Способ изготовления литейных стержней и форм по холодной оснастке

(7 ) Челябинский государственный техническ й университет(7 Челябинский государственный техническ й университет(56) Зотов Б.Н. Художественное литье, М.:Машиностроение, 1982.Авторское свидетельство СССРМ 70375, кл. В 22 С 5/04, 1979,Дошкарж И, и др. Производство точныхот ивок, 1979, с, 104. ОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ М ПО ХОЛОДНОЙ ОС(5 С Н (5 СПОСОБ ИЗГ РЖНЕЙ И Ф СТКЕ Изобретение тейном произ костенных, в ч вок сложной может быть использовано водстве при изготовлении астности художественных, конфигурации, Цель изотожней и форм пропитрованного наполнитподачей связующегоМПа,1 э и, ф лы,1 та у уплотненного плаки.ля смеси производят од давлением О,ОЗ-ОД бл. бретения - уменьшение массы и снижение трудоемкости получения отливок за счет повышения точности размеров, воспроизводи мости конфигурации и стабильности процесса изготовления стержней и форм, обеспечения легкого их удаления из отливок.Сущность изобретения: в способе изготовления литейных стержней и форм по холодной оснастке, включающем засыпку смеси, ее уплотнение и формирование стержня или формы путем гелеобразования связующего йод воздействием отвердите тя с последующей их пропиткой и сушкой, засыпку оснастки производят только зернистым сыпучим наполнителем смеси, предварительно плакированным отвердителем связующего, а самосвязующее вводят в уплотненный на пол нител ь, находящийся в оснастке, пос редством его пропитки, При изготовлении особо сложных по конфигурации и массивных стерИзобретение относится к литпроизводству и может быть испол. пр изготовлении стержней и форло ной оснастке преимущественноуч ния художественных ито костенных сливок со сложнымре ними полостями,и ни ра Целью изобретен массы и снижение отливок эа счет еров, воспроизв и стабильности и Ф ейному ьзовано м по ходля полдругих и внутия является уменьшетрудоемкости получеповышения точности одимости конфигурароцесса изготовления стержней и форм, обеспечения легкого их удаления из отливок,Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления. литейных стержней и форм по холодной оснастке, включающем засыпку смеси, ее уплотнение и формирование стержня или формы путем гелеобразования связующего под воздействием отвердителя с последующей их проциткой и сушкой, засыпку оснастки производят только зернистым сыпучим наполнителем смеси, предварительно плакированным отвердителем связующего, а само связую 1838026щее вводят в уплотненный наполнитель, находящийся в оснастке, посредством его и ро питки.Цель изобретения достигается также тем, что в предлагаемом способе при изготовлении особо сложных по конфигурации и массивных стержней и форм пропитку уплотненного плакированного наполнителя смеси производят подачей в оснастку связующего под давлением 0,03-0,5 МПа.Отличительными существенными признаками предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются засыпка оснастки только наполнителем смеси, не содержащей связующего; предварительное плакирование зернистого наполнителя смеси отвердителем ее связующего; перевод отвердителя из жидкого состояния в твердое добавкой в него катализатора коагуляции; уплотнение плакированного наполнителя до введения связующего смеси; введение связующего в уплотненный плакированный наполнитель путем его пропитки в оснастке; осуществление пропитки уплотненного плакированного наполнителя посредством подачи связующего поддавлением 0,03 и 0,5 МПа.