МОДЕЛЬ ПРИБЫЛИ НА ОСНОВЕ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА ДЛЯ ЛИТЬЯ ПО ГАЗИФИЦИРУЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Полезная модель относится к области литейного производства и может быть использована при изготовлении стальных и чугунных машиностроительных отливок по газифицируемым моделям.
Известна газифицируемая модель прибыли, полученная из гранул пенополистирола в пресс-форме. (Шуляк, B.C. Литье по газифицируемым моделям / В.С. Шуляк. - СПб: НПО «Профессионал», 2007; с. 61, с. 63, рис. 2.11 и рис. 2.12).
Данная модель прибыли не обеспечивает экзотермический разогрев металла в прибыли после заполнения литейной формы жидким металлом, что обуславливает низкий технологический выход годного (ТВГ).
Наиболее близкой к предлагаемой модели является, согласно патенту RU 109678 («ГАЗИФИЦИРУЕМАЯ МОДЕЛЬ СФЕРИЧЕСКОЙ ПРИБЫЛИ», МПК В22С 7/02, опубл. 27.10.2011), газифицируемая модель сферической прибыли, выполненная из пенопласта, и содержащая цилиндрическую часть и полусферу, соединенные между собой по сопрягаемой поверхности, при этом место с установленной в нем вставкой, выполненной в виде брикета из экзотермической смеси, расположено в цилиндрической части соосно по высоте модели.
Недостатком известной газифицируемой модели является возможность выпадения экзотермической вставки в полость отливки в условиях медленной заливки при широкой шейке прибыли или ее отсутствии, что приводит к браку отливки. Также не определена форма экзотермической вставки, что не всегда гарантирует возможность ее надежного воспламенения, а при всплывании экзовставки в верхнюю часть прибыли возможна повышенная теплоотдача и снижение эффективности работы прибыли.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в улучшении питания отливок в процессе затвердевания, предотвращении усадочных раковин, засоров в отливках, и, в конечном результате, повышении качества отливок.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в модели прибыли на основе пенополистирола для литья по газифицируемым моделям, включающей полость, в которую установлена твердотельная экзотермическая вставка на основе термитной композиции, форма экзотермической вставки имеет заостренный книзу под углом 30…100 градусов конический наконечник, отношение высоты твердотельной экзотермической вставки к высоте прибыли находится в пределах Нвст/Нпр=0,3…0,9, верхняя часть экзотермической вставки как знак выступает из модели прибыли на 5…10 мм и покрыта асбестовой теплоизоляционной бумагой, при этом модель прибыли может иметь несколько полостей, в каждую из которых установлена твердотельная экзотермическая вставка.
Отличительными признаками предлагаемой модели прибыли является то, что форма экзотермической вставки имеет заостренный книзу под углом 30…100 градусов конический наконечник, отношение высоты твердотельной экзотермической вставки к высоте прибыли находится в пределах Нвст/Нпр=0,3…0,9, верхняя часть экзотермической вставки как знак выступает из модели прибыли на 5…10 мм и покрыта асбестовой теплоизоляционной бумагой,
Благодаря наличию этих признаков улучшается питание отливок в процессе затвердевания, предотвращение усадочных раковин, засоров в отливках, и, в конечном результате, повышение качества отливок.
Заостренный книзу конический наконечник аккумулирует тепловую энергию и быстрее прогревается до температур воспламенения, что способствует гарантированному надежному воспламенению экзотермической вставки и своевременному началу экзотермической реакции в термите. Угол наконечника вставки более 100°C не обеспечивает достаточной аккумуляции энергии, быстрого прогрева до температур воспламенения и своевременного начала экзотермической реакции. Угол наконечника вставки менее 30°C не обеспечивает достаточной манипуляторной прочности вставки, т.е. приводит к осыпанию и разрушению наконечника при транспортировке и установке в пенополистироловую модель, а также не дает большего эффекта начала воспламенения.
