Смесь для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям
Владельцы патента RU 2327543:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ) (ГТУ) (RU)
Изобретение может быть использовано преимущественно при производстве ювелирных и художественных изделий из благородных и цветных металлов. Смесь содержит мас.%: гипс 23,8-24,3, кварцевый песок 35,7-39,2, каолинит 4,2-4,5, каолиновую вату 5,5-7,1 и воду - остальное. Введение каолинита и каолиновой ваты обеспечивает повышение текучести, жаростойкости и прочности смеси после прокалки. 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству, в частности к разработке составов смесей для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, преимущественно используемым при производстве ювелирных и художественных изделий из благородных и цветных металлов.
Известна смесь для приготовления литейных форм по выплавляемым моделям (см. Патент РФ №2105630, опубл. 27.02.98), включающая гипс, воду, обожженный кварцит, дигидрофосфат, в следующем соотношении компонентов, мас.%:
| обожженный кварцит | 52,0-57,0 |
| гипс | 15,0-20,0 |
| дигидрофосфат | 0,05-2,0 |
| вода | остальное |
Недостатком аналога является то, что применение кварцита в составе смеси приводит к значительному увеличению длительности процесса обжига смеси при изготовлении литейных форм по выплавляемым моделям, что требует дополнительных материальных затрат.
Наиболее близкой к предлагаемой смеси является широко применяемая в ювелирном производстве смесь для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям (см. кн. Кестнер О,Е, Бираданьянц В,К, «Точное литье цветных сплавов в гипсовые и керамические формы», М, Машиностроение 1968 г., с.18), включающая гипс, воду, кварцевый песок, асбест, борную кислоту, при следующем содержании компонентов, мас.%:
| кварцевый песок | 28,5-42,8 |
| гипс | 21,4-35,7 |
| асбест | 5,7-7,1 |
| борная кислота | 0,7-1,4 |
| вода | остальное |
Смесь для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, взятая в качестве прототипа, обладает рядом существенных недостатков. Во-первых, применение асбеста в качестве армирующей добавки не позволяет получить высокой прочности литейной формы, так как при прокаливании такой смеси при температуре выше 600°С асбест теряет армирующие свойства. Во-вторых, при вдыхании порошкообразного асбеста возникает опасность раковых заболеваний у работников, так как асбест является канцерогенным веществом. В-третьих, добавление борной кислоты в смесь в качестве замедлителя схватывания приводит к ее взаимодействию с модельным составом, что снижает чистоту поверхности отливок.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение текучести, жаростойкости и прочности смеси после прокалки, а также улучшение санитарно-гигиенических условий труда за счет использования в смеси неорганических природных материалов.
Решение технической задачи достигается тем, что в смесь для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, содержащую гипс, кварцевый песок и воду, согласно изобретению дополнительно вводят в качестве замедлителя схватывания каолинит, а в качестве армирующей добавки - каолиновую вату, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| гипс | 23,8-24,3 |
| кварцевый песок | 35,7-39,2 |
| каолинит | 4,2-4,5 |
| каолиновая вата | 5,5-7,1 |
| вода | остальное |
Данное техническое решение позволит повысить текучесть, жаростойкость и прочность смеси после прокалки, а также улучшить санитарно-гигиенические условия труда за счет использования в смеси неорганических природных материалов.
Каолинит представляет собой минерал (AI2O3·2SiO2·2H2O), имеющий твердость по шкале Мооса 2, плотность 2,6 г/см3 и высокую температуру плавления 1750°С. Ввод каолинита в состав смеси в качестве замедлителя схватывания повысит текучесть смеси и предупредит появление трещин во время процесса прокалки и улучшит качество поверхности литейной формы. Уменьшение содержания в смеси каолинита меньше 4,2 мас.% приводит к увеличению скорости затвердевания смеси, а увеличение содержания в смеси каолинита больше 4,5 мас.% приводит к образованию трещин при прокалке смеси и снижению качества ее поверхности.
