Способ изготовления моделей из пенополистирола для получения композиционных отливок методом литья по газифицируемым моделям

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к способам литья по газифицируемым моделям, и может быть использовано для получения композиционных отливок из железоуглеродистых и цветных сплавов.

Из уровня техники известны способы изготовления моделей из пенополистирола, при которых легирующие элементы наносят на гранулы пенополистирола перед их вспениванием в пресс-форме (SU 304049, В22С 7/02, 25.05.1971), или вводят модифицирующие и легирующие добавки в пресс-форму одновременно с гранулами пенополистирола (SU 904872, В22С 7/02, 15.02.1982). Недостатком данных способов является значительный расход модификаторов и легирующих добавок, а также легирование всего объема отливки.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления моделей для получения композиционных отливок, включающий вспенивание гранул пенополистирола в пресс-форме, при этом в пресс-форму устанавливают один или несколько элементов, остающихся в модели из пенополистирола (SU 1792351 А3, В22С 7/02. 30.01.1993). Недостатком данного способа является необходимость изготовления специальных пресс-форм и сложность фиксации элементов, остающихся в модели из пенополистирола в пресс-формах.

Все это снижает универсальность способа.

Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу.

Повышение универсальности способа выражается в том, что он позволяет получать модели, содержащие в объеме, по меньшей мере, один фиксируемый элемент с применением простых пресс-форм, а также фиксировать данные элементы в объеме модели в несколько слоев и в требуемых участках, в зависимости от требований, предъявляемых к отливкам.

Способ осуществляется следующим образом.

Пресс-форму послойно заполняют предварительно вспененными гранулами пенополистирола, сверху каждого слоя предварительно вспененных гранул фиксируют, по меньшей мере, один элемент, который остается в модели из пенополистирола. Способ предусматривает фиксирование на слое предварительно вспененных гранул нескольких элементов. Для получения более плотных моделей способ допускает добавлять сверху фиксируемых элементов слой предварительно вспененных гранул пенополистирола в верхней части пресс-формы. Фиксируемые элементы могут иметь переменную толщину. Способ допускает фиксировать элементы не на всю площадь предварительно вспененных гранул, при этом площадь фиксируемого элемента или элементов должна быть не менее 0,1% площади слоя предварительно вспененных гранул. Способ также предусматривает, что один или несколько фиксируемых элементов могут превышать габаритные размеры пресс-формы. Фиксируемые элементы, выполненные из различных материалов (металлических, керамических, пористых тел) по требуемой конфигурации и геометрическим размерам (втулки, кольца, полукольца и др.), в объеме отливок направлены на улучшения их механических свойств (прочность, устойчивость к динамическим и сдвиговым напряжениям и др.).

Для создания переходной зоны в отливках на границе фиксируемый элемент - металл способ предусматривает нанесение на поверхность фиксируемых элементов легирующих элементов или соединений.

Способ осуществляется следующим образом.

На поверхность элементов, которые фиксируют в пресс-форме сверху слоя предварительно вспененных гранул, наносят легирующие элементы или соединения в виде пасты, краски или пудры, слоем, не менее 0,01 мм. Слой менее 0,01 мм не позволит обеспечить формирования качественной переходной зоны на границе фиксируемый элемент - металл. Если требуется создать переходную зону не по всей поверхности фиксируемого элемента, то способ допускает нанесение легирующих элементов или соединений на поверхность данных элементов частично, на отдельный участок, либо участки поверхности. При фиксировании нескольких элементов на слое предварительно вспененных гранул, способ допускает нанесение легирующих элементов или соединений не менее чем на один элемент. Для формирования переходной зоны обладающей комплексом свойств, способ предусматривает нанесение легирующих элементов или соединений на поверхность фиксируемых элементов в различных сочетаниях. После нанесения легирующих элементов или соединений на поверхность фиксируемых элементов и сушки слоя покрытия, их фиксируют сверху слоя предварительно вспененных гранул пенополистирола в пресс-форме, после чего производят окончательное формообразование модели любым доступным способом.

