Способ изготовления литейных форм

1 135Изобретение относится к литейномупроизводству, а именно к способу получения химически твердеющих формили стержней из жидконаливных самотвердеющих смесей при производстветочных отливок из черных и цветныхсплавов.Цель изобретения - повышение качества литейных форм путем измененияподатливости разовой модели в процессе отверждения самотвердеющей смесипри стабилизационной выдержке ее подпленкой в разовой модели,При изготовлении известным способом с помощью вакуумной формовки разовую модель формуют и упрочняютуплотнением песка вибрацией и разрежением внутри полости облицЬвочнойпленки с учетом зернистости, насыпного веса и текучести формовочного материала. Для повышения эластичностии устранения появления складок облицоцовочной пленки на рабочей поверхности разовой модели при ее изготовлениивакуумной формовкой сыпучий формовочный материал нагревают до 60-90"С.Геометрические размеры рабочей полости разовой модели на стадии ее изготовления фиксируется в условиях оптимальной степнеи разрежения л 360 ммрт.ст. при длительности вибрации более 6 с, когда твердость формы достигает максимума и дополнительной усадки ее не происходит. Предел прочности на сжатие Й пропорционален степени разрежения Р, а максимальномузначению твердости разовой моделиНВ 93-95 при оптимальной степени разрежения Р 360 мм рт.ст, соответствует прочность на сжатие С 3,43 6 кгс/см2.Указанные физические характеристики разовой модели определяют еевозмжность противостоять воздействиюжидкоподвижной керамической смесипри заполнении и в процессе ее отверждения до упругого состояния.Полученную таким образом по описанному процессу разовую модель за,полняют керамической смесью на основе гидролиэованного этилсиликата,смеси огнеупорных материалов и гелеобразователя в , вещества с основнымисвойствами, где она через несколькоминут переходит в студеобразное состояние,а затем твердеет вследствиегелеобраэования. В процессе заполнения и перехода керамической смеси в25303540 45 50 поверхностным слоем керамики и образованию зазора между ними. Однако, в керамической форме продолжают протекать процессы отверждения связующего и испарения его дисперсионнойсреды, которые вызывают объемнуюусадку керамики, а разная ее усадкапо объему вызывает деформацию, чтоприводит к возникновению напряжений,ведущих-к появлению трещин.Для ускорения образования конечной стабильной структуры керамики за счет старения геля и образования мелкой сетки трещин в поверхностном слое керамической формы ее выдерживаютпод облицовочной пленкой в разовой модели. Стабилизационная выдержка под пленкой фиксируется формированием зазора между облицовочной пленкой и поверхностным слоем керамической формы. Формирование зазора обусловлено разрежением под облицовочной пленкой разовой модели и объемной усадкой керамики, которая продолжается со свободной деформацией в пределах до 5-6 мин после ее частичного затвердевания. Время выдержки фиксируется изменением прозрачности облицовочной пленки при появлении в зазоре аэрозолей дисперсионной среды связующегов результате ее испарения из керамики, Так как поры и капилляры затвердевшей керамической смеси в период ее нахождения в упругом состоянии имеют разнообразную форму и заполне 9054студеобразное состояние до приобрет ния керамикой упругого состояния вакуум полости облицовочной пленки разовой модели поддерживается постоянным лг 360 мм рт.ст., что обеспечивает размерную точность разовой модели при ее вибрации для удалениягазовых включений из керамической:суспензии после ее заливки.Время приобретения керамикой упругого состояния - образования гелясвязующего, определяется визуальнопоявлением характерной глянцевой 15 пленки на ее открытой поверхности,зависит от состава смеси и находитсяв пределах 1-5 мин, За этот периодкерамическая смесь твердеет на поверхности контакта соблицовочной 20 пленкой благодаря теплообмену междунагретым до 60-90 С формовочным матеориалом разовой модели и керамикой,что приводит к минимальным значениямадгезии между пленкой и затвердевшим35 40 3 13590 ны жидкостью (дисперсионной средой связующего), то после нагрева поверхностного слоя керамической формы доО60-90 С, в результате испарения летучих из пор и капилляров в зазор, образуется мелкая сетка трещин. Для образования мелкой сетки трещин в поверхностном слое керамической формы стабилизационная выдержка состав ляет 5-6 мин после конца заполнения керамической смесью разовой модели и приобретения керамикой упругого состояния. Однако, в процессе стабилизационной вьдержки в местах за ,трудненной объемной усадки керамической формы, создаются напряжения, превышающие.