Способ изготовления литейных стержней или форм
Изобретение относится к способу изготовления литейных стержней и форм с использованием основного литейного материала, связующего и добавки. Связующее содержит фенольную смолу и изоцианат. В формовочную смесь добавляют порообразующий материал, что позволяет исключить применение обмазок и образование ребристой поверхности на литейном стержне или форме. 15 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу изготовления литейных стержней или стержневых литейных форм из основного формовочного материала и связующего, а также к литейным стержням или формам, изготовленным по настоящему способу.
Уровень техники
Литейные стержни используют для образования пустот в отливке или разрезных наружных контуров. Такой тип литейных стрежней изготавливают известным способом в формовочной машине в стержневом ящике (форме), причем связующее и формовочную смесь, при необходимости содержащую добавки, подают в пустоты ящика для литейных стержней с помощью сжатого воздуха. В качестве связующего используют известные жидкие синтетические смолы или неорганические связующие.
Изобретение относится ко всем органическим и неорганическим способам изготовления литейных стержней и литейных форм, предпочтительно к способу изготовления стержней в холодных ящиках с использованием уретана (холодный уретановый способ) и/или к способу с использованием резола и CO2 (способ резол-СО2). Подразумевается также использование физических способов, например, с использованием ультразвука.
Получение литейных стержней по холодному уретановому способу осуществляют в холодных литейных ящиках в присутствии органической связующей системы, которую отверждают в присутствии газа непосредственно в литейном ящике с помощью, например, третичного амина. Отверждение формовочной смеси (например, кварцевый песок, органическая связующая система, отвердитель) осуществляют путем добавления в формовочный материал в холодном ящике газообразующего катализатора или газообразующего третичного амина. Смешивание отдельных компонентов проводят предварительно в специальном устройстве. Преимущество такого холодного уретанового способа заключается, кроме того, в более высокой прочности полученных литейных стержней или форм.
Другой способ, например так называемый способ резол-СО2, заключается в изготовлении литейных стержней с использованием щелочной конденсированной фенольной смолы в качестве связующего, которую для отверждения продувают газообразным диоксидом углерода. В данном способе в качестве формовочного материала, так же как и в холодном уретановом способе, используют кварцевый песок. Эти способы позволяют устранить образование "ребристой поверхности" (шероховатости) в процессе литья. Недостатком указанного способа с использованием газа является снижение прочности, которое происходит за счет повышенной эрозии и недостаточной термостабильности.
Готовые литейные стержни можно покрывать формовочной краской (обмазкой), которая представляет собой огнеупорный материал в форме порошка, жидкости или пасты для нанесения тонкого слоя покрытия на литейные стержни. Покрытие имеет несколько назначений. Среди прочих, покрытие служит для теплоизоляции, полирования, для устранения приклеивания металла к стенкам формы, для предотвращения образования ребристой поверхности и тем самым обеспечения надежного отделения отливок от стенок формы при опорожнении формы.
В процессе литья готовых литейных деталей происходит извлечение литейного стержня из отливки. Литейные стержни извлекают, например, с помощью облучения, вибрации, продувки, обстукивания или промывки.
В публикации DE 19525307 А1 описан литейный стержень для литейной формы. Предложен литейный стержень для литейной формы, который изготовлен из сухих материалов, упрочненных связующим, и который теряет свою форму под действием воды.
В публикации DE 19549469 А1 описан литьевой стержень для литьевой формы, который изготовлен из водорастворимого связующего на основе упрочненной полифосфатом формовочной смеси, причем в качестве связующего используют сухой полифосфат натрия, а состав смеси составляет от 3 до 7 мас. частей связующего и от 0,5 до 2 мас. частей воды на 100 мас. частей формовочной смеси.
В публикации DE 19914586 А1 описан связующий материал на основе смолы для получения формовочной смеси для применения в литейном деле. Связующая смесь для изготовления литейных стержней состоит из одного компонента (одна смола) или из смеси одного или более отдельных компонентов (смесь смол) с добавками.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка литейного стержня или формы, которые позволяют исключить указанные выше недостатки с помощью пористой структуры. Прежде всего, следует исключить необходимость применения формовочной краски. Необходимо также устранить образование нежелательной ребристой поверхности в процессе литья.
Задача изобретения достигается посредством добавления порообразующего материала (вещества) в формовочный материал и/или материал связующего.
Стержни, полученные по известному способу резол-СО2, характеризуются типичной структурой пор по данным электронной микроскопии. Показано, что такая структура пор позволяет устранить образование указанных выше дефектов расширения (ребристой поверхности).
При разложении порообразующих материалов при обработке, например, кислотообразующим соединением или нагреванием выделяется диоксид углерода, который образует в формовочной смеси требуемую микропористую структуру. Таким же образом для формирования микропористой структуры можно использовать физические методы, например, обработку ультразвуком.
Выбор порообразующего материала не ограничивается использованием диоксида углерода. В качестве порообразующей добавки можно использовать любой материал, который формирует требуемые поры в литейном стержне или литейной форме, например, можно использовать азотобразующие материалы.
При наличии пористой структуры нет необходимости в дополнительной обработке литейных стержней формовочной краской с целью устранения дефектов расширения.
В качестве предпочтительных порообразующих материалов используют материалы, образующие диоксид углерода, например, карбонат аммония, гидрокарбонат аммония, карбонат натрия и/или гидрокарбонат натрия. Установлено, что самым предпочтительным является гидрокарбонат натрия.
