Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм

Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Автори мзобретения

И.Е. Писарев, В.И. Рогожкин, И.М. Ушман и А.А. Домио

1 (Ь

Волгоградский инженерно-строительный инс итут . (7l ) Заявятель (54 ) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ

ОБОЛОЧКОВЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

Изобретение относится к литейному производству и может быть использова- но при изготовлении любой номенклатуры точных отливок.

Известен способ изготовления оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям путем нанесения огнеупорной суспензии на блок выплавляемых моделей, замораживания формы вместе с моделями до -38 С о (-100 F) и последующего помещения в горячую воду, где модели удаляются без растрескивания формы 1 ).

Целью изобретения является сокращение времени изготовления форм и го снижение себестоимости.

Указанная цель достигается тем,,что согласно способу изготовления оболочковых литейных форм по выпОднако форма при таком способе ее изготовления не имеет достаточную прочность после прокалки, позволяющую выдержать заливку ее металлом с получением качественных отливок.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо соб с использованием опорной смеси в качестве упрочнителя при заливке ее металлом, который включает нанесение огнеупорной смеси на легкоплавкий модельный блок, отверждение форм, удаление моделей, заливку в зазор между формой и опокой опорной смеси, ее упрочнение при отверждении и прокалку (2).

Такой способ изготовления оболочковой формы вызывает повыаенный расход связующего для изготовления многослойных оболочковых форм, повышенный расход нержавеющей стали для оснастки (опоки, несущие элементы транспортных устройств и т.п ° ) при прокаливании форм и значительно удлиняет производственный цикл изготовления и прокаливания форм.

944744 а лавляемым моделям, включающему нанесение огнеупорной смеси на легкоплавкий модельный блок, отверждение форм, удаление моделей, заливку в зазор между формой и опокой опорной смеси, ее упрочнение при отверждении и прокалку, операцию упрочнения сначала осуществляют в опорной смеси следующего состава, мас.3:

Алюминиевая пудра 3-5

Молотая окалина 8-13

Вода 20-25

Пылевидный кварц Остальное

-o путем замораживания при -4 -5 С. с повторным упрочнением при прокалке в течение 10-13 мин.

Сущность способа состоит в том, что 2 - 3-слойную оболочковую форму, изготовленную по любой известной технологии, с выплавленными из нее моделями помещают в оснастку для формовки. При этом заранее готовят опорную смесь, состоящую из пылевидного кварца, алюминиевой пудры и молотой окалины, и разводят водой до получения сметанообразного состояния. Указанную смесь заливают в зазор между оснасткой и оболочковой формой. После этого форму с оснасткой помещают в любой известный холодильный агрегат, обеспечивающий температуру не выше -268 К (-50 С)

0 о для затвердевания воды и, следователь.— но, формовочной смеси. Далее, после замораживания форму извлекают из холодильника и отделяют от оснастки (путем, например, подогрева оснастки с расчетом расплавления воды на границе контакта оснастки и формы).

Замороженную форму помещают в печь о при температуре не ниже 1173 К (900 С) для прокаливания. При этом происходят следующие процессы. Вначале нагреваются периферийные (наружные) поверхности формы. При этом лед расплавляется, и вода превращается в пар, а сухая составляющая продолжает нагреваться до 873 К о о (600 С), при которой начинается экзотермическая, реакция между алюминиевой пудрой и окалиной с выделением большого количества тепла. Продукты реакции, перемешиваясь с парами воды, образуют пористый конгломерат, прочность которого достаточна для сохранения несущей способности формы при заливке. Эти процессы протекают

15 го

25 зо зз

50 непрерывно в направлении от периферии к центру формы, форма не разрушается благодаря тому, что впереди и позади фронта экзотермической реакции имеются прочные образования, а пористая текстура затвердевших продуKToB реакции обеспечивает беспрепятственный отвод паров и воды.

После завершения экзотермической реакции и догорания остатков модельного состава в полости формы прокаливание завершается, и форма готова к заливке без опорного наполнителя. Верхний предел температуры замораживания формовочной смеси -261f K о (-50 С) обусловлен созданием переохо лаждения воды на -4 -5 С, что является необходимым условием замерзания входящей в состав формовочной смеси воды. Нижний предел температуры -40 С замораживания формовочной смеси обусловлен получением прочности оболочки, которая становится транспортабельной к обжиговой печи.

Нижний предел температуры прокаливания 1173 К (900 С) обусловлен созданием "температурного запаса" начала экзотермической реакции, начинающейся при 873 — 900 К, а также необходимостью завершения процесса удаления модельного состава путем его догорания.

Нижний предел (10 мин) времени о прокаливания (Т-600 С) обусловлен опытными данными, полученными из хронометрирования процессов протекания экзотермической реакции, догорания модельного состава в предельных условиях: минимальных темо ператур прокаливания 1173 К, заморао живания формы 200 К (e жидком азоте) и максимальной толщины зазора между выступающими частями оболочки и оснастки 0,015 м.

Врехний предел (15 мин) времени прокаливания (Т=800 С) взят с "запасом" на точность составления предельных условий и измерений и увеличение габаритов и металлоемкости форм, влекущее за собой повышение количества остатков модельного состава в форме.

