СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗИФИЦИРУЕМЫХ МОДЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING GASIFIED CASTING PATTERNS AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению разовых пенополистироловых газифицируемых моделей для литья по газифицируемым моделям (ЛГМ).
Известен способ изготовления пенополистирольных блоков, который включает заполнение формы, формообразующие поверхности которой покрыты антипригарной смазкой, предварительно вспененными гранулами полистирола, замыкание формы и формование блоков подачей в формы водяного пара методом «теплового удара». Через 6-8 мин после прекращения подачи пара проводят охлаждение со скоростью 60-80°C/мин, циклично, методом «холодного удара» в течение 6-9 мин. Соотношение времени охлаждения к времени выдержки между циклами равно 1:2. После этого форму охлаждают в естественных условиях до 40-45°C и извлекают изделие [А.с. СССР №1790516 МПК B29C 67/20, В29К 105/04, 1993].
Недостатками этого способа является сложность технологического процесса, обусловленная сложностью и громоздкостью конструкции устройства для его осуществления, снабженного системами приготовления и подачи пара в форму, системой подачи воды для охлаждения формы, что усложняет эксплуатацию, требует дополнительных материальных и энергетических затрат.
Известны способы и устройства [Шуляк B.C. Литье по газифицируемым моделям. - СПб.: НПО «Профессионал», 2007. С.50-66], лежащие в основе современных технологий получения гранул пенополистирола из гранул полистирола и изготовления в пресс-форме разовых пенополистироловых моделей для ЛГМ.
Вспучивание гранул полистирола производят способами: в горячей воде, паровой ванне, потоке пара, потоке горячего воздуха и электромагнитном поле высокой частоты (там же, с.50).
Известен способ вспенивания гранул полистирола в горячей воде (в ванне) при температуре 95-105°C [Шуляк B.C. Литье по газифицируемым моделям. - СПб.: НПО «Профессионал», 2007. С.50]. «Гранулы полистирола засыпают тонким слоем в короб, который закрывают крышкой. Днище короба и крышка выполнены из капроновой ткани или медной сетки. Короб с гранулами погружают в кипящую воду на такую глубину, чтобы верх короба был перекрыт кипящей водой. После выдержки в воде в течение заданного времени короб извлекают и производят сушку полученных гранул пенополистирола».
Несмотря на стабильность процессов вспенивания в водяной ванне, в связи с низкой производительностью, высокой остаточной влажностью гранул и комкованием (слипанием) в процессе вспенивания данная технология не получила промышленного применения (там же, с.50).
В зависимости от теплоносителя и его воздействия на процесс расширения и спекания гранул пенополистирола в пресс-форме применяют следующие способы тепловой обработки пресс-формы: ванный (при данном способе не гранулы, а пресс-форма, заполненная гранулами, погружается в водяную ванну при температуре 100°C, с.57-58), автоклавный, внутренний тепловой удар, внешний тепловой удар, в электромагнитном поле высокой частоты (ТВЧ) - с.57-66.
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления газифицируемых моделей «внешним тепловым ударом» [Шуляк B.C. Литье по газифицируемым моделям. - СПб.: НПО «Профессионал», 2007. С.64-65], при котором «пресс-форма помещается в камеру-рубашку, куда подается острый пар при скорости 1 кг/мин под давлением 0,2-0,35 МПа при температуре 110-120°C. Из паровой камеры пар поступает через венты в пресс-форму, которая предварительно заполняется гранулами вспененного пенополистирола, в результате чего происходит его расширение и формирование модели. После снятия давления пара стенки пресс-формы интенсивно охлаждаются водяным обрызгиванием до температуры 40-50°C и модель извлекается из пресс-формы».
Осуществление данного способа требует специализированного оборудования и устройств, систем приготовления и подачи перегретого пара в пресс-форму, системы обрызгивания пресс-формы водой, что усложняет и удорожает конструкцию оборудования и его эксплуатацию, требует дополнительных материальных и энергетических затрат.
