицовочной пленки при появлении в зазоре аэрозолей дисперсионной среды связующего в результате ее испарения из керамики, Так как поры и капилляры затвердевшей керамической смеси в период ее нахождения в упругом состоянии имеют разнообразную форму и заполне54

40

55

3 13590 ны жидкостью (дисперсионной средой связующего), то после нагрева поверхностного слоя керамической формы до

О

60-90 С, в результате испарения летучих из пор и капилляров в зазор, образуется мелкая сетка трещин. Для образования мелкой сетки трещин в поверхностном слое керамической формы стабилизационная выдержка состав- 10 ляет 5-6 мин после конца заполнения керамической смесью разовой модели и приобретения керамикой упругого состояния. Однако, в процессе стабилизационной вьдержки в местах за- 15 ,трудненной объемной усадки керамичес кой формы, создаются напряжения, пре вышающие.прочностные характеристики керамики, что приводит к нарушению ее сплошности и разрушению формы. 20

Объясняется это тем, что предел прочности на сжатие о разовой модели составляет 3,4-3,6 кгс/см, а предел прочности на изгиб сырых и подсушенных керамических образцов после стабилизационной вьдержки, не превышает

1,4-1,9 кгс/см . Следовательно, для предотвращения разрушения сплошности керамики и образования глубоких трещин в местах затрудненной усадки не- 30 обходимо условие, при котором 8 c Q

8Это условие может быть выполнено при минимальных значениях разрежения

Р внутри разовой модели и сохранении зазора между облицовочной пленкой и керамикой при непрерывном процессе ее объемной усадки.

В процессе стабилизационной выдержки с внутренней полости облицовочной пленки разовой модели равномерно снимают вакуум, что при длительности стабилизационной вьдержки

5-,6 мин определяет скорость снижения перепадом давления 60-70 мм рт.ст./

/мин с 360 мм рт.ст. до атмосферного. 45

При этом прочность на сжатие разовой модели уменьшается пропорционально разрешению, обеспечивая равномерное увеличение ее податливости, а непре,рывный процесс объемной усадки керамики обеспечивает сохранение зазора между пленкой, удерживаемой разрежением внутри разовой модели, и поверхностным слоем керамической формы.

После разупрочнения разовой модели в процессе. стабилизационной вьдержки керамическую форму освобождают от материала модели, снимают с поверхности последней пленку, удаляют летучие составляющие и форму прокаливают.

Благодаря свободной усадке керамики при ее отверждении по всему объему и образованию мелкой сетки трещин в поверхностном слое керамической формы при равных значениях свободной и затрудненной деформации ее при термической обработке, дополнительные внутренние напряжения в литейной форме не возникают, что значительно повышает ее качество.

Были проведены сравнительные испытания известных и предлагаемого способов изготовления керамических стержней для получения литых распределительных каналов корпуса гидроаппаратуры. Керамический стержень представляет собой знаковую часть диаметром 120 мм, высотой 24 мм и шесть цилиндрических выступов диаметром

20 мм и высотой 80 мм, расположенных симметрично по наружному диаметру знаковой части.

Стержни получали известным способом по алюминиевому стержневому ящику и по разовым моделям, изготовленным с помощью вакуумной формовки по модели-образцу самого стержня, и по изобретению. Нанесение облицовочной пленки на оснастку и изготовление разовых моделей осуществляли на установке вакуумной формовки Э-75 производства опытного завода НИИСЛ. В качестве облицовочной пленки использовали "СЭВилен" толщиной 0,1-0,12 мм, а в качестве сыпучего материала формовочный кварцевый песок средней зернистости. Керамическую смесь на основе гидролизованного этилсиликата-32 с органическим растворителем — ацетоном приготавливали в лопастном смесителе при 1420 об/мин, где на 1 л связующего брали 3 кг наполнителя (60X молотого кварца КП-! и 407 формовочного песка 1 KO А) и вводили 3638 мл 15K-ного раствора аммиака.

При изготовлении стержней по алюминиевому стержневому ящику на его рабочую полость наносили с помощью вакуума облицовочную пенку, после чего рабочую полость стержневого ящика с разделительным покрытием заполняли керамической смесью.

Изготовление стержней с применением разовой модели по модели-образцу самого стержня осуществляли известным способом с помощью вакуумной фор135 летучих и прокалки.

25

Значения прочности на сжатие разовой модели от разрежения в ее внутренней полости под облицовочной пленкой представлены в табл. 1.

После извлечения и освобождения керамических стержней летучие составляющие из последних удаляли выжиганием в течение 12-15 мин. Прокалку керамических стержней проводили в электропечи сопротивления, где стержни нагревали вместе с печью до 900о

920 С со скоростью 5-10 град/мин, затем выдерживали при этой температу50 мовки. По этому способу для нанесения облицовочной пленки на модель-образец сложного профиля без складок и повреждений при формовке сыпучий мао териал нагревали до 60-90 С, уплотнение вибрацией производили в течение

6-7 с и вакуумировали форму, доведя разрежение в. ней под облицовочной пленкой до 360 мм рт.ст. Полученную таким образом вакуумную форму — разовую модель освобождали от модели-обо разца, кантовали на 180 и устанавливали на вибростол вакуумной установки под заливку керамической суспензией.

