Смесь для изготовления литейных стержней

Смесь для изготовления литейных стержней

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

590888

НИЕ

ЕНИЯ

PETEËÜСТВУ свид-ву

2185185/02 (51) М. Кл.з

В 22С 1/12 ни ) о

Бюллстень № 35 (53) УДК 621.742.4 (088.8) писания 23.09.82

А. M. Голосовкер, А, Е. Костенко, Л. М. Ключник, H. М. Скалкина, 1О. М. Маматов, В. С. Кожевников и А, В, Тюмина (72) Авторы изобретения (71) Заявитель Волжское объединение по производству легковых автомобилей им. 50-летия образования СССР (АвтоВАЗ) (54) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕР)КНЕЙ

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам стержневых смесей для изготовления стержней в нагретой оснастке.

Известны в литейном производстве 5 стержневые смеси на основе мочевиноформальдегидных (карбамидных) смол, а также мочевиноформальдегидных смол, модифицированных фуриловым спиртом (карбамиднофурановых) и фенолоспиртами (кар- 10 бамиднофенолофурановых) смол.

Известно также, что в качестве отвердителей карбамидных смол используются вещества кислого характера: минеральные и органические кислоты, (соляная, фосфор- д ная, щавелевая и другие), некоторые соли (хлористый аммоний, хлористый цинк, хлорное железо).

Процесс отверждения стержневых смесей как с кислотами, так и с солями начинается сразу же после смешения компонентов и скорость его определяется природой отвердителя, его количеством и температурой.

При этом стержневые смеси на основе карбамидных смол лучшие результаты дают со слабыми кислотами, например с щавелевой и с солями (хлористый аммоний, хлорное железо); смеси с сильными кислотами быстро теряют свои свойства при хранении, так называемую живучесть. ЗО

В результате модифицирования мочевиноформальдегидных смол фуриловым спиртом реакционная способность их понижается даже при введении небольших количеств фурилового спирта, например 0,1 моль на

1 моль мочевины. При увеличении содержания фурилового спирта в смоле более 20% солевые катализаторы, например такие, как

NH4CI и FeClg, становятся малоэффективными, время отверждения смол с ними возрастает по мере увеличения фурилового спирта сравнительно со временем отверждения таких смол с сильными кислотами.

Применение кислот в качестве отвердителей обеспечивает высокую производительность труда при изготовлении стержней в нагретой оснастке, но технологические свойства таких смесей не стабильны. При их хранении очень быстро снижается текучесть, вследствие чего ухудшаются уплотняемость смесей при изготовлении стержней и их физико-механические свойства.

Известно введение специальных добавок для увеличения текучести и живучести смеси, таких как стеарат кальция и жидкое мыло, что несколько повышает первоначальную текучесть смеси, однако сохранить ее более 1 ч не удается, прочность смеси, как и текучесть, быстро снижается (1). Это создает трудности при изготовлении стерж59088S ней сложной конфигурации, так как из-за снижения текучести смеси по мере ее переработки понижается плотность надува стержней, что увеличивает брак по пористости и осыпаемости.

Известно так же, что стержневые смеси могут содержать ряд технологических добавок, таких как окись железа, двуокись марганца, порошкообразный уголь, графит и другие вещества. Добавки в стержневых смесях имеют различное назначение: уменьшают прилипаемость смеси к горячей оснастке, увеличивают живучесть и теплопроводность смесей, замедляют реакцию взаимодействия между стержнем и металлом (2). Количество и вид вводимой добавки определяются конкретными требованиями, предъявляемыми к стержням и отливкам.

Так стержневые смеси для алюминиевого литья, как правило, не содержат никаких добавок, в стержневые смеси для чугуна чаще всего введены окись железа, графит, стеарат кальция, жидкое мыло.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь, включающая огнеупорный наполнитель, карбамиднофурановую смолу и катализатор отверждения.

В качестве последнего могут быть использованы: кислоты (муравьиная, фосфорная или соляная), соли (FeCI>, ZnCI, АЬ(О4)з, ИН4С1, (ИН4)я804, А1С1з в виде

20%-ного раствора (3).

Эта смесь имеет небольшой срок живучести.