При использовании материала, образующего диоксид углерода, целесообразно добавлять кислотный материал в качестве средства регулирования количества выделяемого диоксида углерода и/или продолжительности его выделения, и/или использовать термообработку. Диоксид углерода выделяется прежде всего при обработке кислотой или при обеспечении энергией в виде тепла. Чтобы обеспечить количественное выделение массы диоксида углерода и/или определить момент период времени выделения диоксида углерода, к образующему диоксид углерода соединению добавляют кислотообразующее средство, например виннокислый натрий.
Согласно предпочтительному варианту воплощения способа связующее получают при смешивании фенольной смолы и изоцианата в соотношении 1:1, при этом оба связующих компонента добавляют в формовочный материал одновременно или последовательно, а затем перемешивают.
Предпочтительным также является добавление в формовочную смесь порообразующего материала одновременно или последовательно со связующим.
Целесообразно также добавлять материал, образующий диоксид углерода, в смеси с одним из компонентов связующего.
Вышеупомянутые способы получения литейных стержней при использовании указанных материалов обеспечивают образование пористой структуры. В литейных стержнях образуются по крайней мере порообразующие участки, которые обеспечивают необходимые преимущества в процессе литья и извлечения литейных стержней из металлической отливки.
Значительные технические преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники заключаются в упрощении процесса и снижении затрат при осуществлении литья. Кроме того, благодаря микропористой структуре исключается стадия обработки формовочной краской и обеспечивается подходящая прочность литейного стержня.
Краткое описание чертежей
На чертеже показана пористая структура материала литейного стержня, причем средний размер пор составляет от 100 до 500 нм.
Осуществление изобретения
Далее приводится наиболее предпочтительный пример осуществления изобретения для получения состава формовочной смеси из кварцевого песка и связующего, который используют в способе по настоящему изобретению:
100 мас. частей кварцевого песка
0,6 мас. частей смолы (например, фенольной смолы)
0,6 мас. частей изоцианата
0,75 мас. частей поробразующего материала, например гидрокарбоната натрия.
Содержание смолы и изоцианата (в мас. частях) может изменяться от 0,5 до 1, при этом обеспечивается необходимая прочность литейного стержня. Как правило, смолу и изоцианат добавляют в равном количестве, например в соотношении 1:1.
Как правило, порообразующий материал добавляют в количестве от 0,5 до 1 мас. частей.
Для выделения диоксида углерода к смеси добавляют по выбору от 0,2 до 0,7 мас. частей кислотообразующего материала, например, виннокислого натрия.
Ниже описан пример выполнения типичного процесса получения литейных стержней. Стадии процесса представлены, прежде всего, для холодного уретанового способа:
- взвешивают или отмеряют объем кварцевого песка;
- загружают кварцевый песок в смеситель периодического действия;
- отмеряют смолу или изоцианат через дозирующий насос, причем дозировать можно параллельно или последовательно;
- порообразующий материал добавляют последовательно, параллельно с обоими компонентами связующего или параллельно с одним из компонентов связующего, при этом при необходимости добавляют кислотообразующий компонент;
- время перемешивания составляет от 10 до 120 с в зависимости от соответствующих требований и типа смесителя;
- перерабатывают влажную смесь в литейной машине;
- извлекают стержни;
- стержни подвергают термообработке, например при 200°С, причем термообработку можно проводить в различных условиях в зависимости от применения стержней;
- готовые стержни помещают в песчаную форму для осуществления процесса литья.
1. Способ изготовления литейных стержней или форм из формовочной смеси с использованием основного формовочного материала и связующего, содержащего фенольную смолу и изоцианат, отличающийся тем, что в формовочную смесь добавляют порообразующий материал.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порообразующего материала используют карбонат аммония, гидрокарбонат аммония, карбонат натрия и/или гидрокарбонат натрия или другие пригодные карбонаты.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что к порообразующему материалу добавляют кислотный материал в качестве средства регулирования количества выделяемого диоксида углерода и/или продолжительности его выделения.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что осуществляют термообработку полученного литейного стержня или формы.
5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что связующее содержит фенольную смолу и изоцианат в соотношении 1:1, причем оба указанных компонента связующего одновременно добавляют в кварцевый песок и затем перемешивают.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что связующее содержит фенольную смолу и изоцианат в соотношении 1:1, причем оба указанных компонента связующего одновременно добавляют в кварцевый песок и затем перемешивают.
7. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в формовочную смесь для стержней одновременно со связующим или последовательно.
8. Способ по п.4, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в формовочную смесь для стержней одновременно со связующим или последовательно.
9. Способ по п.5, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в формовочную смесь для стержней одновременно со связующим или последовательно.
10. Способ по п.6, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в формовочную смесь для стержней одновременно со связующим или последовательно.
11. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в смесь по меньшей мере с одним из компонентов связующего.
12. Способ по п.4, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в смесь по меньшей мере с одним из компонентов связующего.
13. Способ по п.5, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в смесь по меньшей мере с одним из компонентов связующего.
14. Способ по п.6, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в смесь по меньшей мере с одним из компонентов связующего.
15. Способ по п.7, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в смесь по меньшей мере с одним из компонентов связующего.
16. Способ по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что порообразующий материал добавляют в смесь по меньшей мере с одним из компонентов связующего.
