Способ изготовления литейных форм и стержней для литья металлов

.11.88) 58, кл. В 22 С 9/12, ЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ Я ЛИ ГЬЯ МЕТАЛия; формы и стерж рнистого формово зующего веществ ия являет к эа счет зующего и ормовочно ГОСУДАРСТВЕН ЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Сущность изобретени изготавливают из зеного материала и из свя Изобретение относится к литейному производстоу и может быть использовано при точном литье для изготовления форм и стержней,Целью иэобрете ся повышение качества отлиоо повышения точки плавления свя предотвращения уноса зерен ф го материала о тело отливки,Цель достигается за счет следующего, В качестве связующего вещества для формовочной смеси используютеорга ническую соль, растворимую в воде и имеющую высокую точку плавления, как праоило, более высокую, чем температура литья, которую (соль), смешивают, растворив о воде с зернистым формовочным материалом и о процессе формовки выкристаллизовывают из ее оодного раствора физическим путем, в результате чего связующее оещеьгво обраскрепляюо 1 его зерна формовочного материала друг с другом, В качестве связующего вещества длл формовочной смеси используют алюминат натрия Ыа 20 А 20 з, соль которого растворима о воде и имеет высокую точку плавления, В процессе формовки связующее вещество выкристаллизооывают из его водного насыщенного раствора энергией микрооолн, о частности, СВ 1-энергией, в результате чего связующее образует между зернами формовочного материала перемычки, скрепляющие зерна материала друг с другом. Малярное соотношение алюмината натрия составляет 1;1. эует между зернами формовочного материала перемычки, скрепляющие зерна формовочного материала друг с другом, причем в процессе формовки и в процессе литья химические свойства соли остаются неизменными и она может быть растворена о воде СО или в ненасыщенном водном растворе свя- Д зующего вещества для разъединения со- ф стаоных частей формы, 4Таким образом, в соответствии с пред- р лагаемым способом формы и стержни изготавливают путем скрепления зерен формовочного материала друг с другом посредством растворимой в воде неорганической соли, точка плавления которой, как правило, выше температуры литья металлов, По сравнению с известными способами способ о соответствии с настояцим изобретением дает несколько существенных пре 1834743имуществ, из которых следуЪт упомянуть,например, следующие,При осуществлении предлагаемого способа но время формовки отсутствуют выделения, вредные для здоровья рабочих,потому чта тнердение связующего веществапроисходит беэ химической реакции и нпроцессе нет необходимости использоватьгазообразные катализаторы,Ва время или после литья, когда металлзатверденает или охлдждается, отсутствуетобразование пиролитических газов, которые были бы вредны для окружающей средь для здоровья рабочих или для качестваотливки,После затвердендния отливки разьединениа формы и стержней на части можетбыть осуществлено просто путем растворения связующего посредством воды или ненасыщенного водного растворасвязующего вещества.Формовочный материал, который былиспользован для формовки и для изготовления стержня, может быть легко регенерирондн мокрым. способом для повторногоиспользования.Изобретение описано более подробноописанием стадий способа.Связующим веществом, которое используют н предлагаемом способе, является неорганическое соединение с высокойтачкой плавления (в частности, неорганическая соль, которое растнорима в воде). Важной особенностью связующего веществаявляется то, что его точка плавления тдквысока, что она, как правило, не плавитсядаже при температурах жидкого металла.Кроме тога, связующее вещество обладает такими свойствами, что при температурах, имеющих место во время формовки илитья ано не вступает в химические реакциис основными минералами н зернах формовочного латериала, и, следовательно, не образует соединений, нерастворимых н воде.Иэ связующего соединения сначалаприготавливают водный раствор, кбтарыйзатем смешивают с зернами формовочногоматериала.Благодаря поверхностному натяжениюраствора связующего вещества, раствор образует жидкие перемычки (из-за собиранияжидкости) в точках контакта между частицали формовочного материала.Раствор связующего вещества имеетвысокую вязкость и высокую способностьприлипать. к основному минералу зеренформовочного материала, что обеспечивает"склеивание" зерен Формовочного материала друг с другом и делает формовочнуюсмесь связанной и способной к Формовке, 35 40 4950 55 10 152030 даже если само связующее вещество нсееще находится н ниде раствора.Когда из формовочной смеси, состанляощей форму или стержень, удалгнат воду, которую используют как растваритель н растворе связующего вещества, нместо жидкихперемычек, образуются твердые перемычки, которые и рочно скрепляют зерна формовочного материала друг с другом. Физическое состояние "твердых" перемычек из связующего вещества частично кристаллическое, частично аморфное, Вышеупоглянутое удаление растворителя снязуащего вещества из формовочной смеси может быть осуществлено, например путем выпаривания. Другим важнымпризнаком способа в соответствии с настоящим изобретением является то, что удаление растворителя пэ связующего вещества должно быть осуществлено тдк, чтобы используемая н качестве связующего соль не вступала н реакцию с каким-либо вторичным веществам. Такими вторичными веществами являются, например, сами зерна формовочного материала, загрязнения назернах, материалы покрытия, нанесенного окунанием; расплавленный металл, реакционноспасабные газы в воздухе. Это свайстна важно для изобретения, поталу чта связующая соль не должна образонывдть надое химическое соединение, нерастворимое или плохо растворимое в используемал растворителе.