СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБЪЕМНЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ ИЗ СЫПУЧИХ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ СМЕСЕЙ ПО РАЗОВЫМ ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
METHOD OF MAKING 3D MOULDS FROM LOOSE SODIUM SILICATE MIXES USING INVESTMENT PATTERNS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для изготовления мелких и средних отливок технического и художественного назначения, сложной конфигурации из черных и цветных сплавов.
Уровень техники
Известны способы формовки по разовым моделям в многослойные оболочковые формы (см. Авт. свидетельства №136014, 154371, 113575).
Неразъемная многослойная оболочковая форма изготавливается по неразъемным разовым моделям. Формирование одного слоя оболочки осуществляется погружением модели (модельного блока) в суспензию маршаллита в гидролизованном этилсиликате с последующей обсыпкой кварцевым песком и сушкой. Удаление моделей осуществляется выплавлением, выжиганием или растворением. При использовании воскообразных моделей остатки воскообразного модельного состава, впитавшегося в форму, выжигают при прокалке форм перед заливкой.
Недостатками способа являются:
- длительность процесса формирования оболочки (каждый слой формируется в течение 2-3 часов);
- седиментационная неустойчивость суспезии маршаллита в гидролизованном этилсиликате, требующая постоянного перемешивания суспензии;
Однако в случае использования разовых воскообразных моделей для изготовления объемных форм пригодны только сыпучие жидкостекольные смеси, уплотняемые вибрацией.
При использовании пластичных песчано-глинистых смесей невозможно получить достаточную плотность формы без повреждения модели из воскообразных модельных составов.
Смеси на основе синтетических смол при выжигании впитавшегося в форму воскообразного модельного состава перед заливкой металлом разрушаются.
В настоящее время для изготовления объемных форм широко используются жидкостекольные смеси с пониженным содержанием жидкого стекла до 3.5%, отверждаемые жидкими катализаторами. Эти смеси (см. Авт. свидетельство №2033882) обладают значительно лучшей выбиваемостью, чем смеси с содержанием жидкого стекла порядка 6-7%, но пониженной выбиваемостью в сравнении со смесями на синтетических смолах. К недостаткам жидкостекольных смесей с 3.5% жидкого стекла можно отнести:
- значительная потеря прочности и увеличение осыпаемости смеси при нагреве до 200°С (Формовочные материалы и технология литейной формы: Справочник / С.С. Жуковский, Г.А. Анисович, Н.И. Давыдов и др. Под общ. Ред. С.С. Жуковского. - М.: Машиностроение, 1993, - 432 с., ил. - (Технология литейного производства));
- затрудненная регенерация, количество регенерата, используемого в приготовлении новой смеси, не должно превышать 50-70% (тот же источник).
Из литературных данных известно, что высокая термостойкость смесей с синтетическими смоляными связующими при заливке металлом объясняется тем, что под воздействием высокой температуры углеводороды смолы распадаются с образованием полимерных коксов. Эти коксы при условии неокислительной атмосферы обеспечивают высокую термостойкость смеси и могут существовать вплоть до температуры 3000°С (Жуковский С.С., Лясс A.M. Формы и стержни из холоднотвердеющих смесей. М.: Машиностроение, 1978. 224 с.).
В качестве ближайшего аналога выбран способ изготовления литейных форм из жидкостекольной смеси по разовым моделям (Литье по газифицируемым моделям. Под редакцией Ю.А. Степанова. М.: Машиностроение. 1976 (Инженерные монографии по литейному производству) 224 с.).
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в разработке технологического процесса изготовления объемных опочных форм из сыпучих жидкостекольных смесей по воскообразным моделям, обеспечивающего хорошую выбиваемость отливок из объемных опочных форм и регенерируемость песчаной основы смеси.
Сущность изобретения заключается в том, что технологический процесс состоит из изготовления объемных опочных форм из сыпучих жидкостекольных смесей по выплавляемым воскообразным моделям и отличается тем, что:
- используется смесь с пониженным содержанием жидкого стекла до 2-2,5%;
- остатки воскообразного модельного состава, впитавшегося в форму, при удалении моделей не выжигают, а карбонизируют в условиях неокислительной атмосферы.