прочностные характеристики керамики, что приводит к нарушению ее сплошности и разрушению формы. 20 Объясняется это тем, что предел прочности на сжатие о разовой модели составляет 3,4-3,6 кгс/см , а предел прочности на изгиб сырых и подсушенных керамических образцов после ста билизационной вьдержки, не превышает 1,4-1,9 кгс/см. Следовательно, для предотвращения разрушения сплошности керамики и образования глубоких трещин в местах затрудненной усадки не обходимо условие, при котором( Д8 - изг Это условие может быть выполнено при минимальных значениях разрежения Р внутри разовой модели и сохранении зазора между облицовочной пленкой и керамикой при непрерывном процессе ее объемной усадки.В процессе стабилизационной выдержки с внутренней полости облицовочной пленки разовой модели равномерно снимают вакуум, что при длительности стабилизационной вьдержки 5-,6 мин определяет скорость снижения перепадом давления 60-70 мм рт.ст,//мин с 360 мм рт.ст, до атмосферного. При этом прочность на сжатие разовоймодели уменьшается пропорциональноразрешению, обеспечивая равномерноеувеличение ее податливости, а непре,рывный процесс объемной усадки керамикиобеспечивает сохранение зазорамежду пленкой, удерживаемой разрежением внутри разовой модели, и поверхностным слоем керамической формы.После разупрочнения разовой модели в процессе стабилизационной вьдержкикерамическую форму освобождают отматериала модели, снимают с поверхности последней пленку, удаляют летучие составляющие и форму прокаливают.Благодаря свободной усадке керамики при ее отверждении по всему объему и образованию мелкой сетки трещинв поверхностном слое керамическойформы при равных значениях свободнойи затрудненной деформации ее при термической обработке, дополнительныевнутренние напряжения в литейнойформе не возникают, что значительноповышает ее качество,Были проведены сравнительные испытания известных и предлагаемого способов изготовления керамическихстержней для получения литых распределительных каналов корпуса гидроаппаратуры. Керамический стержень представляет собой знаковую часть диаметром 120 мм, высотой 24 мм и шестьцилиндрических выступов диаметром20 мм и высотой 80 мм, расположенныхсимметрично по наружному диаметрузнаковой части.Стержни получали известным способом по алюминиевому стержневому ящику и по разовым моделям, изготовленным с помощью вакуумной формовки помодели-образцу самого стержня, и поизобретению. Нанесение облицовочнойпленки на оснастку и изготовлениеразовых моделей осуществляли на установке вакуумной формовки Эпроизводства опытного завода НИИСЛ. В качестве облицовочной пленки использовали "СЭВилен" толщиной 0,1-0,12 мм,а в качестве сыпучего материала формовочный кварцевый песок средней зернистости. Керамическую смесь на основе гидролизованного этилсиликата с органическим растворителем - ацетоном приготавливали в лопастном смесителе при 1420 об/мин, где на 1 лсвязующего брали 3 кг наполнителя(603 молотого кварца КП- и 407 формовочного песка 1 КО 2 А) и вводили 3638 мл 152-ного раствора аммиака.При изготовлении стержней по алюминиевому стержневому ящику на егорабочую полость наносили с помощьювакуума облицовочную пенку, послечего рабочую полость стержневого ящика с разделительным покрытием заполняли керамической смесью.Изготовление стержней с применением разовой модели по модели-образцусамого стержня осуществляли известным способом с помощью вакуумной фор135 1 а летучих и прокалки. 15 20 25 30 35 40 Значения прочности на сжатие разовой модели от разрежения в ее внутренней полости под облицовочной пленкой представлены в табл. 1.После извлечения и освобождения керамических стержней летучие составляющие из последних удаляли выжиганием в течение 12-15 мин, Прокалку керамических стержней проводили в электропечи сопротивления, где стержни нагревали вместе с печью до 900 о920 С со скоростью 5-10 град/мин, затем выдерживали при этой температу 50 мовки. По этому способу для нанесения облицовочной пленки на модель-образец сложного профиля без складок и повреждений при формовке сыпучий маотериал нагревали до 60-90 С, уплотнение вибрацией производили в течение 6-7 с и вакуумировали форму, доведя разрежение в ней под облицовочной пленкой до 360 мм рт.