Модельная композиция для выплавляемых моделей

 

Использование: в литье по выплавляемым моделям лопаток ГТУ. Сущность изобретения: модельная композиция для выплавляемых моделей на основе парафина и буроугольного воска дополнительно содержит полипропилен, асфальт бутановой деасфальтизации и канифоль при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: парафин 45-47; буроугольный воск 21-22; полипропилен 0,8-1,5; асфальт бутановой деасфальтизации 12-13; канифоль 17,5-20,2. 5 табл.

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к литью по выплавляемым моделям, и в частности к литью лопаток ГТУ.

При разработке новых модельных составов для литья точных и сложных по форме деталей в освоенном производстве наиболее важным является сохранение преемственности модельных составов по величине линейной усадки и теплостойкости при одновременном улучшении других параметров: возвратность масс, исключение из состава дефицитных материалов, снижение стоимости, повышение экономичности процесса применения модельных составов.

В настоящее время наиболее широкое распространение для изготовления моделей литых лопаток ГТУ получили модельные составы МВ и МПВС-2. На металлургическом заводе АО "Пермские моторы" ведется изготовление выплавляемых моделей из эмульсионного модельного состава.

Каждый из этих модельных составов имеет свои достоинства и недостатки. Однако общим недостатком этих модельных составов является присутствие в них технической мочевины, которая вызывает брак лопаток по капиллярной дефектоскопии, из-за взаимодействия щелочного материала (карбамида) с кислым материалом керамической формы (гидролизованного раствора этилсиликата), в результате чего идет разрушение поверхностного слоя литейной формы и образование дефектов на поверхности отливок. Кроме того, происходит отравление водоемов сбросом отработанной мочевины, которая регенерации не подлежит.

Учитывая первый указанный недостаток при применении карбамида, большинство заводов перешло с массы МПВС-2 на МОН-1ОК на массу типа МВ, применяя различные модельные составы в качестве пластификатора от ПС и Р-3 до В-1 и ВИАМ-102. При этом проектируемая оснастка (пресс-формы моделей) для лопаток ГТУ рассчитывается из условий свободной линейной усадки массы МВ в 0,6-0,65% при теплостойкости пластфикатора не ниже 36^oC. Указанные характеристики массы МВ являются основными сравнительными характеристиками предлагаемой модельной композиции.

Свойства модельной композиции типа МВ в первую очередь зависят от свойства пластификатора. В настоящее время наилучшим прастификатором для масс типа МВ является модельная композиция, условно названная ОН-4, которая обладает достаточной гидрофобностью и плакирующим порошок карбамида свойством.

Модельный состав МАИ-ЗШ (или МАИ-165), имеющий близкую линейную усадку составу МВ, не нашел широкого применения и был вытеснен с производства модельной композицией МВ на ряде заводов (например, ММЗ "Салют" г. Москва).

Поэтому в качестве прототипа выбрана известная модельная композиция ОН-4, содержащая, мас. парафин 22-25; буроугольный воск 45-47; битум нефтяной 26-27; триэтаноламин 3-5.

Недостатком данной модельной композиции являются: недостаточная теплостойкость; большая (0,8-0,9%) линейная усадка; неприятный запах битума при расплавлении массы. Первые два недостатка исключают ее применение для изготовления моделей лопаток без введения наполнителя.

Целью изобретения является повышение качества моделей и отливок, а также экологичности процесса изготовления выплавляемых моделей за счет исключения из модельной композиции карбамида (наполнителя), повышения теплостойкости и уменьшения величины свободной линейной усадки модельной композиции.

Цель достигается тем, что модельная композиция для выплавляемых моделей, включающая парафин, буроугольный воск, дополнительно содержит полипропилен, асфальт бутановой деасфальтизации и канифоль при следующем содержании ингредиентов, мас.