Если выступающая часть вставки будет менее 5 мм, то вставка может не зафиксироваться в опорном наполнителе и при медленной заливке выпасть в полость прибыли. При отсутствии у прибыли шейки или размерах шейки больше поперечного размера вставки, вставка может выпасть и в полость отливки. Размер выступающей части более 10 мм приводит к необоснованному перерасходу экзотермической смеси.
Слой теплоизоляционной асбестовой бумаги уменьшает теплоотдачу через верхнюю часть прибыли.
вст
пр
вст
пр
вст
пр
вст
пр
вст
пр
Начало воспламенения экзотермической вставки может регулироваться отношением высоты вставки к высоте прибыли, которое находится в пределах Н/Н=0,3…0,9. Чем ниже находится конический наконечник вставки, тем быстрее он прогреется от тепла заливаемого металла и воспламенится, чем выше, тем медленнее. Следовательно, при Н/Н=0,3 обеспечивается более позднее воспламенение вставки, при Н/Н=0,9 более раннее. Если отношение Н/Н будет менее 0,3, то при высоких прибылях и пониженных температурах заливки металла экзотермическая реакция начнется поздно и требуемого разогрева металла прибыли не произойдет, что приведет к дефектам и браку отливок по усадочным раковинам. Если отношение Н/Н будет более 0,9, то экзотермическая реакция начинает протекать вблизи тела отливки, что будет провоцировать разогрев и усадку металла в теле отливки, и, в конечном счете, приводить к дефектам и браку отливок.
Расход экзотермической смеси составляет 0,025…0,035 кг на 1 кг металла прибыли. При этом для массивных прибылей целесообразно применять не одну большую экзотермическую вставку, а две или несколько вставок, при этом суммарный расход экзотермической смеси находится в пределах 0,025…0,035 кг на 1 кг металла прибыли. Так, например, для прибылей массой до 6…7 кг можно использовать одну вставку в прибыль массой 0,15…0,25 кг, а для прибылей массой от 6…7 кг до 12…15 кг по две вставки в прибыль массой по 0,15…0,25 кг каждая. Это связано с тем, что экзотермическая вставка меньшей массой легче воспламеняется от тепла заливаемого металла.
Полезная модель поясняется чертежом.
На чертеже показана схема модели прибыли на основе пенополистирола для литья по газифицируемым моделям, содержащая по крайней мере одну полость. Пенополистироловая модель прибыли 1 и пенополистироловая модель отливки 2 изготовлены из гранулированного предварительно вспененного пенополистирола запрессовкой в пресс-формы или резкой из блочного пенополистирола. Модель прибыли имеет шейку 3. В каждую полость модели прибыли установлена твердотельная экзотермическая вставка 4, сформованная из смеси компонентов экзотермической композиции со связующим в стержневом ящике и отвержденная. Форма экзотермической вставки имеет заостренный книзу под углом 30…100 градусов конический наконечник. Отношение высоты твердотельной экзотермической вставки к высоте прибыли находится в пределах Нвст/Нпр=0,3…0,9. Верхняя часть экзотермической вставки как знак выступает из модели прибыли на 5…10 мм и покрыта асбестовой теплоизоляционной бумагой 5.
После сборки и окраски модельного блока в модель пенополистироловой прибыли 1 устанавливают твердотельную экзотермическую вставку 4, закрывают асбестовой теплоизоляционной бумагой 5 и заклеивают скотчем.
Пенополистироловые модели отливки и прибыли с полостью под экзотермическую вставку изготавливают в пресс-формах, модели элементов литниковой системы изготавливают в пресс-формах или резкой из блочного пенополистирола. Модели собирают в модельный блок и окрашивают противопригарной краской. Полости под экзотермические вставки закрывают заглушками или заклеивают бумажным скотчем для предотвращения попадания краски. После покраски и сушки заглушки или бумажный скотч удаляют. Экзотермическую вставку формуют в стержневом ящике из экзотермической смеси, включающей окислитель, восстановитель, технологические добавки и связующее. После отверждения экзовставку устанавливают в экзотермическую полость пенополистироловой прибыли, сверху накрывают слоем теплоизоляционной асбестовой бумаги и заклеивают бумажным скотчем. Модельный блок заформовывают в опоке песком, опоку накрывают полиэтиленовой пленкой, вакуумируют и заливают расплавом. После затвердевания и охлаждения отливки извлекают из формы, отделяют от литниково-питающей системы и очищают.