Существенные отличия изобретения по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями состоят в следующем,Засыпаемая смесь не содержит жидкое связующее и имеет минимальную влажность (не более 1,5;), что обеспечивает ее высокие сыпучесть и формуемость. Это позволяет осуществлять качественную засыпку и уплотнение смеси в обьемноэамкнутых ящиках с проволочными каркасами-знаками с помощью вибрации, При этом достигается равномерное заполнение и уплотнение смеси по всему обьему оснастки, включая различные карманы и выемки, выполняемые с помощью отьемных частей. Обеспечивая высокую формуем ость смеси, заявляемь 1 й способ позволяет при сохранении минимальной ее усадки существенно повысить точность размеров и воспроизводимость конфигурации особо сложных стержней и форм при последующей пропитке связующим, Повышение точности стержней, в свою очередь, позволяет уменьшить массу изготовляемых отливок, снизить до минимума толщину их стенок, и, как следствие, повысить качество поверхности отливок. Предварительное плакирование зернистого наполнителя отвердителемсвязующего, переходящим через заданное время из жидкого в твердое состОяние добавкой коагулянта, обеспечивает, с одной стороны, качественное их перемешивание и равномерное распределение жидкого отвердителя на зернах песка, а с другой стороны, образование .после перемешивания твердой плакирующей пленки отвердителя, прочно удерживающейся на этих зернах. Огеливание отвердителя связующего, определяемое свойствами и количеством вводимого катализатора коагуляции, позволяет сохранить минимальную влажность, высокие сыпучесть и формуемость смеси. Отдельное введение на пол нителя и связующего смеси в оснастку без их предварительного смешивания исключает опасность преждевременного отверждения стержней до завершения операций засыпки и уплотнения, что делает процесс более гибким и технологичным, не требующим строгого контроля и регулирования времени приготовления смеси и ее отверждения при формообразовании в оснастке. Способ обеспечивает неограниченное увеличение срока хранения засыпаемой смеси, устраняет опасность ее слеживания и комкования, сохраняет постоянной в процессе изготовления стержней живучесть связующего, Все зто делает процесс более стабильным и легкоуправляемым. Введение связующего путем пропитки плакированного наполнителя позволяет, в первую очередь, произвести отверждение поверхностного, рабочего слоя. стержней, глубину которого можно регулировать временем пропитки и давлением, при котором подается связующее. Внутренняя часть стержня может быть не пропитана связующим, что обеспечивает беспрепятственное ее удаление из отливок, Пропитанная часть стержней после отверждения связующего. имеет высокую манипуляторную прочность (0 раст = 0,4 - 0,5 МПа),сразу после выемки из оснастки, однако при последующей естественной сушке стержней происходит ее разупрочнение до значений ораст = 0,15-0,2 МПа (после сушки на воздухе 3 ч). Таким образом, пропитанная часть стержня, не подвергшаяся дополнительному упрочнению, будет также легко удаляться из отливок, снижая трудоемкость их выбивки.Формирование стержней путем пропитки плакированного отвердителем наполнителя обеспечивает стабильность и равномерность структурообразования связующего вследствие равномерного распределения его по всему обьему смеси. Пропитка уплотненного наполнителя путем связующего под давлением 0,03 - 0,5 МПа позволяет изготовлять особо сложные по конфигурации и массивные стержни и формы, поскольку в этом случае достигается бо 1838026ле ни но об пр ст по че ко П сн ча мло аот ена крот еменге ею иня ве ля вр пе ве но от те на но че ци тв эт Гу ме от пр по на те 60 ки ск от в по ют ни уп пр ба интенсивное и качественное заполнемежэеренных пор смеси на эначительи, в том числе труднодоступной, их емной части. Охватывая большие, чемобычном давлении, площадь поверхнои внутренний объем стержней, пропиткадавлением позволяет уменьшить колитво отверстий в стенке оснастки. через орые проводится Ьропитка связующим. и неполной пропитке обеспечивается жение расхода связующего в смеси,Сущность заявляемого способа заклю-. тся в следующем. Зернистый наполнитель смеси, напри- кварцевый песок 2 К 0315, в бегунах или стном смесителе смешивают с жидким рдителем связующего, в который введеоагулирующая его добавка каталиэатоКоличество вводимого жидкогордителя определяется требуемым вреем пропитки наполнителя в оснастке и образования