С целью повышения текучести, живучести, прочности, а также увеличения скорости отверждения смеси последняя наряду с огнеупорным наполнителем, карбамиднофурановой или карбамиднофенолофурановой смолой в качестве катализатора отверждения содержит хлорную медь при следующем соотношении ингредиентов, вес. ч:

Огнеупорный наполнитель 100

Хлорная медь (в пересчете на CuClg 2Н О) 0,03 — 0,25

Карбамиднофурановая или карбамиднофенолофурановая смола 1,5 — 3,0

С целью обеспечения равномерного распределения катализатора в смеси хлорная медь содержится в виде водного или спиртового раствора 15 — 40%-ной концентрации.

В качестве карбамиднофурановой смолы в смеси по изобретению могут быть применены смолы марок КФ-90, КФ-35, КФ-40, и другие, в качестве карбамиднофенолофурановой смолы — смолы, модифицированные фенолоспиртами типа фуритолов, например фуритол-107 и др.

Оптимальное количество смолы находится в пределах 1,8 — 2,75 вес. ч. на 100 вес. ч. песка. Введение смолы менее 1,5 вес. ч. приводит к ухудшению качества стержней: появляется хрупкость и осыпаемость из-за неполного смачивания песчинок смолой.

Увеличение смолы выше 3 вес. ч. нецелесообразно по экономическим соображениям, а также по требованию технологии: смеси теряют сыпучесть, увеличивается газовыделение из стержня при контакте с металлом, может ухудшиться газопроницаемость.

Использование растворов водного или спиртового хлорной меди с концентрацией менее 15% нецелесообразно, так как это требует увеличения количества раствора, что приводит к увеличению содержания растворителя в стержневой смеси, а это, в свою очередь, к снижению скорости отверждения смеси.

Увеличение концентрации раствора более 40% является препятствием для равномерного распределения катализатора в смеси, Оптимальные концентрации раствора

20 — 30%. Условное название катализатора такой концентрации СМ 25/30. Для удобства расчета количество катализатора обычно берется в зависимости от количества смолы. Для 20 — 30%-ных растворов хлорной меди оптимальное их количество 20—

30% от смолы.

ЗО Например, если количество смолы

2,2 вес. ч., то 20% катализатора от смолы составляет 0,44 вес. ч., тогда содержание сухой соли при концентрации раствора 25%

0,11 вес. ч., при содержании смолы

35 2,75 вес. ч. 20% катализатора от смолы составляет 0,55 вес. ч., а содержание сухой соли для 25%-ного раствора 0,125 вес. ч.

Оптимальное количество сухой соли составляет 0,07 — 0,20 вес.. а 100 вес. ч. песка.

40 При снижении количества соли до

0,03 вес. ч. прочность снижается (пример

5) в результате снижения скорости реакции отверждения. Дальнейшее уменьшение количества катализатора (0,03) приводит к

45 тому, что достигаемые при этом скорости отверждения не удовлетворяют требованиям технологии при изготовлении стержней по горячим ящикам. Увеличение катализатора более 0,25 вес. ч. на 100 вес. ч. песка

50 нецелесообразно по экономическим соображениям: уже в интервале 0,20 — 0,25 вес. ч. горячие прочности, т. е. скорость отверждения и холодные прочности, остаются почти без изменения, следовательно, увеличение

55 количества катализатора приводит только к удорожанию смеси без существенных изменений скорости отверждения.

Хлорная медь, не уступая по каталитической активности сильным кислотам при по60 вышенной температуре, имеет преимущество перед ними и перед другими известными солями (в том числе, хлоридами металлов), заключающееся в том, что живучесть стержневых смесей с нею в несколько раз

6 выше. Это объясняется тем, что хлорная

590888

Н,О .

CuClð + СН,О ) Стт + НС1 —, НСООН

СН1 t

2Cu + Π— - 2CuO

Источником образования муравьиной кислоты является как свободный формальдегил, содеттжашийся обычно в смолах в количестве 2,4 — 4,0%, так и выделяющийся в

15 результате химических реакций, протекаютцих при отверждении смол,. — NH — СН вЂ” N — СΠ— NH — СН вЂ” N — СΠ— NH —...