Примеры изготовления и применения заявляемого технического решения.
Пример 1. Изготавливали отливки «Ролик» массой 31 кг из высокопрочного чугуна ВЧ 50 с двумя прибылями массой 4,2 кг каждая.
вст
пр
Модели отливки и прибыли изготавливали из пенополистирола марки ПСХ-Л в пресс-формах. Модели элементов литниковой системы изготавливали резкой блочного пенополистирола марок ПСБ-Л. Модели собирали в модельный блок методом склейки. Модельные блоки окрашивали противопригарной краской. Перед покраской в полости прибылей вставляли пенополистироловые заглушки. После сушки противопригарной краски заглушки удаляли. Экзотермические вставки массой 0,12 кг и углом заострения конической части 30 градусов на основе алюминиевого порошка, силикокальция, оксида железа с технологическими добавками и жидкостекльном связующем изготавливали формовкой в стержневых ящиках, отверждали углекислым газом и подсушивали в сушильном шкафу при температуре 180…200°C. После охлаждения на воздухе экзовставки вставляли в модели прибылей по 1 вставке в каждую прибыль таким образом, что выступающая часть вставки составляла 5 мм, сверху накрывали бумагой асбестовой теплоизоляционной марки БТ ГОСТ 23779-95 и заклеивали бумажным скотчем. Отношение высоты вставки к высоте прибыли составляло Н/Н=0,9. Модельный блок заформовывали в опоке песком, опоку накрывали полиэтиленовой пленкой, вакуумировали до остаточного давления 100…1000 Па и заливали высокопрочным чугуном ВЧ 50, выплавленным в индукционной печи средней частоты, из поворотного ковша при температуре 1390°C. После затвердевания и охлаждения в течение 60 минут отливки извлекали из формы. После охлаждения до температуры окружающей среды отливки отделяли от литников и прибылей механической резкой, подвергали дробеметной очистке. В шейке прибыли и отливках «Ролик» отсутствовали усадочные дефекты.
Пример 2. Изготавливали отливки «Рабочий орган» массой 94,2 кг из стали 30Л с двумя прибылями массой 12 кг каждая.
вст
пр
Модели отливки и прибыли изготавливали из пенополистирола марки ПСХ-Л в пресс-формах. Модели элементов литниковой системы изготавливали резкой блочного пенополистирола марок ПСБ-Л. Модели собирали в модельный блок методом склейки. Модельные блоки окрашивали противопригарной краской. Перед покраской в полости прибылей вставляли пенополистироловые заглушки. После сушки противопригарной краски заглушки удаляли. Экзотермические вставки массой 150 г и углом заострения конической части 100 градусов на основе алюминиевого порошка, силикокальция, оксида железа с технологическими добавками и жидкостекольном связующем изготавливали формовкой в стержневых ящиках, отверждали углекислым газом и подсушивали в сушильном шкафу при температуре 180…200°C. После охлаждения на воздухе экзовставки вставляли в модели прибылей по 2 вставки в каждую прибыль таким образом, что выступающая часть вставки составляла 10 мм, сверху накрывали бумагой асбестовой теплоизоляционной марки БТ ГОСТ 23779-95 и заклеивали бумажным скотчем. Отношение высоты вставки к высоте прибыли составляло Н/Н=0,3. Модельный блок заформовывали в опоке песком, опоку накрывали полиэтиленовой пленкой, вакуумировали до остаточного давления 100…1000 Па и заливали сталью 30 Л, выплавленной в индукционной печи средней частоты из поворотного ковша при температуре 1590°C. После затвердевания и охлаждения в течение 120 минут отливки извлекали из формы. После охлаждения до температуры окружающей среды отливки отделяли от литников и прибылей механической резкой, подвергали дробеметной очистке. В шейке прибыли и отливках «Рабочий орган» отсутствовали усадочные дефекты.