связующего, обеспечивам качественное формирование стержКоличество добавляемого в жидкий отдитель катализатора коагуляции опредется свойствами его материала и менем, достаточным для качественного емешивания наполнителя с жидким отдителем, а также для образования раверной и твердой плакирующей пленки ердителя,При перемешивании жидкий отвердиь с добавкой коагулянта плакирует зерна олнителя с образованием тонкой толщи, до 0,15 мм, сплошной пленки, которая ез заданное время вследствие коагуляотвердителя переходит из жидкого в рдое состояние, прочно удерживаясь на х зернах. При достижениивремени коаяции отвердителя происходит одновреное и равномерное в смеси огеливание ердителя, признаком которого является обретение смесью хорошей сыпучести, Для удаления излишков влаги и более ного отверждения плакирующей пленки олнитель подвергают естественной, в ение 12-24 ч, или ускоренной сушке при 80 С в течение 2 - 3 ч, Подготовленный укаэанным путем плаованный наполнитель через одно или не- лько небольших, диаметром 10-15 мм, ерстий. выполненных в стенке оснастки естах верхнего расположения их рабочейости, порциями или непрерывно засыпав оснастку. Качественное воспроизведее конфигурации и равномерность отнения смеси в оснастке достигают менением вибрации с амплитудой колеий 0,5-1,5 мм при частоте 50 Гц.10 152030354045 50 Для этого оснастку при засыпке устанавливают на вибростол. Признаком окончания уплотнения наполнителя в оснастке является прекращение падения его уровня в отверстии для засыпки при включенной вибрации,После засыпки и уплотнения плакированный зернистый наполнитель, находящийся в оснастке, пропитывают связующим смеси, Пропитку осуществляют через отверстия в стенках оснастки диаметром 6-12 мм, выполненные с определенным шагом между собой и закрытые перед засыпкой и уплотнением металлической сеткой (ячейка 0,16 - 0,25 мм) или пробками. В зависимости от сложности и размеров изготовляемых стержней и форм пропитку производят методом окунания оснастки в раствор связующего, либо подачей связующего поддавлением 0,03 - 0,5 МПа, осуществляемой спомощью трубки с конусообразным наконечником, который плотно входит в отверстия для пропитки. Необходимое давлениена связующее можно создать в стандартном бачке с встроенным насосом, предназначенным для перекачки жидкостей,Количество отверстий для пропитки определяется размерами и сложностью конфигурации рабочей полости оснастки, методом пропитки, пропитывающей способностью связующего и гелеобразующимдействием отвердителя, размерами зерен и степенью уплотнения смеси.В процессе пропитки под воздействием отвердителя, равномерно распределенного на зернах наполнителя в виде плакирующей пленки, происходит коагуляция, а затем иогеливание связующего и формируемый стержень приобретает твердость и прочность. Полученной прочности ( праст = 0,4 - 0,5 МПа) достаточно для последующих манипуляций со стержнем после его извлечения из оснастки. Время огеливания связующего выбирают исходя из требуемой площади и глубины пропитки смеси путем изменения концентрации отвердителя в плакированном наполнителе. Технологически достаточным является время огеливания связу,ющего 30-60 с.При пропитке под давлением, меньшим 0,03 МПа, связующее не проникает в удаленные от места его подачи и труднодоступные карманы и поднутрения в оснастке из-за тормозящего действия отвердителя и55 наличия воздушных пробок в указанных частях, В результате отдельные участки стержней сложной конфигурации оказываются не пропитанными. Давление более 0,5 МПа приводит к размыву поверхности стержней в местах пропитки и перерасходу связующе 1838026го из-за его утечки по линии разъема оснастки,В заявляемом способе в качестве зернистого наполнителя смеси могут быть использованы кварцевый песок марок К 016,К 02, К 0315 (ГОСТ 2138-84), сеяный шамотзернистостью 0,25-0,63 мм, электрокорундВ 16-50 (ОСТ 2 МТ-5-78).В качестве связующего смеси используются водоспиртовые гидролизованные.