Отличие данного технического решения от известного состоит в том, что:
- при удалении выплавлением модельного состава в поверхностном слое рабочей полости литейной формы образуют полимерные коксы, проникающие и поры поверхностного слоя литейной формы и увеличивающие ее прочность путем уменьшения осыпаемости этого слоя, а при взаимодействии этого слоя с заливаемым в литейную форму металлом обеспечивают снижение образования пригара путем образования защитного газа - монооксида углерода;
- жидкостекольная смесь содержит, мас.%:
3
жидкое стекло (с модулем - 2,5, плотностью - 1,44 г/см) - 2…2,5;
жидкий отвердитель (марки - «Катасил 1М») - 0,2…0,25;
огнеупорный наполнитель (кварцевый песок марки 2К2О1О2) - основа;
- после выплавления модели при 180°С удаление остатков воскообразного модельного состава производят при температуре 400-500°С в неокислительной атмосфере печи сопротивления.
Достигаемый технический результат заключается в том, что увеличивается прочность поверхностного слоя литейной формы при существенном снижении затрат на выбивку и регенерацию формовочной смеси, а также снижение образования пригара на отливках.
Изобретение поясняется чертежами, где на:
Фиг.1 - уплотнение верхней части формы;
Фиг.2 - уплотнение нижней части формы и выступающей части формы («болвана»);
Фиг.3 - положение формы в печи при вытопке и прокалке.
На фасонный подопочный щиток 1 (см. фиг.1) устанавливают опоку 2 и воскообразную модель отливки 3, изготовленную заодно с моделью стояка 4 и моделью воронки 5. После этого производят уплотнение смеси 6.
После уплотнения смеси (см. фиг.2) в верхней части формы ее вместе с фасонным подопочным щитком 1 переворачивают, удаляют фасонный подопочный щиток 1 и уплотняют смесь 6 в нижней части формы в опоке 2 по моделям 3, 4, 5.
После отверждения смеси готовую форму, состоящую из опоки 2 (см. фиг.3), смеси 6 и с находящимися внутри моделями 3, 4, 5 помещают в печь сопротивления для выплавления модельного состава и прокалки. Форма устанавливается на опоры 7 над поддоном для выплавленного модельного состава 8. Выплавление модельного состава проводят горячим воздухом в печи сопротивления при 180°С. Модельный состав, расплавляясь, стекает в поддон 7, частично впитываясь в поры литейной формы. Перед прокалкой поддон с выплавленным модельным составом 8 удаляют из печи. Прокалку формы проводят при температуре 400-500°С в неокислительной атмосфере печи сопротивления.
Примеры использования изобретения
Экспериментально установлено, что коксы, образующиеся при выжигании остатков модельного состава в форме, компенсируют увеличение осыпаемости жидкостекольной смеси при нагреве (табл.1, табл.2).
В таблице 1 представлены значения осыпаемости, полученные на стандартных образцах диаметром 50 мм и высотой 50 мм, имитирующих стержни. В таблице 2 представлены значения осыпаемости, полученные на кольцевых образцах наружным диаметром 100 мм, внутренним диаметром 50 мм и высотой 50 мм, имитирующих формы.
Таблица 1
Осыпаемость стандартных образцов диаметром 50 мм и высотой 50 мм
Вид образцов
Осыпаемость в % при содержании жидкого стекла
2,0%
2,5%
3,0%
3,5%
1. Образцы, испытанные при комнатной температуре
1,91
0,79
0,46
0,29
2. Образцы, нагретые до t - 400°С
38,90
15,42
9,51
5,36
3. Образцы после вытопки и коксования остатков модельного состава при t - 400°С
0,08
0,07
0,05
0,03
Таблица 2
Осыпаемость кольцевых образцов наружным диаметром 100 мм, внутренним диаметром 50 мм и высотой 50 мм
Вид образцов
Осыпаемость в % при содержании жидкого стекла
2,0%
2,5%
3,0%
3,5%
1. Образцы, испытанные при комнатной температуре
0,46
0,15
0,10
0,07
2. Образцы, нагретые до t - 400°С
4,97
3,08
2,70
1,64
3. Образцы после вытопки и коксования остатков модельного состава при t - 400°С
0,11
0,09
0,08
0,06