Способ изготовления литейных стержней и форм на жидкостекольном связующем
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано в производстве отливок из черных сплавов. Способ включает перемешивание ингредиентов смеси, ее уплотнение в оснастке и продувку углекислым газом. Перед перемешиванием осуществляют плакирование наполнителя раствором алюмоборфосфатного концентрата, а жидкостекольное связующее обрабатывают наносекундными электромагнитными импульсами с удельной мощностью 400...900 Вт/м3. Использование изобретения обеспечивает повышение физико-механических свойств стержней и форм. 1 табл.
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при изготовлении форм и стержней на жидкостекольном связующем, преимущественно в производстве отливок из черных сплавов.
В современном производстве литья из черных сплавов широко применяются холоднотвердеющие смеси (ХТС). Наибольшее распространение получили ХТС с синтетическими смолами и жидким стеклом [1, 2].
Смеси с синтетическими смолами обладают хорошими технологическими свойствами. Однако сами связующие дороги, а применение песчано-смоляных смесей требует специальных мер для обеспечения безопасности санитарно-гигиенических условий труда.
ХТС на основе доступного, дешевого, нетоксичного неорганического связующего - жидкого стекла имеют до настоящего времени существенные недостатки: затрудненную выбиваемость и склонность к образованию пригара на отливках из черных сплавов.
Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления литейных стержней и форм на жидкостекольном связующем, включающий перемешивание ингредиентов смеси, ее уплотнение в оснастке и продувку углекислым газом [3]. Известное техническое решение позволяет получать литые заготовки из черных сплавов. Вместе с тем прототип имеет следующие существенные недостатки:
- неравномерность отверждения жидкостекольной смеси, затрудняющая изготовление особо сложных по конфигурации стержней и форм;
- длительность изготовления стержней и форм, обусловленная, как правило, необходимостью их дополнительной сушки;
- необходимость в повышении расхода жидкого стекла для получения требуемой прочности смеси;
- неудовлетворительная выбиваемость стержней и форм и склонность к пригарообразованию отливок из черных сплавов, обусловленные повышенным расходом жидкого стекла в формовочной смеси;
- повышенная трудоемкость финишных операций обработки отливок, ухудшающая качество их изготовления из черных сплавов.
В основу изобретения положена задача создать такой способ изготовления стержней и форм на жидкостекольном связующем, который обеспечил бы коренное повышение их физико-механических свойств за счет равномерного распределения катализатора отверждения и снижения до минимума количества жидкого стекла при заданной прочности смеси для улучшения выбиваемости и исключения пригарообразования отливок из черных сплавов.
Указанная задача решается таким образом, что в способе изготовления литейных стержней и форм на жидкостекольном связующем, включающем перемешивание ингредиентов смеси, ее уплотнение в оснастке и продувку углекислым газом, согласно изобретению перед перемешиванием осуществляют плакирование наполнителя раствором алюмоборфосфатного концентрата (АБФК), а жидкостекольное связующее обрабатывают наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) с удельной мощностью 400...900 Вт/м3.
Плакирование раствором АБФК наполнителя обеспечивает равномерное распределение гелеобразователя во всем объеме ХТС. Взаимодействие жидкого стекла с плакирующим слоем из АБФК способствует образованию коагуляционных структур, ускоряющих формообразование при последующей продувке углекислым газом. При этом натрий жидкого стекла «связывается» в фосфаты, которые, являясь более тугоплавкими, чем силикаты натрия, исключают спекание форм при нагреве, существенно затрудняющее их выбиваемость. Кроме того, после прогрева формы или стержня теплом заливаемого металла и формирования отливки плакирующий слой из АБФК полностью разупрочняется и обеспечивает переход формы или стержня практически в сыпучее состояние.
Обработка жидкого стекла НЭМИ создает условия для разжижения связующего раствора заданной плотности, более равномерного распределения связующего на частицах наполнителя при существенном снижении его расхода в смеси. Это обеспечивает улучшение выбиваемости и блокирует пригарообразование на крупных чугунных и стальных отливках. При этом оптимальный диапазон значений удельной мощности НЭМИ 400...900 Вт/м3 диктуется возможностью максимального снижения вязкости указанного связующего и существенного снижения его количества в смеси (в пределах 1,5...2,0 мас.%.).