Парафин 45-47 Буроугольный воск 21-22 Полипропилен 0,8-1,5 Асфальт (АБД) 12-13 Канифоль 17,5-20,2 Сопоставимый анализ заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод, что состав заявляемой модельной композиции отличается от известного введением новых компонентов, а именно: полипропилена, асфальта бутановой деасфальтизации (АБД) и канифоли. Применение в качестве ингредиента модельной комопзиции полипропилена заявителем в источниках информации обнаружено не было. Известны работы по применению АБД (Асфальт бутановой деасфальтизации (АБД) компонент модельного состава. Технические условия, ТУ 38.40121-85, на опытные партии, вводятся впервые, УДК, группа Б 48, утверждены директором БашНИИ НП) в качестве ингредиента модельной композиции в АО УМПО (г. Уфа), но конкретные сведения в литературе не обнаружены. Известны технические решения, в которых используются парафин, буроугольный воск, канифоль в качестве ингредиентов модельных составов. Использования указанных ингредиентов одновременно в одной рецептуре в сочетании с полипропиленом и АБД выявлено не было. Это обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию "новизна".

Введение в состав модельной композиции полипропилена обеспечивает значительное снижение величины линейной усадки (линейная усадка полипропилена 1% от температуры 225^oC, а, например, полиэтилена 4,5% от 170^oC), ее стабилизацию, высокую трещиноустойчивость и жесткость модельной массы. Введение АБД вместо нефтяного битума обеспечивает устранение неприятного запаха, снижение линейной усадки массы при ее одновременном повышении жесткости, так как битум БНК при температуре 20-25^oC находится в полужидком состоянии, а АБД в твердом. Введение канифоли в модельный состав способствует уменьшению линейной усадки и повышению пластичности массы в момент прессования моделей, что обеспечивает пропрессовку моделей со стенками до 0,8 мм и протяженностью до 250 мм. Введение в модельный состав полиэтиленового воска ПВ-300 не оказывает существенного влияния на свойства массы и поэтому в рецептуру полиэтиленовый воск не включен.

Таким образом, новый состав ингредиентов придает модельной композиции новые свойства, не следующие явным образом из известного уровня техники в данной области, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".

Для экспериментальной проверки заявляемой модельной композиции было приготовлено 35 составов, рецептура которых приведена в табл.1 и 3.

Для приготовления модельной композиции использовались термостаты с масляными рубашками и механическими мешалками. В термостат загружали парафин, доводили его температуру до 210-220^oC, небольшими порциями вводили полипропилен в виде гранул при постоянном перемешивании и полностью его растворяли. В сплав поочередно вводили канифоль, АБД, буроугольный воск, полиэтиленовый воск, поддерживая температуру в 150-160^oC и постоянно перемешивая расплав в течение 30 мин. Охлаждали расплав до 130-140^oC, процеживали через сетку 014-016 и разливали на металлическую водоохлаждаемую плиту слоем 3-5 мм. Перед прессованием моделей чешуйки закладывали в термостат и нагревали до температуры 52-56^oC.

Изготовление образцов и моделей производилось при следующих технологических параметрах, представленных в табл.4.

Определение основных свойств модельных композиций производилось по общепринятым методикам. Трещиноустойчивость определялась на стояках размерами 40х40 мм и длиной 450 мм, имеющих приливы и изготавливаемых свободной заливкой расплава модельной массы с температурой 100-105^oC в алюминиевые холодные пресс-формы с последующим погружением в воду с температурой 16-18^oC после образования корочки модельной массы в заливочном отверстии. Твердость определялась на литом образце толщиной не менее 10 мм путем вдавливания металлического шарика ⊘ 10 мм течение 1 мин при усилии 10 кг и температуре испытуемого образца 20±2^oC.

В табл.2 и 5 приведены результаты исследований. Из табл.1-5 следует, что предпосылка по выбору ингредиентов и их взаимодействию подтвердилась и на этой основе предлагается новая модельная композиция, которая по своим основным свойствам превосходит прототип и отвечает цели поставленной задачи, т. е. имеет характеристики модельной композиции МВ, но обладает более стабильной трещиноустойчивостью и не содержит карбамида в качестве наполнителя, отрицательно влияющего на качество отливок и экологию.