ст. Полученную таким образом вакуумную форму - разовую модель освобождали от модели-оборазцй, кантовали на 180 и устанавливали на вибростол вакуумной установки под заливку керамической суспензией.После заполнения стержневого ящика и разовых моделей керамической суспензией указанного выше состава производили ее вибрирование на установке 3-75 в течение 3-4 с для удаления воздушных пузырьков, образовавшихся в процессе гравитационной заливки.Время затвердевания керамической смеси до упругого состояния после стержневого ящика составляло 1,4- 1,6 мин, а разовых моделей, уплотненных вакуумом прилмм рт.ст.1,0-1;2 мин. Сатиблизационную выдержку керамического стержня в оснастке и под облицовочной пленкой в разовой модели осуществляли в течение 5- 6 мин, после чего стержень из металлической оснастки извлекали сжатым воздухом через технологические отверстия в оснастке, а из известной разовой модели освобождали сбросом вакуума. При этом в процессе стабилизационной выдержки по предлагаемомутехническому решению во внутреннейполости разовой модели под облицовочной пленкой осуществляли равномерноеснятие вакуума на 60-70 мм рт,ст./миндо атмосферного (760 мм рт.ст.). 90546ре 2-2,5 ч иохлаждали вместе с пео,чью до 40-50 С. Коробление цилиндрических выступов определяли металлическим уголком, а наличие крупных трещин на стыке выступов и знаковой части и разрушение керамики - визуально соответственно после приобретения упругогосостояния, стабилизационной выдержкив оснастке и под пленкой, удаления В табл, 2 представлены результаты испытаний,Изменение размерной точности керамических стержней определяли контрольными измерениями размеров между внутренними поверхностями выступающих цилиндрических выступов, расположенных симметрично относительно другдруга в нижнем основании знаковойчасти, и по свободной усадке размеров по наружному диаметру знаковойчасти после их термообработки по вышеописанному режиму. Влияние технологических факторов на изменение линейных размеров в прокаленных керамических стержнях представлены в табл, 3,Из табл. 1 и 2 видно, что изготовление керамических стержней по предлагаемому способу по сравнению с известным предупреждает образование крупных трещин, коробление и разрушение стержней. Обьяснить это можно и тем, что согласно табл. 3 значения затрудненной и свободной деформации. уравниваются и препятствуют возникновению дополнительных напряжений в керамике, это повышает качество стержней. 45 При изготовлении литых заготовок гравюры матрицы по керамическим стержням, изготовленным предлагаемым способом, была достигнута высокая размерая точность между осями формообразующих поверхностей симметричных составных частей пресс-формы и исключена механическая обработка их рабочих поверхностей.Применение предлагаемого способа изготовления литейных форм может найти широкое применение в цехах и участках по производству точных отливок и литых изделий, например, матриц пресс-форм, кокилей, штампов и т.п,7 359054,Формула изобретения Таблица Способ изготовления литейных форм, . включающий получение разовой модели5 методом вакуумной формовки, заполнение ее самоотвердеющей смесью, от-. верждение последней, снятие вакуума внутри. облицовочной пленки разовой модели и отделение формы от матерна О ла модели, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества литейных форм путем изменения податливости разовой модели в процессе отверждения самотвердеющей смеси при 5 стабилизационной выдержке ее подпленкой в разовой модели, внутри об лицовочной пленки разовой модели да ление поднимают до атмосферного .со скоростью 60-70 мм рт.ст./мин.раэруненне керамики после,Способ иэротов К ленин керамйчес- л кнк стернией : в оробение осле иээле-чеиия стерння н ия лебилиэаци выдеркк к эру ний аэруевий аэру евий- 3-4 1-2 4-5 Иэвестный (сненениек металлческой:оснастк 2-3 2-3 Иэвестный (с принененнен раэо-.эой модели)Д 1 2 1 "2 Нет Нет ,Нет Н е Нет аг Т ц а ение линейных размеров про ных керамических стержней,минималь ное знаение е ени 0,80 0,40 Известныйем металлстки) с применени еской оснас примененимодели) Известный ем разов О,3 0,35 3 ной усадке о с Способ изготовления керамических стержней 1-2 1-2 . 1-2 1-2 2