При температурах, существующих н процессе литья, связующее не подвержено плавлению, разложению или сгоранию, благодаря чему при литье не образуются пиролитические газы, которые н противном случае могли бы вызвать паны шенин да вления в стержнях и в частях формы и, следовательно, газовую пористость н отливках.Высвобождение отливки осуществляют путем растворения связующего вещества и удаления его иэ мест контакта между зернали формовочного материала и с поверхностей зерен посредством воды или ега ненасыщенного раствора.Зерна формовочного материала могут быть повторно использованы сразу же после промывки и сушки. Сушка может быть осуществлена, например, только центрифугированием.Количество растворенного связующего вещества, используемого н способе, составляет примерно 0,5-20 О по весу ат общего количества формовочного материала. Оптимальное количество растворенного связующего вещества составляет 1-5 оь от веса формовочного материала, 1834743510 Важным и весьма существенным признаком способа в соответствии с настоящим изобретением является то, цтокомбинацию из связующего вещества и зернистогоформовочного материала, используемую в способе, выбирают такой,цтОбы даже при высокой температуре литьяони не вступали в химическую реакцию другс другом с образованием продукта реакции,нерастворимого в воде.В качестве комбинации из связующеговещества и зернистого формовочного материалэ используют следующую: связующее -элюминат натрия МэА 02, т.е. Иа 20 А 20 з,и зернистый Формовочный материал - зерна корундэ, т.е. оксид алюминия А 20 з. Молярное отношение связующего можетколебаться в некоторых пределах, но предпочтительно составляет 1:1,Пример изготовления литейной формыили стержня.Сначала приготавливают нужную формовочную смесь путем смешивания друг сдругом зерен формовочного материала ирэстворэ связующего вещества при температуре 20-120 С, в результате чего растворсвязующего покрывает все поверхности зерен формовочного материала. После перемешивания формовочной смеси производят. формовку формы и стержня (все еще при20-120 С) обычным образом. Так. формовкаможет быть осуществлена:путем уплотнения или формовки вруцную;путем формовки посредством пескомета;путем использованйя пескометнойстержневой машины;путем применения вибрации и/илипрессования;любым другим известным способом,в результате чего получают свободно связанную форму или тэкой стержень,"Свежую" форму или стержень, полученные описанным выше образом, доводятдо требуемого состояния путем частичнойили полной сушки. Сушку производят следующим образом.Связующее вещество заставляют выкристаллизовываться из его водного раствора, поместив форму и/или стержень вэлектрическое и/или магнитное поле переменного направления, где в результате по.вышения кинетической энергииэлектрицески или магнитно поляризованных молекул или атомных группировок происходит разогрев формовочной смеси, Этоосуществляют путем нагрева формы илистержня в микроволновой (СВЧ) печи или ввысокочастотной печи, при этом в результа 15 20 25 30 35 40 45 50 те перемещения водных диполей, находящихся в формовочной смеси, формовочная смесь нагревается внутри и затвердевэет одновременно во всех ее частях.В способе по изобретению для испарения растворителя не может быть использован воздух даже нагретый), потому что в этом случае пленка связующего (все еще находящегося в виде раствора) вступала бы во вредную реакцию, например, с углекислым газом, содержащемся в воздухе, в результате чего образовывались бы плохо растворимые карбонаты, В предлагаемом способе удаление растворителя из формовочной смеси необходимо осуществлять специально путем выпаривания с доведением до кипения (т,е. давление пэров рэс 1 ворителя должно быть выше, чем давление воздуха, газэ или пара в окружающей среде), благодаря чему рэстворитель, находящийся в пленке связующего вещества в формовочном материале, выпаривается, что обеспечивает полную кристаллизацию неорганической соли и тем самым скрепление зерен формовочного материала друг с другол, При использовании способа в соответствии с настоящим изобретением должна быть обеспечена возможность доведения растворителя до кипения, по существу, одновременно в каждой части формовочного материала, чтобы не было медленного в.лпэривания растворителя, происходящего из от поверхности формовочной смеси к внутренним частям. В противном слуцае, т.к, при этэком медленно протекающем процессе выпаривания, всегда имела бы место вредная конденсация растворителя, находящегося в смеси, в более холодной части формовочного материала. Поэтому в способе по настоящему изобретению необходимоиспользовать такой метод нагрева, который обеспечивэет нагрев растворителя до точки кипения (в насыщенном растворе) одновременно в каждой тоцке в формовоцном латериале, Такого типа нагрев осуществляют посредством описанного выше электромагнитного поля с быстро чередующимся направлением, действующего на поляризованные молекулы воды так, что растворитель нагревается и в конце концов полностью выпэривается,Нэ твердую форму или стержень, иэготовленные описанным выше образом, наносят покрытие окунанием или их покрывают каким-либо материалом, который отталкивает .