Способ получения литейных моделей

Изобретение относится к литейному производству. В жидкую эпоксидную смолу вводят 20-25 мас.% продукта АГМ-9, перемешивают и добавляют отвердитель. Полученную композицию послойно наносят на негатив или заливают в форму. Введение продукта АГМ-9 в композицию перед введением отвердителя обеспечивает уменьшение хрупкости и повышение стойкости к изгибающим нагрузкам моделей. 1 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении литейных моделей.

В настоящее время в литейных цехах с серийным характером производства находит применение модельная оснастка из полимерных материалов, в частности из полиэфирного стеклопластика /1/.

В соответствии с /2, 3/ исходными материалами для изготовления стеклопластика являются эпоксидные олигомеры (эпоксидные смолы ЭД-16 или ЭД-20 - продукты поликонденсации эпихлоргидрина и дифенилпропана), отвердителем эпоксидных олигомеров служит полиэтиленполиамин, иногда в полимерных композициях применяют пластификатор - дибутилфталат.

Согласно работе /3/ способ получения оснастки из пластмасс на основе композиций из эпоксидных смол состоит из следующих операций:

- подготовки форм или негативов для заливки или послойного нанесения жидких композиций;

- приготовления жидкой связующей композиции путем интенсивного смешивания эпоксидной смолы, отвердителя и других составляющих в определенных пропорциях;

- заливки или нанесения слоями жидкой связующей композиции в форму или на негатив;

- отверждения связующей композиции выдержкой на воздухе в течение определенного периода;

- удаления модели из формы или отделение от негатива и очистка ее от заусенцев, заливов и прочих дефектов.

Извлекают композицию из формы преимущественно в пластичном состоянии /4/.

Жидкую композицию готовят непосредственно перед изготовлением моделей, причем отвердитель вводят в последнюю очередь, т.к. после его введения начинается процесс полимеризации смолы под воздействием отвердителя, в результате композиция быстро теряет живучесть, текучесть и прочность /3/.

Для экономии дорогостоящей смолы и повышения жесткости моделей используют армирующий материал в виде ровинга (стекложгутов), ткани из ровинга, стеклянной ткани, других волокнистых материалов /5/.

Из всех известных способов получения пластмассовых моделей, включающих подготовку форм или негативов, приготовление композиции на основе эпоксидной смолы, заливку или наслоение связующей композиции в форму или на поверхность негатива, отверждение композиции за счет выдержки на воздухе, наиболее близок по технической сущности и получаемым результатам способ /6/, согласно которому на рабочие поверхности негатива наносят разделительный состав, после чего негатив покрывают предварительно подготовленной износостойкой смесью эпоксидной смолы с наполнителем и выдерживают на воздухе до отверждения.

На отвержденное (облицовочное) покрытие накладывают последовательно три слоя стеклоткани, пропитанной той же жидкой смесью эпоксидной смолы с отвердителем, выдерживают каждый слой на воздухе для отверждения, после чего сформированную модель отделяют от негатива. Процесс приготовления смеси эпоксидной смолы с наполнителем в реферате не изложен, хотя порядок введения компонентов и их количество в композиции важны, т.к. от этого зависит качество моделей. Указано только, что для повышения прочности моделей эпоксидную смолу смешивают с металлическим порошком и алюминиевым гранулятом. Отсюда следует, что прочность моделей без наполнителя недостаточна, поэтому заполняют жидкой композицией и внутреннюю полость негатива, что увеличивает трудоемкость процесса.

Как показывает практика, модели из эпоксидных композиций имеют довольно высокие значения статической прочности при сжатии, но менее высокие значения прочности при растяжении, также моделям свойственен существенный недостаток - высокая хрупкость, которая возрастает с повышением твердости. Из-за хрупкости область применения таких моделей ограничивается условиями индивидуального и мелкосерийного производства. При использовании полимерных моделей степень уплотнения формовочных смесей должна быть невысокой. При уплотнении смесей встряхиванием, прессованием или воздушно-импульсном, когда модели испытывают значительные ударные и изгибающие нагрузки, применение эпоксидных композиций затруднительно и даже невозможно из-за их слабого сопротивления растяжению и ударам /3/. Армирование волокнистыми материалами, введение в связующую композицию порошкообразных наполнителей повышают статическую прочность, но не устраняют хрупкость.

Кроме того, дополнительное введение порошкообразных веществ приводит к повышению расхода смолы и отвердителя.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение или полное устранение хрупкости, повышение стойкости к изгибающим нагрузкам моделей из композиций на основе эпоксидных смол, что должно способствовать расширению области применения пластмассовых моделей в литейном производстве.