Нижний предел содержания алюминиевой пудры в составе формовочной смеси (3 мас.i) взят из условия создания минимальной прочности конгломерата продуктов экзотермической реакции. При меньших количествах алю744

Таблица 1

3 4 5

Алюминиевая пудра

Молотая окалина

Пылевидный кварц

8 10 13

69 64 57

Вода

20 22 25

5 944 миниевой пудры тепло экзотермической реакции расходуется в основном на испарение влаги, продукты реакции не расплавляют пылевидный кварц: конгломерат при этом не образуется и формовочная смесь становится сыпучей после окончания экзотермической реакции.

Верхний предел содержания алюминиевой пудры (53) взят из условия создания оптимальной прочности конгломерата продуктов экзометрической реакции, не препятствующей выбивке отливок из формы. При большем содержании алюминиевого порошка прочность конгломерата резко возрастает и не обеспечивает выбиваемости отливок из форм с применением известного оборудования.

Пределы содержания молотой окали- Ю ны в формовочной смеси (8 - 13 мас.3) получены из расчета стехиометрического соотношения алюминия и окислов железа при экзотермической реак-. ции 1:(2,5 - 3). 2$

В качестве примера были взяты

3-слойные выплавленные оболочки, которые заформовали в опорных смесях трех составов, приведенных в табл. 1

При этом предлагаемые смеси, разведенные водой до сметанообразного состояния, заливали в зазор между оболочковой формой и деревянным рзъемным жакетом. В собранном виде каждую форму с жакетом помещали в о жидкий азот, выдерживали 300 — 400 С и извлекали из емкости с азотом.

Далее деревянный жакет отделяли от формы, а последнюю устанавливали в камерную печь и прокаливали при

600 - 800 С. После завершения экзотермической реакции и сгорания остатков модельного состава форму извлекали из печи и заливали сталью. Результаты эксперИментов сравнивали с данными для известного способа по экономии связующего, нержавеющей стали и длительности цикла изготовления оболочек, формовки и прокаливания.

Свойства опорной смеси по предлагаемому и известному способам представлены в табл. 2.

Точность отливок, полученных по обоим сравниваемым способам, порядка 7-9 (для известного) и 5-7 (для предлагаемого), шероховатость отливок составляет 20-40 .мкм.

Если заливка форм в известном способе может быть осуществлена только углеродистыми сталями, то в случае получения форм предлагаемым способом ограничений на род сплава нет.

Как следует из табл. 2, изобретение позволяет в 1,5-3 раза снизить расход связующего, в отдельных случаях отказаться от нержавеющей стали для опок при прокаливании форм и в

4 раза сократить длительность производственного процесса. Техникоэкономическая эффективность изобретения представлена в табл. 3

Реализация изобретения позволит сократить длительность тепловой обработки литейной формы,,что, в свою очередь, приведет к экономии связующего и нержавеющей стали. Ожидаемый экономический эффект 120130 руб. на тонну литья.

944744

Предлагаемого

Известного

52-63

72

800 С.

900 С

0,57

0,13

До 600

До 100

4 х 10

-3

8 х 10

-3

13х10

До 50

До 20 900

8000

10-13,3 ъ 200

25

40,5

6,7

156

100

175

198

331

Свойства опорной смеси

g» . на разги в сыром состоянии, кгс/см в замороженном состоянии при з

Газотворность, см

Газопроницаемость формы. в нагретом состоянии, см/мин

Термические деформации формы:

В замороженном состоянии

В нагретом состоянии при прокаливании 900 С

Время изготовления одной формы, мин

Прокаливание, С

Время прокаливания, мин

Выбивка:

Температура, С о

Время на 1 форму, мин

Трудоемкость на 1 т горных отливок, ч

Затраты на связующее на 1 т отливок, руб

Затраты на нержавеющую сталь для опок на 1 т годных отливок, руб.

Затраты на алюминиевую пудру для т годных отливок, руб.

Т а б л и ц а 2

Показатели для составов

Таблица 3 .!

944744

Формула изобретения

Составитель Г. Зарецкая

Редактор В. Данко Техред А. Бабинец Корректор М. Шароши

Заказ 5211/12 Тираж 852 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

° й»

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям, включающий нанесение огнеупорной смеси на легкоплавкий модельный блок, отверждение форм, удаление моделей, заливку в зазор между формой и опокой опор.ной смеси, ее упрочнение при отверждении и прокалку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сокращения времени изготовления форм и снижения себестоимости, сначала упрочнение осуществляют в опорной смеси состава, мас.3:

1О

Алюминиевая пудра 3-5

Молотая окалина 8-13

Вода 20-25

Пылевидный кварц Остальное путем замораживания при температуре -4 -5 C с повторным упрочнением при прокалке в течение 10-13 мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 377044, кл. В 22 С 9/04, опублик. 1973.

2. Литье по выплавляемым моде1з лям. Под редакцией Я.И. Шкленника.

M., "Машиностроение", 1971, с. 247.