В этой связи важной задачей является создание нового способа изготовления газифицируемых моделей, позволяющего совместить «ванный» режим и режим «теплового удара» в самой пресс-форме и тем самым провести тепловую обработку гранул пенополистирола последовательно вначале горячей, затем кипящей водой, а затем еще и перегретым паром, обеспечивающую «комплексный тепловой удар» и приводящую к достижению технического результата, и позволяющего разработать новый интенсифицированный технологический процесс, существенно его упростить и повысить эффективность, снизить материальные и энергетические затраты на производство разовых пенополистироловых моделей, что, в свою очередь, позволит применять его в литейном производстве при получении литых заготовок методом ЛГМ.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления газифицируемых моделей, включающем заполнение пресс-формы с вентами гранулами вспененного полистирола, формирование модели методом «теплового удара», охлаждение пресс-формы методом «холодного удара» и извлечение моделей при достижении пресс-формой температуры 40-50°C, после заполнения пресс-формы гранулами пенополистирола в нее заливают воду в количестве 0,2-0,5 остаточного объема, образованного зазорами между гранулами, затем пресс-форме придают вращение и одновременно нагревают горячим воздухом до кипения воды и образования перегретого пара, при этом обработку гранул проводят в пресс-форме последовательно горячей, кипящей водой и перегретым паром до их спекания, обеспечивающей «комплексный тепловой удар», и заканчивают по окончании выхода отработанного пара и конденсата через венты пресс-формы спустя 30-120 с, после чего пресс-форму охлаждают в потоке холодного воздуха и извлекают модель.
Известно устройство для осуществления способа изготовления газифицируемых моделей «внешним тепловым ударом» [Шуляк B.C. Литье по газифицируемым моделям. - СПб.: НПО «Профессионал», 2007. С.64-65], содержащее камеру-рубашку, снабженную системами приготовления, подачи острого пара и выхода отработанного пара, системой подачи и выхода воды, задувным устройством, обеспечивающими предварительное заполнение пресс-формы с вентами гранулами пенополистирола, приготовление, поступление острого пара в камеру-рубашку, а из нее в пресс-форму, расширение и спекание гранул пенополистирола в пресс-форме, охлаждение пресс-формы водяным обрызгиванием и извлечение сформированной модели из пресс-формы.
Данное устройство (установка) имеет сложную, громоздкую, энергоемкую, небезопасную в эксплуатации конструкцию, оснащенную системами приготовления, подачи и выхода пара, воды, что требует высококвалифицированного обслуживающего персонала для поддержания его в надежном работоспособном состоянии в процессе эксплуатации и проведения ремонта, больших материальных и энергетических затрат.
Предлагаемым устройством так же как и способом изготовления газифицируемых моделей решается задача дальнейшего применения разовых пенополистироловых моделей в литейном производстве при получении литых заготовок методом ЛГМ.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для изготовления газифицируемых моделей, содержащем камеру-рубашку, пресс-форму с вентами, заполненную гранулами вспененного полистирола, камера-рубашка выполнена в виде горизонтального, жесткого, цилиндрического, сетчатого барабана, установленного закрытым торцом на валу с возможностью вращения, имеющего на открытом торце отбуртовку, направленную к центральной оси, и закрепленные на внутренней стороне зацепы-кантователи, с размещенной в нем заполненной гранулами пенополистирола и водой перфорированной пресс-формой с загрузочным окном, перфорированной крышкой и зацепами, закрепленными на выступающих частях с наружной стороны с возможностью кантовки пресс-формы, а средство нагрева и охлаждения выполнено в виде электровоздухонагревателя, обеспечивающего направленный поток горячего воздуха на пресс-форму при формировании модели и холодного воздуха при охлаждении пресс-формы с готовой моделью.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для изготовления газифицируемых моделей, снабженное вращающимся горизонтальным жестким цилиндрическим сетчатым барабаном с размещенной в нем разъемной перфорированной пресс-формой; на фиг.2 - вид и расположение зацепов на пресс-форме и зацепов-кантователей в барабане.
Устройство состоит из горизонтального, жесткого, цилиндрического, сетчатого барабана 1, на внутренней боковой поверхности которого закреплены зацепы-кантователи 2. Закрытым торцом барабан 1 установлен на валу 3 привода, а на его открытом торце выполнена отбуртовка 4, направленная к центральной оси. Внутри барабана 1 размещена разъемная перфорированная (с вентами) пресс-форма 5 с загрузочным окном и перфорированной крышкой 6. Снаружи пресс-формы на выступающих ее частях закреплены зацепы 7. На некотором расстоянии от системы барабан 1 - пресс-форма 5 установлен электровоздухонагреватель 8. Снаружи система барабан 1 - пресс-форма 5 закрыта защитным экраном 9 с щелевым отверстием 10 вверху.
Изготовление газифицируемых моделей осуществляется с помощью предлагаемого устройства следующим образом.