Технический результат достигается следующим образом: непосредственно перед использованием готовят жидкую композицию путем предварительного введения в эпоксидную смолу продукта АГМ-9, тщательного перемешивания смолы с продуктом и последующего введения в смесь отвердителя (полиэтиленполиамина), после чего композицию заливают в форму или наносят тонким слоем на негативную модель.

Процесс формирования моделей аналогичен процессу, изложенному в прототипе /6/. На поверхность негатива, покрытую разделительным составом, наносят кистью первый (облицовочный) слой жидкой композиции, выдерживают до приобретения композицией пластичного состояния, накладывают стеклоткань, слегка прижимая ее к облицовочному слою, на слой стеклоткани наносят второй (упрочняющий) слой жидкой композиции, а на него - второй слой стеклоткани. На второй слой стеклоткани наносят третий слой жидкой композиции и приклеивают третий слой стеклоткани. Завершают процесс формирования модели нанесением слоя жидкой композиции на приклеенную стеклоткань, выдержкой на воздухе в течение определенного периода, после этого модель отделяют от негатива, контролируют качество и устанавливают на подмодельные плиты. Возможен более простой процесс формирования моделей путем заливки жидкой композиции в специальную форму и последующей выдержки на воздухе до приобретения моделью пластичного состояния.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ.

Для подтверждения эффективности предложенного способа готовили образцы длиной 135 мм, шириной 15 мм и толщиной 10 мм, состоящие из четырех слоев жидкой композиции и трех слоев стеклоткани, отличающиеся друг от друга количеством вводимого в эпоксидную смолу продукта АГМ-9. Жидкую композицию готовили следующим образом: в лабораторную мешалку со скоростью вращения вала 600 об/мин помещали эпоксидную смолу ЭД-20 по ГОСТ 10587-84, в которую вводили продукт АГМ-9 (ТУ 02-724-77), тщательно перемешивали в течение 30 с, потом вводили отвердитель - полиэтиленполиамин (ГОСТ 9439-85), перемешивали 10 с, из полученного состава изготавливали образцы следующим образом: на негатив кистью наносили облицовочный слой жидкой композиции, выдерживали 4 часа, на облицовочный слой наклеивали слой ткани стеклянной марки ЭЗ-200 ГОСТ 19907-83, на ткань стеклянную снова кистью наносили слой жидкой композиции, выдерживали 4 часа, потом - слой ткани стеклянной, так повторяли 3 раза, после чего наносили последний слой жидкой композиции. После выдержки образцов на воздухе в течение 2 суток их отделяли от негатива и проводили испытания прочностных свойств на универсальной разрывной машине РПМ-100. Кроме того, определяли твердость образцов твердомером Шора. Результаты испытаний образцов в зависимости от количества продукта АГМ-9 приведены в таблице. Следует учесть, что количество отвердителя было постоянным и составляло 10% от массы эпоксидной смолы. Данные таблицы - среднее арифметическое трех определений.

Известно, что хрупкость - обратная величина пластичности, для оценки ее может служить предельная деформация разрушения образцов при изгибе, или предел прочности при изгибе. Заслуживают внимания и показатели стрелы прогиба, также свидетельствующие о пластичности композиции.

Важным является порядок введения компонентов в композицию. При испытаниях обнаружено, что следует вводить отвердитель в последнюю очередь, а продукт АГМ-9 - непосредственно в смолу, перед введением отвердителя и других добавок. Если отвердитель вводили перед заливкой продукта АГМ-9, то композиция твердела во время интенсивного перемешивания составляющих, при этом наблюдался нагрев до 100 градусов Цельсия, вследствие чего последующие операции изготовления моделей оказались невыполнимыми.

Таким образом, принят следующий порядок приготовления жидкой эпоксидной композиции. Непосредственно в жидкую эпоксидную смолу предварительно вводят продукт АГМ-9, после чего вводят другие технологические добавки, отвердитель вводят в последнюю очередь.

Предложенный способ имеет ряд общих признаков с прототипом:

- предварительную подготовку негатива;

- приготовление жидкой композиции на основе эпоксидной смолы;

- применение добавок в жидкую смолу;

- послойное нанесение жидкой композиции на рабочие поверхности негатива и отверждение каждого слоя; возможна заливка жидкой композиции в форму;

- отделение модели от негатива.

Недостаток известного способа - высокая хрупкость моделей.