растворы этилсиликата -32 или этилсиликата-40 (ГОСТ 26371-84) с концентрацией кремнезема 8-14 мас., готовое этилсиликатное связующее марки ГСили ГС 20 Э,разбавленное водой до укаэанного содержания кремнезема;В качестве жидкого отвердителя указанных связующих растворов применяютводные растворы жидкого стекла (ГОСТ13078-81) плотностью 1200-1300 кг/мз. Катализатором коагуляции и огеливания отвердителя могут служить феррохромовыйшлак (ТУ 14-1195-74), нефелиновый шлам идругие отвердители жидкого стекла.После отверждения, извлечения иэ оснастки и поверхностной подсушки стержнии формы подвергают поверхностному упрочнению путем пропитки различными упрочняющими растворами с последующей ихестественной ипи тепловой сушкой, При необходимости увеличения прочности и глубины упрочняющего слоя стержней проводятповторную упрочняющую пропитку и увеличивают время их поверхностной подсушки.Для удаления влаги, вносимой при пропиткесвязующим и упрочняющими растворами,стержни и формы подвергают окончательной тепловой сушке.Заявляемый способ иллюстрируетсяследующими примерами,Г 1 р и м е р 1, Кварцевый песок марки2 К 0315 (ГОСТ 2138-74) плакируется жидкимотвердителем-раствором жидкого стекла(ГОСТ 13078-81) модулем 3,1 и плотностью1220 кг/м, в который введена добавка катализатора его коагуляции - феррохромовый шпак (ТУ 14-1195-74. Количествоотвердителя с катализатором. взятых в соотношении 3:1 по массе, составляет 3отмассы песка. При плакировании перемешивание песка с жидким отвердителем ведет-ся 10 мин, коагуляция отвердителянаступает через 15 мин. Плакированный песок подвергают ускоренной сушке при 70 Св течение 2,5 ч,Подготовленный плакированный песокчерез отверстие диаметром 10 мм засыпается в стержневой ящик, находящийся на вибростоле в собранном виде спроволочно-сварным каркасом, отдельны ми порциями и уплотняется с помощью вибрации с амплитудой 0,8-1 мм при частоте 50 Гц.Пропитку уплотненного плакированного песка, находящегося в ящике, производят через отверстие в стенке оснастки диаметром 8 мм, закрытое металлической сеткой с ячейкой 0,2 х 0,2 мм. Отверстия выполнены с шагом 50 мм друг от друга. Пропитку осуществляют путем окунания оснастки в связую 10 щее - водно-спиртовой гидропизованный раствор ЭТС(ГОСТ 26371-84) с концентрацией 12 мас,; кремнезема. Время пропитки составляет 30 с, время отверждения стержня в оснастке после пропитки - 15 с.Отвержденный стержень вынимается иэ оснастки и после естественной сушки в течение 2 - 3 ч, пропитывается жидкостекольным упрочняющим раствором и окончательно высушивается 2,5 ч. 1520 25 30 3540 45 Дальнейшие упрочнение и сушку проводят аналогично примеру 1.П р и м е р 3. Давление на связующее составляет, 0,23 МПа, отверстия для пропитки выполнены с шагом 75 мм, Время отвер 50 ждения связующего составляет 40 с.П р и м е р 4, Давление на связующее составляет 0,5 МПа, отверстия для пропитки выполнены с шагом 90 мм. Время отверждения связующего - 60 с. 55 Для получения сравнительных данных параллельно изготовляли стержни согласно прототипу (см. таблицу),Показателями для сравнения.служили влажность, сыпучесть и живучесть исходной смеси, точность размеров, степень воспроПодготовленные таким образом стержни использовали при изготовлении по выплавляемым моделям кварцевых форм и получении кабинетной художественной отливки "Конь с попоной",П р и м е р 2. Плакирование, засыпка и уплотнение напопнителя в ящике проводятся аналогично примеру 1. Для изготовленйя выбирается стержень сложной конфигурации с поднутрением и выемкой, выполненными в оснастке отъемными частями,Пропитку осуществляют через отверстие в стенке ящика диаметром 8 мм, закрытое резиновыми пробками перед уплотнением смеси, Отверстия выполнены с шагом 60 мм друг от друга. Пропитку осуществляют путем подачи того же связующего под давлением 0,03 МПа с помощью трубки с уплотнительным конусообразным наконечником, прижимаемым к отверстиям для пропитки, Давление создается внутри нагнетательного бачка встроенным в него насосом и фиксируется манометром. Время отверждения связующего составляет 25 с.1838026 из н н К св да ж ка ц и н е и е ри хн иявв зь 1,ни от ни за По прототипуКварц, песок, жидкое стеклоС хо став исной смеси аж ность еси пед засыпкой пучесть меси по рибору а им, Личева И.