Каолиновая вата является огнеупорным материалом высокотемпературной теплоизоляции, устойчива к вибрации, инертна к воде, водяному пару, маслам и кислотам, обладает высокими электроизоляционными показателями, малоизменяющимися с повышением температуры до 700-800°С, и не смачивается жидкими металлами. Благодаря этим свойствам добавление каолиновой ваты в смесь для изготовления литейных форм в качестве армирующего компонента повысит текучесть смеси, ее жаростойкость и прочность литейных форм после прокалки. Уменьшение содержания в смеси каолиновой ваты меньше 5,5 мас.% снизит жаростойкость смеси, а увеличение содержания больше 7,1 мас.% снизит прочность литейных форм после прокалки.
Показатели преимуществ предлагаемой смеси в зависимости от соотношения компонентов приведены в табл.1, 2.
Приготовление формовочной смеси осуществляют следующим образом.
Измельченную каолиновую вату замачивают в воде на 30-40 мин, а остальные составляющие (каолинит, гипс и кварцевый песок) перемешивают между собой. По истечении указанного времени разбухшую каолиновую вату перемешивают в воде специальным миксером в течение 2-5 мин, после чего вводят сухие компоненты (гипс, каолинит, кварцевый песок) и снова перемешивают до получения однородной массы. Готовую смесь заливают в опоку с установленным в нее модельным блоком. Для получения наилучшего качества литейной формы заливку опок проводят на вибрационном столе.
Готовые формы сушат при комнатной температуре в течение 8-12 часов, после чего проводят вытопку моделей при температуре 200-250°С с последующей прокалкой при температуре 600-650°С в течение 2-6 часов. Заливку металла осуществляют как в холодные, так и подогретые до 600°С формы.
Использование предлагаемой смеси для литейных форм по выплавляемым моделям позволит по сравнению с прототипом повысить текучесть, жаростойкость и прочность смеси после прокалки, а также улучшить санитарно-гигиенические условия труда за счет использования в смеси неорганических природных материалов и снизить количество бракованных форм.
| Таблица 1 Составы смесей для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям | |||||||
| Ингредиенты | Состав смеси, % | ||||||
| Предлагаемые смеси | Смеси по прототипу | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Гипс | 24,0 | 24,3 | 23,8 | 24,1 | 23,8 | 23,9 | 34,3 |
| Каолинит | 4,2 | 4,3 | 4,4 | 4,5 | - | - | - |
| Песок кварцевый | 35,7 | 35,7 | 35,7 | 35,7 | 29,1 | 34,5 | 41,5 |
| Каолиновая вата | 5,5 | 5,8 | 6 | 7,1 | - | - | - |
| Асбест | - | - | - | - | 5,8 | 6,5 | 7,0 |
| Борная кислота | - | - | - | - | 0,8 | 1,2 | 1,35 |
| Вода | ост. | ост. | ост. | ост. | ост. | ост. | ост. |
| Таблица 2 Показатели смесей | ||||||||
| Показатели | Предлагаемые смеси | Смеси по прототипу | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| Текучесть по Саттарду, см | 16,5 | 17,5 | 17,2 | 16,0 | 14 | 15,1 | 16 | |
| Срок схватываемости, мин | 15 | 19 | 21 | 18 | 24,2 | 24,6 | 25,0 | |
| Прочность на сжатие, кг/см2 | до прокалки | 2,4 | 5,7 | 4,2 | 7,3 | 2,3 | 2,4 | 2,25 |
| после прокалки в холодном состоянии | 15 | 19 | 18 | 15 | 14,6 | 14,2 | 15 | |
| Величина брака, % | до 18 | до 3 | до 6 | до 40 | до 41 | до 45 | до 40 | |
| Опасность образования раковых заболеваний у обслуживающего персонала | нет | нет | нет | нет | есть | есть | есть |
Смесь для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, содержащая гипс, кварцевый песок и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит каолинит и каолиновую вату при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| гипс | 23,8-24,3 |
| кварцевый песок | 35,7-39,2 |
| каолинит | 4,2-4,5 |
| каолиновая вата | 5,5-7,1 |
| вода | остальное |