Изготовление литейных стержней и форм осуществляют следующим образом. Проводят плакирование зернистого наполнителя, например кварцевого песка, катализатором отверждения жидкостекольного связующего - водным раствором АБФК. Для этого в исходный кварцевый песок, например марок 3К3О203 или 5К3О203 (ГОСТ 2138-91), заливается раствор алюмоборфосфатного концентрата (АБФК, ТУ 113-08-606-87) плотностью 1250...1300 кг/м3 в количестве 0,8...1% от массы обрабатываемого наполнителя. Указанные ингредиенты перемешиваются в смесеприготовительном оборудовании (бегуны, шнековый смеситель и др.). Затем осуществляют обработку жидкостекольного связующего НЭМИ. Для этого в раствор жидкого стекла плотностью 1500...1550 кг/м3 помещают излучатель, подсоединенный к генератору НЭМИ [4]. Раствор связующего обрабатывают в течение 30...40 мин с удельной мощностью 400...900 МВт/м3.
При значениях меньше чем 400 МВт/м3 не удается обеспечить эффект «разжижения» жидкостекольного связующего раствора и его минимальное количество в формовочной смеси при заданной прочности получаемых форм и стержней.
Удельная мощность больше чем 900 МВт/м3 не вызывает сколько-нибудь дальнейшего существенного изменения свойств связующего и представляется нецелесообразной из-за возрастания энергетических затрат.
Обработанный НЭМИ жидкостекольный связующий раствор заливается в плакированный раствором АБФК наполнитель, например кварцевый песок, в количестве 1,5...2,0% от массы наполнителя. Указанные ингредиенты перемешиваются в смесеприготовительном оборудовании в течение 10...15 мин. Подготовленная смесь засыпается в оснастку (опока, стержневой ящик), уплотнятся, например виброуплотнением, и продувается углекислым газом в течение 15...30 с в зависимости от габаритов форм и стержней.
Заявляемый способ изготовления стержней и форм на жидкостекольном связующем иллюстрируется следующим примером.
Пример. Кварцевый песок марки 3К3О203 (ГОСТ 2138-91) плакируют водным раствором АБФК (ТУ 113-08-606-87) плотностью 1300 кг/м3 в количестве 1% от массы наполнителя. Затем осуществляют обработку жидкостекольного связующего плотностью 1500...1550 кг/м3 наносекундными электромагнитными импульсами с удельной мощностью 400, 600, 900 МВт/м в течение 30 мин. Обработанный НЭМИ раствор жидкого стекла вливают в плакированный песок и перемешивают смесь в бегунах в течение 10 мин. После подготовки смеси ее засыпают в оснастку и продувают углекислым газом под давлением 1,5×105 Па в течение 15 с.
Параллельно для получения сравнительных данных осуществляют изготовление литейных форм и стержней на жидкостекольном связующем согласно прототипу. Фиксируют их физико-механические свойства, представленные в таблице.
Результаты испытаний показывают, что заявляемый способ позволяет существенно улучшить выбиваемость стержней на жидкостекольном связующем при увеличении прочности после продувки углекислым газом, исключить пригарообразование на отливках из черных сплавов. Учитывая улучшенный комплекс свойств форм и стержней, они могут быть с успехом использованы для изготовления машиностроительных отливок из черных и цветных сплавов.
| Физико-механические свойства стержней и форм | ||||
| Наименование свойств | Базовый способ | Разработанный способ при удельной мощности НЭМИ, МВт/м3 | ||
| 400 | 600 | 900 | ||
| 1. Прочность на сжатие, МПа: | ||||
| а) после продувки | 0,15...0,25 | 0,4 | 0,8 | 0,9 |
| б) через 24 часа | 1,0...1,4 | 4,5 | 5,8 | 6,2 |
| 2. Остаточная прочность, МПа | 5,8...6,9 | 0,19 | 0,17 | 0,23 |
| 3. Точность геометрии, ± % | 0,8...0,9 | 0,28 | 0,25 | 0,4 |
| 4. Толщина слоя пригара, мм | 1,5...2,5 | 0 | 0 | 0 |
Источники информации
1. Гуляев Б.Б., Корнюшкин О.А., Кузин А.В. Формовочные процессы. - Л.: Машиностроение, 1987. - 264 с.
2. Жуковский С.С., Лясс А.М. Формы и стержни из холоднотвердеющих смесей. - М: Машиностроение, 1978. - 224 с.
3. Жуковский С.С. Прочность литейной формы. - М: Машиностроение, 1989. - 288 с.
4. Патент РФ №2030097, МКИ Н 03 К 3/33, К 3/45. Формирователь наносекундных электромагнитных импульсов / Белкин B.C., Шульженко Г.И. Заявл. 17.01.92.
Способ изготовления литейных стержней и форм из холоднотвердеющих смесей на жидкостекольном связующем при производстве отливок из черных сплавов, включающий перемешивание ингредиентов смеси, ее уплотнение в оснастке и продувку углекислым газом, отличающийся тем, что перед перемешиванием осуществляют плакирование наполнителя раствором алюмоборфосфатного концентрата, а жидкостекольное связующее обрабатывают наносекундными электромагнитными импульсами с удельной мощностью 400÷900 Вт/м3.