А. ивучесть смеси етод упоотнения смесимас. В с р 1,2 1,2 3,5 42-47 13 - 18 граниченас амплитуд. до 1 м 6 - 12 частота 50 Гц. рибрировани На в едения конфигурации стержней. измеие массы. отливки и трудоемкости удалеединицы массы стержня из отливки. оме того, определяли время отверждения зующего при пропитке под различным лением и прочность стержней при растянии (на стандартных образцах-восьмер) до и после упрочнения. Степень воспроизведения конфигурастержней определяли в о как отношеплощади их рабочей поверхности, ющей точную конфигурацию и геометеские размеры, к общей площади поверсти стержней.Состав смеси, параметры изготовления ехнологические свойства стержней по заяемому способу и прототипу приведены аблице.Результаты сравнения испытаний покавают, что заявляемый способ позволяет в - 1,2 раза уменьшить массу и снизить трумкость изготовления отливок за счет поения в 2-3 раза размерной точности, на 6 О степени воспроизведения конфигуии стержней и повышения стабильности цесса их изготовления, а также за счет спечения значительно более легкого ения стержней из отливок, Повышение ильности процесса изготовления стерй и форм достигается за счет неограниной живучести исходной смеси, номерного и качественного ее уплотнев оснастке, равномерного распределеотвердителя в объеме смеси, а также ельного введения связующего в наполель после его уплотнения,Наряду с уменьшением массы отливок,вляемый способ позволяет снизить до минимума толщину их стенок, что обеспечивает повышение качества поверхности отливок, Снижение массы и толщины стенок художественных отливок существенно улуч шает чистоту поверхности и качество их поверхностного рельефа и, тем самым, значительно повышает художественную ценность литья,10 Формула изобретения1. Способ изготовления литейных стержней и форм по холодной оснастке преимущественно для художественного литья,включающий засыпку в оснастку смеси на15 основе огнеупорного наполнителя, ее уплотнение и химическое отверждение путемгелеобразования связующего под воздействием отвердителя с последующей их выемкой из оснастки и упрочняющей поверхностной20 обработкой,отличающийся тем, что, сцелью уменьшения массы и снижения трудоемкости процесса получения отливок засчет повышения точности размеров, воспроизводимости конфигурации и стабильно 25 сти процесса изготовления стержней иформ, обеспечения легкого удаления из отливок, предварительно огнеупорный наполнитель плакируют отвердителемсвязующего и переводят в сыпучее состоя 30 ние, затем свободной засыпкой заполняютим оснастку и уплотняют, после чего в оснастку вводят связующее смеси посредствомпропитки наполнителя,35 2, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что пропитку связующим осуществляют под давлением 0,03-0,50 МПа,Пропитка под авлением, МПа 0,03 (Пр.2) 0,23 Пр.3) 0.50 (Пр.4)1838026 Продолжение таблицы Показатели Ед. измер. По прототипуПо заявленном способ П опитка по авлением, МПа Пропитка окунанием0,50 (Пр.4) О,ОЗ (Пр.2) 0,23 (Пр.З) Способ отверждения связующего Время отверждения Прочность стержней при растяжении (на станд, об- разцахвосьмерках) а)после выемки из ящика б) после естест. сушки в) в упрочняющемслоеРазмерная точность стержней Степень воспроизведения конфигурации стержней Масса отливок после выбивки стержней Трудоемкость удаления единицы массы стержней из от- ливки го песка Под воз 1 действием плакированно% 93 95 84 100 9,5 9,7 10,6 9,2 9,0 кг 20-25 мин/кг 2 - 3 2-3 3-4 4 - 5Составитель В.АлександровРедактор Т,Ходакова . Техред М,Моргентал Корректор П,Гереши Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2886 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5