Готовые модели собирают в модельные блоки путем приклеивания элементов литниковой системы, окрашивают слоем противопригарного покрытия, после высыхания которого их помещают в контейнер (опоку), заполняют опорным материалом, герметизируют, вакуумируют и заливают металлическим расплавом.

Примеры конкретного применения.

Пример 1. В пресс-форме изготавливали прямоугольные модели размером 100×100 мм, высотой 30 мм. Объем пресс-формы заполняли предварительно вспененными гранулами пенополистирола, слоем высотой 15 мм, сверху которого фиксировали сетку из нержавеющей стали, размером 80×80 мм, толщина проволоки сетки 2 мм. Сверху сетки объем пресс-формы заполняли предварительно вспененными гранулами пенополистирола, после чего производили изготовление моделей автоклавным способом. Полученные модели заливали алюминиевым сплавом. Отливки, содержащие в объеме фиксируемый элемент в виде сетки, при испытаниях на излом показали увеличение их прочности в сравнении с отливками, изготовленные без установочных элементов в объеме моделей.

Пример 2. То же, что в примере 1, только модели заливали расплавом серого чугуна СЧ 15. Испытания на излом показали улучшения прочностных свойств полученных отливок, по сравнению с неармированными отливками. При образовании трещин и сколов в матричном металле, фиксируемый элемент (сетка из нержавеющей стали) способствовал сохранению целостности отливки, препятствуя ее полному разрушению.

Пример 3. То же, что в примере 1, только пресс-форму заполняли предварительно вспененными гранулами пенополистирола, слоем высотой 10 мм, сверху которого фиксировали сетку из нержавеющей стали. После этого дополнительно добавляли гранулы пенополистирола слоем 10 мм, и снова устанавливали сверху слоя предвспененных гранул сетку из нержавеющей стали. Оставшийся объем пресс-формы заполняли предварительно вспененными гранулами и изготавливали модель автоклавным способом. Модели заливали алюминиевым сплавом. Полученные отливки, содержащие в объеме два фиксируемых элемента (сетка из нержавеющей стали), показали увеличение стойкости при изгибе по сравнению с отливками, без устанавливаемых элементов.

Пример 4. В пресс-форме изготавливали прямоугольные модели размером 40×60 мм и высотой 20 мм. Объем пресс-формы заполняли предварительно вспененными гранулами пенополистирола на половину ее высоты. Сверху данного слоя по центру пресс-формы устанавливали фиксируемый элемент в виде стальной пластины, толщиной 2 мм размером 20×80 мм, которая выходила за габаритные размеры пресс-формы на 40 мм. Часть пластины, выходящая за габариты пресс-формы, содержала отверстие диаметром 14 мм. Выход пластины за габариты обеспечивался наличием разборной обечайки пресс-формы, содержащей паз по ширине пластины. После установки фиксируемого элемента в пресс-форме, ее свободный объем заполняли предварительно вспененными гранулами пенополистирола и изготавливали модель. Полученные модели заливали расплавом хромистого чугуна ЧХ 18. Отливки - молотки для молотковой дробилки, фиксирование которых к приводу осуществляется за счет установки пальцев в отверстие в пластине, выходящей за габарит отливки. Испытания полученных отливок в молотковой дробилке показали их удовлетворительные характеристики, а применение данного способа позволило получить отливки с износостойкими рабочими поверхностями и фиксирующим элементом (стальная пластина с отверстием) без дополнительных операций пайки, сварки и сверления.

Пример 5. То же, что в примере 4, только на стальную пластину, в месте ее контакта с гранулами пенополистирола в пресс-форме, предварительно наносили слой легирующего покрытия на основе меди, толщиной 0,5-0,8 мм. Полученные отливки содержали в своем объеме пластичный переходный слой, обогащенный медью, на границе хромистый чугун - стальная пластина.