расплавленный металл. Материалом для покрытия окунанием является материал, в котором растворитель или жидкий компонент физической смеси материала для покрытия представляет собой жидкость, ко 1834743торвя не растворяет связующее вещество формы или стержня. Следовательно, в качестве растворителя или жидкого компонента не должна быть использована вода, Когда в качестве связующего вещества используют алюминат натрия, то в качестве растворителя материала для покрытия окунанием можно использовать, например, концентрированный (абсолютный) этиловый спирт или ацетон. Затем из формы или стержня удаляют каким-либо способом, соответствующим тому, который используют для сушки формы и стержня, растворитель материала для покрытия окунанием и остаток растворителя связующего вещества стержня или формы (если он есть).После этого линейные формы и стержни собирают для осуществления процесса литья, причем сборка может быть выполнена обычным способом.При использовании литейной формы для литья изделий, имеющих тонкие стенки, или эквивалентных изделий формы с ее стержнем могут быть нагреты перед литьем, для того, чтобы повысить текучесть металла или металлического сплава. Предварительный нагрев может быть осуществлен без вреда для связующего вещества, например, до 50-5000 С.Чтобы обеспечить эффект отбела, литейная форма с ее стержнем может быть охлаждена, например, до температуры в пределах О -150 С, что тоже не окажет вредного действия на связующее вещество, Охлаждение может быть осуществлено, например, посредством холодного газа такого,как воздух, азот или аргон), не вступающего в химическую реакцию со связующим веществом с образованием продукта реакции, нерастворимого в воде.Литейная форма с ее стержнем может быть залита расплавленным металлом либо обычным образом (в атмосфере литейного цеха), либо при отрицательном давлении с обеспечением требуемого разрежения.В форме и стержне, изготовленных описанным выше образом, имеется большое пространство между зернами формовочно-.го материала, что способствует перемещению газов в .форме или стержне, и, следовательно означает, что газопроницаемость полученных формы и стержня очень хорошая. Газопроницаемость может быть максимально увеличена путем использования частиц формовочного материала насколько возможно большого и одинаковогоразмера.После кристаллизации залитого металла или металлического сплава разьединение форм и стержней на части может быть50 55 10 15 20 25 30 35 40 45 осуществлено просто путем растворения и удаления связующего вещества формовочного материала посредством воды, потому что используемое связующее вещество таково, что позволяет - после возможного заполнения формы инертным газом, нагрева или охлаждения, литья и кристаллиэации -вновь растворять его в растворителе т.е. воде), что обеспечивает возможность высвобождения отливки без образования пыли и без вредных выделений в жидкой фазе, Растворение связующего вещества может быть осуществлено, например, посредством струи воды или струи воды с паром или путем погружения иэделия в воду.После разьединения формы или стержня на составные части описанным выше образом производят отделение зерен формовочного материала от смеси водяного растворадля повторного использования после промывки и сушки. Таким образом, предлагаемый способ дает возможность использовать связующее вещество повторно, что обеспечивает почти замкнутую цепь циркуляции, Раствор связующего вещества в воде может быть использован для разьединения форм и стержней на части в зависимости от температуры до тех пор пока концентрация связующего вещества в растворе не повысится до 30 - 50;4 по весу, Шлам, образованный материалом для покрытия окунанием, может быть удален из используемого при разъединении раствора путем фильтрации. Связующее вещество может быть отделено от раствора (когда он холодный) путем кристаллизации или путем выпаривания раствора до сухости, Раствор связующего вещества является сильно щелочным, раствором, но тем не менее он не делает воду эвтрофной и потому не представляет опасности для окружающей среды, Черные металлы не покрываются ржавчиной под воздействием раствора связующего, потому что раствор связующего пассивирует их поверхность. Формула изобретения Способ изготовления литейных форм и стержней для литья металлов, включающий смешивание зернистого формовочного материала и связующего в виде водного раствора и последующее их отверждение, причем в качестве связующего используют алюминат натрия йа 20 А 20 з, о т л и ч а ющ и й с я тем, что. с целью повышения качества отливок за счет повышения точки плавления связующего и предотвращения уноса зерен формовочного материала потоком металла в тело отливки, в качестве1834743 Составитель В;ХоледовТехред М.Моргентал . Корректор О.Кравцова Редактор Заказ 2697 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 зернистого формовочного материала используют корунд, малярное соотношение алюмината натрия составляет 1.1, а отверж-:дение форм и. стержней осуществляют воз-, действием на них энергией микроволн, в 5 частности СВЧ-энергией, до кристаллизации соли связующего из насыщенного водного раствора для образованил твердых перемычек между зернами формовочного материала,. причем соль связующего легко растворима в воде или в ее ненасыщенном растворе, а ее химические свойства не изменяются о течение всего технологического цикла.