После заполнения стержневого ящика и разовых моделей керамической суспензией указанного выше состава производили ее вибрирование на установке 3-75 в течение 3-4 с для удаления воздушных пузырьков, образовавшихся в процессе гравитационной заливки.

Время затвердевания керамической смеси до упругого состояния после стержневого ящика составляло 1,41,6 мин, а разовых моделей, уплотненных вакуумом при л-360 мм рт.ст.

1,0-1;2 мин. Сатиблизационную выдержку керамического стержня в оснастке и под облицовочной пленкой в разовой модели осуществляли в течение 56 мин, после чего стержень из металлической оснастки извлекали сжатым воздухом через технологические отверстия в оснастке, а из известной разовой модели освобождали сбросом вакуума. При этом в процессе стабилизационной выдержки по предлагаемому техническому решению во внутренней полости разовой модели под облицовочной пленкой осуществляли равномерное снятие вакуума на 60-70 мм рт.ст./мин до атмосферного (760 мм рт.ст.).

9054

6 ре 2-2,5 ч и охлаждали вместе с пео, чью до 40-50 С.

Коробление цилиндрических выступов определяли металлическим уголком, а наличие крупных трещин на стыке выступов и знаковой части и разрушение керамики — визуально соответственно после приобретения упругого состояния, стабилизационной выдержки в оснастке и под пленкой, удаления

В табл. 2 представлены результаты испытаний.

Изменение размерной точности керамических стержней определяли контрольными измерениями размеров между внутренними поверхностями выступающих цилиндрических выступов, расположенных симметрично относительно друг друга в нижнем основании знаковой части, и по свободной усадке размеров по наружному диаметру знаковой части после их термообработки по вышеописанному режиму.

Влияние технологических факторов на изменение линейных размеров в прокаленных керамических стержнях представлены в табл. 3.

Из табл. 1 и 2 видно, что изготовление керамических стержней по предлагаемому способу по сравнению с известным предупреждает образование крупных трещин, коробление и разрушение стержней. Обьяснить это можно и тем, что согласно табл. 3 значения затрудненной и свободной деформации. уравниваются и препятствуют возникновению дополнительных напряжений в керамике, это повышает качество стержней.

45 При изготовлении литых заготовок гравюры матрицы по керамическим стержням, изготовленным предлагаемым способом, была достигнута высокая размерая точность между осями формообразующих поверхностей симметричных составных частей пресс-формы и исключена механическая обработка их рабочих поверхностей.

Применение предлагаемого способа изготовления литейных форм может найти широкое применение в цехах и участках по производству точных отливок и литых изделий, например, матриц пресс-форм, кокилей, штампов и т.п.

Таблица!

360-400

420-470

120

480-540

540-610

600-670

660-740

180

360!

Таблица2

Способ иэготов» ленин керамйчесaire.стернней

Коробление после наале» чеиня стерння них тренин и раэрунение керамики после, нт. абнлнвацно и выдернкн удаления летучих калки

paspyненнй разрунений разрунений

Нэвестиый (c приненением металлической:оснастки) . Да

1-2 4-5

1-2 1-2 2-3 2-3 I-? - 3-4

Неватный (с применением paso-. вой модели) : Да 1-2 I"2 1-2 I-2 1-2, 1-2 1-2 2-3

Предлагаеммй

Нет Нет Нет Нет

I-2 Нет Нет Нет

Нет

Таблица 3

Способ изготовления керамических стержней ение линейных размеров проных керамических стержней, Х среднее значение минимальное знаое чение

Известный (с применением металлической оснастки) 0,80

0,40

0,60

Известйый (с применением разовой модели) 0,60

0,40

0,50

0,40 0,30

0,35 0,35

Предлагаемый

По свободной усадке

0,35

0,35

7 1359054.

Формула изобретения

Способ изготовления литейных форм, . включающий получение разовой модели

5 методом вакуумной формовки, заполнение ее самоотвердеющей смесью, от-. верждение последней, снятие вакуума внутри. облицовочной пленки разовой модели и отделение формы от матерна- 10 ла модели, отличающийся тем, что, с целью повышения качества литейных форм путем изменения податливости разовой модели в процессе отверждения самотвердеющей смеси при 15 240 стабилизационной выдержке ее подпленкой в разовой модели, внутри облицовочной пленки разовой модели давление поднимают до атмосферного .со скоростью 60-70 мм рт.ст./мин.

3,6-.3,4

3,4-2,9

2,9-2,4

2,4-1,9

1,9-1,4

1,4-1,0