Загруженная гранулами пенополистирола и залитая водой в количестве 0,2-0,5 остаточного объема, образованного зазорами между гранулами, пресс-форма 5 закрывается перфорированной крышкой 6 и помещается в горизонтальный, жесткий, цилиндрический, сетчатый барабан 1, которому от привода через вал 3 придается вращательное движение. Включается электровоздухонагреватель 8 и создаваемый им поток горячего воздуха, регулируемый по температуре в широких пределах от нормальной (20°C) до 500-650°C и выше, направляется на систему барабан 1 - пресс-форма 5. Барабан 1 своим вращательным движением увлекает пресс-форму 5 и приводит ее в движение, при котором она своими зацепами 7 зацепляется за зацепы-кантователя 2 барабана 1 и кантуется (переворачивается). При кантовке пресс-форма мягко ударяется о стенки барабана.
Горячий воздух, подаваемый электровоздухонагревателем 8, проходя через ячейки сетчатого барабана 1, контактируя с пресс-формой 5, омывая ее, нагревает стенки пресс-формы.
Залитая в пресс-форму 5 вода, омывая ее горячие стенки, закипает, а образующийся при этом пар постепенно перегревается и заполняет имеющиеся не заполненные водой зазоры между гранулами пенополистирола. Под воздействием вначале горячей (81-100°C), затем кипящей воды (100°C) и перегретого пара (100-110°C), обеспечивающим тепловую обработку «комплексным тепловым ударом», происходит расширение и спекание гранул: формируется пенополистироловая модель. Расширение гранул пенополистирола и парообразования создают в пресс-форме избыточное давление, под действием которого отработанный пар и конденсат выходят через венты (перфорации) пресс-формы. Заканчивают формирование модели по окончании выхода отработанного пара и конденсата через венты (перфорации) в пресс-форме 5 спустя 30-120 с, после чего пресс-форму 5 обдувают холодным воздухом до температуры 40-50°C, переключив режим работы электровоздухонагревателя с горячего на холодный, вынимают пресс-форму 5 из барабана 1 и извлекают модель.
Выделяющиеся при этом газы (изопентан, пентан) в присутствии кислорода воздуха окисляются, становятся почти безвредными и через венты в пресс-форме поступают в полость, образуемую защитным экраном 9.
Многократно повторяющиеся циклы кантовки (переворачивания) и удары встряхивания в процессе формирования газифицируемой модели предотвращают приваривание ее к пресс-форме 5, способствуют равномерной обработке гранул горячей, кипящей водой и перегретым паром, что обеспечивает равномерную плотность и отсутствие непроваров в готовой модели, ее ровную гладкую поверхность.
Предлагаемый способ изготовления газифицируемых моделей реализуют, как показано на примерах (см. таблицу).
Пример 1. Газифицируемые модели изготавливают во вращающейся со скоростью 60 об/мин пресс-форме после заполнения ее гранулами пенополистирола и заливки воды в количестве 0,35 остаточного свободного между гранулами объема пресс-формы при нагревании ее горячим воздухом. Обработку гранул методом «комплексного теплового удара» проводят в пресс-форме горячей, кипящей водой и перегретым паром, которую заканчивают спустя 25-125 с по окончании выхода отработанного пара и конденсата через венты (перфорации) пресс-формы. После чего пресс-форму охлаждают до 45°C в потоке холодного воздуха и извлекают модель.
Пример 2. Газифицируемые модели изготавливают во вращающейся со скоростью 60 об/мин пресс-форме после заполнения ее гранулами пенополистирола и заливки воды в количестве 0,15-0,55 остаточного свободного между гранулами объема пресс-формы при нагревании ее горячим воздухом. Обработку гранул методом «комплексного теплового удара» проводят в пресс-форме горячей, кипящей водой и перегретым паром, которую заканчивают спустя 75 с по окончании выхода отработанного пара и конденсата через венты (перфорации) пресс-формы. После чего пресс-форму охлаждают до 45°C в потоке холодного воздуха и извлекают модель.
Количество газифицируемых моделей, полученных по примеру 1 - 18 штук, по примеру 2 - 18 штук.
Оценку качества наружной поверхности и срединной части пенополистироловых газифицируемых моделей производили визуально. При оценке срединной части моделей последние разрезали в поперечном и в продольном направлениях. Результаты оценки качества газифицируемых моделей приведены в таблице.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство для изготовления газифицируемых моделей методом «комплексного теплового удара» (горячекипящеводопаротепловой обработкой гранул пенополистирола в пресс-форме) позволяет интенсифицировать и существенно упростить технологический процесс, получать качественные пенополистироловые газифицируемые модели с равномерным плотным внутренним строением и ровной гладкой поверхностью. Устройство просто по конструкции, компактно, удобно и надежно в эксплуатации, экономично, безопасно в экологическом и пожарном отношении.