CH,: ОН! СН; Н.

СН,ОН С"4: ОН ...— NH — СН вЂ” N — СΠ— NH — СН,— N — СΠ— NH —... ...— NH СН,— N СО-NH — СН,— N СО-NH —...

СН, СН, 1

О

СН, 1 ... — NH — CH — N — СΠ— NH — СН, — N — СΠ— NH —...

НСГ, НСООНР

+ СН,О+ Н,О

50 мечь является не ппосто отвердителем, как известные кислоты и солтт, а катэлизэтооом

Отнножчсттня ЛатЕНТ!1ОГО тния: СКОПОСТЬ OTвепжчгния смесей IInH темпепаттпе,чо 30 С

ОЧЕНЬ МаЛа, тяК КаК ПГ1 paCTHOIIOH ГОЛИ

1.6 — 2.6 (в зэвттсимости от контте-.тпации), по меое поста темпеоэтупы каталитическая активность увеличивается и чостигаст своей оптимэльттой величины ппи темпепатурах 200 — 250 C. Высокие скопости отвержЛЕНИЯ СМЕСЕЙ IIHH ПОВЬППЕННОй тЕМПЕПат РС обеспечиваются тем., что катэлитическэя активность хлооной мели оппсчгляется cvv.мой кислот, выделяющихся в результатг. поотекания окислительно-восстановительных реакций. При этом одна из кислот, муВ степжневуто смегь по изобретению,чополттительно могут бттть ввелеттьт техттологические добавки. такие как гоафит. стеаоат кальция. жичкое мт.тло. Ввелентте этих добавок пелесообпазно при игпользовании степжневой смеси для пол; чет ия отливок из чугуна.

Смесь поиготавливатот слелу;отцим образом.

R бегунтт загон жают квэпцевт-тй песок и стихие лобавки (окись железа, графит сепебпистый, стеапат кэлт.ция) при соотношении компонентов. прттвеленнь;х в табл. 1, перемешивают 30 с. Затем вводят катализатоп — паствоп хлорной меди и пеоеметпивоют 2 мин, после чего вводят каобамиднофурановуто смолу и перемешивают 2мин, а затем — жилкое мыло и пеоемешивают еше 2 мин. Весь цикл перемешивания занимает 6„" мин, В сл ."" отсутгтвия в составе смеси указанньтх обавок (ппимер 4) песок с катализэтопом пеоеметттивают в течение 2 мин.

Лля оппелеления Пазрушат чцего наппяженчя на сжатие ттттлинчрическт ;. обоэзцов, изгоовленттьтх нэ ппечлэгаемой смеси, бепут натчл.т стержневой смеси, котопуюпомешак т в металлическуто ги тьзу и с плотнятот г тточгтпьто копра тпемя ударами тто

1.кя» -.n n oc I:оваттттю т.п; зэ г сом 6.6

-1-(т 01 тг, палатотцего с вттс отьт 50+0,25 мм.

Обпязттт,т отверждают (50 мм и высотой

50".:0,2 мм) в сушильном шкафу ппи темпепатупе 220т-2 С в те "ение 6 — 8 мин, а затем испьттыватот в горя тсм состояттии (че20

40 павьиная, выделяется вплоть до завершения процесса отверждения

Н О t

CuO —, СН О Н СООН + т. Стт пез 1 и 5 мин после извлечения образцов из ттткат1та) и в холодном состоянии (через

50 — 60 мин после извлечения образцов из шкафа).

Сущность изобретения иллюстрируется составами и физико-механическими и технологическими свойствами смесей, которые приведены в табл. 1 и 2. живучесть смеси характеризуется величиной разрушающего напряжения ппи сжатии образцов, изготовленных по описанной технологии из смеси через 4 ч хранения при температуре 20 — 25 С в закрытом контейнепе.

Теку тесть смеси определялась по методике Г. Фишера с применением приспособления типа PFB, Газопроницаемость смеси

130 — 180 единиц.