Существенное отличие предложенного способа от прототипа в следующем. В прототипе предлагают эпоксидную смолу предварительно смешивать с наполнителями - металлическим порошком, алюминиевым гранулятом, для повышения прочности моделей, также применяют дополнительные меры упрочнения моделей (заливку жидкой композиции с гранулятом на торцевые поверхности моделей), при этом процесс изготовления моделей усложняется, повышается трудоемкость, снижается производительность труда, но хрупкость моделей не устраняется.

Предложенный способ предусматривает предварительное введение в жидкую композицию продукта АГМ-9 в количестве 20-25% от массы эпоксидной смолы, в результате практически устраняется хрупкость, процесс изготовления моделей упрощается, повышается прочность и пластичность моделей, а производительность труда при этом не снижается.

В соответствии с ТУ 6-02-724-77 продукт АГМ-9 представляет собой γ - аминопропилтриэтоксисилан, состоящий из смеси двух изомеров:

γ - аминопропилтриэтоксисилана и

β - аминопропилтриэтоксисилана.

Формула: NH₂(СН₂)₃Si(ОС₂Н₅)₃

По внешнему виду продукт АГМ-9 - это бесцветная или светло-желтая жидкость плотностью 0,943-0,957 г/см³ без механических примесей, растворимая в органических растворителях, спирте, легко разлагается водой с образованием геля.

Продукт умеренно опасен, взрывобезопасен.

Таблица
Количество АГМ-9 в % от массы смолы	Предел прочности при растяжении, МПа	Предел прочности при изгибе, МПа	Стрела прогиба, мм	Твердость по Шору, условных единиц
15	130,4	446,3	17	118
20	137,5	552,2	25	123
25	139,1	789,1	26	121
30	142,9	413,3	17,5	122
Без АГМ-9 (прототип)	84,3	140,0	4,5	120

Из таблицы следует, что более наглядным показателем пластичности композиций являются значения предела прочности при изгибе и величина стрелы прогиба. Величина предела прочности при растяжении изменяется незначительно, но по абсолютным значениям образцы с добавкой АГМ-9 прочнее образцов без добавки. Твердость образцов практически не изменяется.

Таким образом, на основе анализа значений предела прочности при изгибе и стрелы прогиба установлено, что добавка продукта АГМ-9 в количестве 20-25% от массы эпоксидной смолы в процессе приготовления жидкой композиции значительно увеличивает пластичность пластмассовых моделей и снижает их хрупкость.

Производственные испытания подтвердили результаты лабораторных исследований. Установлено, что стойкость моделей с добавкой продукта АГМ-9 в среднем увеличилась в 4 раза - с 2 месяцев (с применением известного способа) до 8 месяцев (с применением предложенного способа), причем модели, изготовленные по предложенному способу, не разрушились даже при ударах по ним молотком. Это свидетельствует о значительном уменьшении хрупкости моделей.

Предложенный способ рекомендуется к внедрению в крупносерийное и массовое производство, поскольку снижает трудоемкость изготовления моделей, значительно повышает их качество и износостойкость, экономит металл, снижает материальные затраты при дублировании модельной оснастки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н.С.Клебанов и др. «Оснастка для изготовления стержней по прогрессивным технологическим процессам». Минск, «Полымя», 1981, с.65.

2. ГОСТ 19505-86 «Модели литейные и ящики стержневые из пластмасс. Технические требования.

3. РТМ 24.969.02-81. «Модели и стержневые ящики литейные. Материалы и способы изготовления».

4. Авторское свидетельство СССР №610605, кл. С 7/00, 1978 год.

5. Японский патент 61-150741, кл. В22С, 3/00. Источник информации Реферативный журнал «Технология и оборудование литейного производства, 1987 г. Реферат 7Г 194П.

6. Способ изготовления моделей. Патент ГДР №220914, кл. В22с, 7/00. Источник информации реферативный журнал «Технология и оборудование литейного производства», 1987 г. Реферат 2Г199.

Способ получения литейных моделей из композиций на основе эпоксидных смол, включающий подготовку негативной модели или формы, приготовление жидкой композиции путем интенсивного смешивания жидкой эпоксидной смолы с отвердителем, послойное нанесение жидкой композиции на негативную модель или заливку композиции в форму, выдержку на воздухе, отделение затвердевшей литейной модели от негативной модели или удаление литейной модели из формы, отличающийся тем, что в жидкую эпоксидную смолу перед ее смешиванием с отвердителем вводят продукт АГМ-9 в количестве 20-25% от массы смолы.