Анализ данных таблиц показывает, что введение в состав полипропилена снижает линейную усадку модельной композиции при достаточных прочности, жесткости, трещиноустойчивости и теплостойкости. Отсутствие полипропилена в составе (составы 10, 11) приводит к резкому увеличению величины линейной усадки. При содержании полипропилена 0,5% (состав 12) линейная усадка остаются достаточно большой. Необходимое влияние на линейную усадку полипропилен оказывает при содержании не менее 0,8% (составы 1-4, 13). При содержании полипропилена более 1,5% (составы 2-7, 8, 22) в составе ниже температуры 110^oC образуются хлопьевидные конгломераты ("крупинчатость"), что затрудняет изготовление моделей и выплавление массы из керамических оболочек. Следовательно, оптимальное содержание полипропилена в массе укладывается в 0,8-1,5% оказывая положительное влияние на свойства массы.

Введение в состав АБД положительно влияет на линейную усадку и трещиноустойчивость модельного состава. При содержании АБД менее 10% (состав 16) и оптимальном содержании полипропилена трещиноустойчивость массы значительно снижается. При увеличенном содержании полипропилена и уменьшенном содержании АБД (состав 7) при сохранении высокой трещиноустойчивости повышается линейная усадка. При увеличении содержания АБД уменьшается твердость и жесткость массы. Оптимальным следует считать содержание АБД в массе в пределах 12-13% Увеличение в составе содержания буроугольного воска нежелательно из-за его дефицитности и возможности снижения трещиноустойчивости. Снижение же его в составе (состав 5) ведет к понижению твердости и жесткости модельной массы.

Снижение содержания канифоли (составы 1, 6) ведет к повышению содержания парафина или АБД, что отрицательно влияет на твердость, жесткость и теплостойкость массы. Увеличение содержания канифоли в составе приводит к увеличению времени твердения модели в пресс-форме из-за большой теплоемкости ингредиента.

Введение полиэтиленового воска оказывает незначительное положительное влияние на жесткость модельной композиции, но при содержании уже 6,5% приводит к повышению линейной усадки (составы 19, 20). Поэтому ввиду незначительности влияния на свойства предлагаемой модельной композиции полиэтиленовый воск в рецептуру не введен.

В результате разработки, исследований и опробования предлагаемой модельной композиции (работа проводилась в течение 3,5 лет и приготовлено было 120 различных составов) установлено, что предлагаемая модельная композиция обеспечивает изготовление качественных лопаток ГТУ по пресс-формам, предназначенным для использования модельных композиций типа МВ, многооборотна (опробована на АО МКБ г. Омска, ММЗ "Салют" г. Москва, АО "Пермские моторы" г. Пермь).

Использование предлагаемой модельной композиции обеспечивает по сравнению с модельной композицией типа МВ и эмульсионными массами следующие преимущества: уменьшение брака отливок по капиллярной дефектоскопии на 50% (было 6-8% стало 3-4%); ликвидируется загрязнение водного бассейна сбросами карбамида; многоразовость использования модельного состава, так как он не изменяет технологических свойств и возврат используется как свежая масса для изготовления моделей деталей;
повышается размерная точность моделей, связанная с высокой стабильностью линейной усадки модельной массы;
повышается качество из-за практического отсутствия трещин на моделях.

Провести расчет экономической эффективности в настоящее время не представляется возможным из-за постоянного изменения цен на составляющие модельных композиций, энергоносителей и расценок на изготовление моделей, литейных форм, отливок и проесс-форм.

Основываясь на результатах опробования предлагаемой модельной композиции расчет экономической эффективности следует производить по следующим показателям: ликвидация расхода карбамида 10 т/год для 1 зрвода; снижение брака отливок 2000 шт для 1 завода; потери массы В-1 (пластификатор) 8 т/год.

Формула изобретения

Модельная композиция для выплавляемых моделей, включающая парафин, буроугольный воск, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полипропилен, асфальт бутановой деасфальтизации и канифоль при следующем содержании ингредиентов, мас.

Парафин 45 47
Буроугольный воск 21 22
Полипропилен 0,8 1,5
Асфальт бутановой деасфальтизации 12 13
Канифоль 17,5 20,2и

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6