Как следует из табл. 2, стержневая смесь

1, отверждаемая хлорной мелью в течение

4 мин пои 220 С., через 30 с после извлечения из сушильного шкафа имеет пазрушающее напряжение на изгиб 13,5 кгс!См и высокую начальную прочность, которую приобретают образцы. отвержденные в течение 4 мин через 6 мин охлаждения,—

30,5 кгс!см .

Это дает возможность сократить выдержку отверждения на 20 — 30%, а окисление свободного формальдегида позволяет снизить загазованность стержневого участка.

Учитывая, что за счет наличия в смеси хлорной меди обеспечивается длительная сохранность ее свойств (не менее 6 ч), в состав смеси могут вводиться частично или

590888

Т а блица 1

Состав стержневой смеси, вес. ч.

Физико механические и технологические свойства

Концентрацияя раствора хлорной меди, % хлорная медь в пересчете иа

Cu Cl. .2Н О разрушающее напряжение иа сжатие образцов отверждсииых при 220ОС

6 мин, кгс/см после охлаждсиия в течение карбамидиофурановая смола

Пример, До стеарат кальция окись железа песок кварцевый жидкое мыло графит живучесть, t(текучесть, О/о

60 мин.

5 мин.

1 мнн.

0,125

0,7

2,5

100

0,1

0,1

91,3

90,2

38

76

115

0,2

100

0,7

0,1 2,5

0,1

91,0

90,0

106

118

0,075

100

0,7

0,1

0,1

2,5

91,4

91,4

22

58

102

107

0,1 1

100

2,25

91,4

90,0

138

102

110

0,123 100

0,7

0,1

2,75

0,1

27

0,1

72

176

0,1

100

2,0

91

132

132

142

0,08

100

2,0

91

36

102

134

116

0,25

100

0,7

0,1

2,8

0,1

90,5

49

100

115

0,03

3,0

100

91,6

91,6

27

14

86

П р и м е ч а н и е. В примерах 5 — 7 стержневые смеси изготавливалпсь иа основе карбамндно-фурановой смолы, модифицированной фенолоспиртами.

Таблица 2 (увы я б, кгс/см, высушенных образцов при 200 С в течение

Время охлаждения образцов при комнатной температуре, мин о стат, кгс/см2, высушенных образцов при 200 С в течение

6 мин

Состав смеси, вес. ч

Ингредиенты

6 мин

4 мии

0,5

2

6

13,5

17

0,7

0,1

0,1

2,75

0,5

30,5

36,5

39,5

49,0

Песок

Окись железа

Графит

Стеарат кальция

Карбамиднофурановая смола

Катализатор 25 "/о-ный раствор

СиСlв 2Н20

80

41,5

48,5

134 полностью отсутствовать такие добавки как стеарат кальция, жидкое мыло (см.табл. 1).

Формула изобретения

1. Смесь для изготовления литейных стержней в нагретой оснастке, включающая огнеупорный наполнитсль, карбамидно-фурановую или карбамидно-фенолофурановую смолу и катализатор отверждения, отличающаяся тем, что, с целью повышения текучести, живучести, прочности, а также увеличения скорости отверждения смеси, она содержит в качестве катализатора отверждения хлорную медь при следующем соотношении ингредиентов, вес. ч.:

Огнеупорный паполнитель 100

Хлорная медь (в пересчете

5 на СиС12.2НгО) 0,03 — 0,25

Карбамиднофурановая или карбамиднофенолофурановая смола 1,5 — 3,0

2, Смесь по п. 1, отличающаяся тем, 10 что, с целью обеспечения равномерного распределения катализатора в смеси, она содержит хлорную медь в виде водного или спиртового раствора 15 — 40%-ной концентрации.

590888

Техред А. Камышникова Корректор H. Федорова

Редактор П. Горькова

Заказ 1442/8 Изд. ¹ 222 Тираж 853 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений п открытп1i

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Изготовление форм и стержней, отверждающихся при контакте с модельной оснасткой, МДНТП, 1971, с. 52 — 54, 103 — 105.

2. Просяник Г. В. Изготовление стержней в нагреваемой оснастке. «Машиностроение», 1970, с. 9 — 10.

3. Патент Англии № 107737б, кл. С ЗА, В

5 3F (В 22С), 1967.