Результат интеллектуальной деятельности: Жидкостекольная смесь для изготовления литейных форм и стержней и способ ее приготовления

Изобретение относится к литейному производству и может найти применение при изготовлении отливок из дисперсно-упроченных композиционных материалов (ДУКМ) на основе алюминия, а также для черных и цветных сплавов.

Известно что в литейном производстве находят применение жидкостекольные смеси, отверждаемые конвективной сушкой, продувкой углекислым газом или с помощью отвердителей. Эти смеси обладают целым рядом достоинств. Они нетоксичны, недефицитны, имеют сравнительно низкую стоимость, экологически безопасны, обладают хорошими показателями по механической прочности, термостойкости, газотворной способности и могут использоваться как для изготовления стержней, так и форм в производстве черного и цветного литья.

Несмотря на целый ряд достоинств, жидкостекольное связующее (ЖСС) в чистом виде не обеспечивает требуемые параметры форм и стержней после заливки сплавов из-за высокой остаточной прочности и плохой выбиваемости, что является важным при создании отливок из ДУКМ. Кроме этого ЖСС характеризуются плохой регенерируемостью отработанного песка.

Известны жидкостекольные смеси, содержащие в качестве улучшающих выбиваемость добавок различные органические соединения (мазут, раствор битума в уайт-спирите, древесную муку и др.). Указанные добавки существенно ухудшают санитарно-гигиенические условия труда и снижают прочность стержней после конвективной сушки при 200°C, т.е. технологическую прочность, при которой идет сборка формы. Кроме того, данные добавки практически не сочетаются с жидким стеклом, а следовательно, неравномерно распределяются в смеси [1].

Известна смесь на основе жидкого стекла 4-5%, едкого натра 0,9-1,1%, каолина 3,5-4,5%, прокаленного при температуре 630-770°C, 89,4-91,6% огнеупорного наполнителя на основе диоксида кремния [2].

Смесь имеет неудовлетворительные физико-механические свойства, в частности малую прочность на сжатие, что отрицательно сказывается на качестве литейной формы и, как следствие, на качестве литья, что практически не допускает использование смеси данного состава для изготовления стержней.

Наиболее близкой к изобретению по физико-химическому составу и достигаемому технологическому результату является смесь, содержащая жидкое стекло 3,648-5,488%, натрийкарбоксиметилцеллюлоза - 0,076-0,224%, огнеупорный наполнитель - 94,288-96,276% [3].

В данной смеси натрийкарбоксиметилцеллюлоза является органической добавкой, введение которой обеспечивает стабильность физико-механических и технологических свойств при сохранении высокой прочности и улучшенной выбиваемости, т.е. оказывает модифицирующее действие. Однако для приготовления смеси необходимо длительное перемешивание натрийкарбоксиметилцеллюлозы в жидком стекле (в течение суток) для получения однородного раствора (т.е. повышение трудоемкости и затрат энергии).

Заявляемое изобретение направлено на создание смеси для изготовления форм и стержней на жидкостекольном связующем. Техническим результатом является создание смеси для изготовления литейных форм и стержней, имеющих низкую остаточную прочность и обеспечивающей уменьшение работы выбивки при сохранении высокой прочности.

Технический результат достигается тем, что смесь для изготовления форм и стержней, содержащая кварцевый песок, жидкое стекло, огнеупорную глину, дополнительно содержит комплексный модификатор при следующем соотношении ингредиентов, масс. %:

Отличием заявляемого изобретения является использование в составе смеси комплексной добавки - модификатора, которая оказывает влияние на улучшение технологических свойств жидкостекольной смеси. Поверхностно-активные вещества являются эффективными модификаторами жидкостекольных смесей, способствующие повышению когезионной прочности связующего, равномерному распределению на зернах наполнителя и более полному его отверждению. Стержневую смесь приготавливают следующим образом. В бегуны засыпают смесь песка с глиной в нужных количествах и пропорциях. Смесь перемешивается в течение четырех минут. Затем в перемешанную смесь добавляется модификатор. Полученная смесь перемешивается в течение трех минут. На последнем этапе вводится необходимое количество жидкого стекла и вновь перемешивается в течение двух минут. Изготовленные стержни для литейных форм выдерживают на воздухе в течение 24 ч. После этого они готовы к использованию [4].

Пример.

Для сравнения были изготовлены образцы из предлагаемого состава и из смеси известного состава [2, 3] - прототипа №1 и прототипа №2.

Для приготовления смеси используют следующие материалы: песок кварцевый 1К₂О₃03 ГОСТ 2138-91, огнеупорная каолинитовая среднепрочная глина С2 (ГОСТ 322 6-93), стекло натриевое жидкое ГОСТ 13078-81. Модификатор имеет следующий состав, масс. %: лаурилсульфат натрия - 0,1; полифосфат натрия - 0,4; глицерин - 0,1.

В бегуны засыпают смесь песка с глиной в нужных количествах и пропорциях. Смесь перемешивается в течение четырех минут. Затем в перемешанную смесь добавляется модификатор. Полученная смесь перемешивается в течение трех минут. На последнем этапе вводится необходимое количество жидкого стекла и вновь перемешивается в течение двух минут, после чего смесь готова к формовке.

Изготовленные из смеси стержни для литейных форм выдерживаются на воздухе в течение 24 ч. После этого они готовы к использованию.

Свойства смеси оценивались на стандартных образцах (Д=50 мм и Н=50 мм), изготовленных в стержневом ящике модели 037 М на копре модели 031 или 2М030 тремя ударами груза массой 6,35±0,015 кг, падающего с высоты 50±0,25 мм.

Для сравнения приняты примеры прототипов №1 и №2, составы и физико-механические свойства прототипа №1, прототипа №2 и предлагаемой смеси приведены в табл. 1 и 2.

Предел прочности на сжатие во влажном состоянии и прочность на сжатие в отвержденном состоянии в образцах, приготовленных из предлагаемого состава, выше, чем в известном решении. Кроме того, предлагаемая смесь является холоднотвердеющей, что позволяет исключить операцию сушки стержней, упрощает и удешевляет процесс. Время твердения составляет 10-20 минут. Стержни, изготовленные с применением данного модификатора, быстро набирают манипуляторную прочность, и их можно извлекать из оснастки, также смесь не подвержена влиянию влажности окружающей среды благодаря высокой адсорбирующей способности компонентов, входящих в состав модификатора.

Работа выбивки в образцах из предлагаемого состава существенно ниже, чем в известных решениях.

Предлагаемая жидкостекольная смесь с комплексным модификатором способна улучшить выбиваемость в различных интервалах температур, что позволяет использовать ее как при литье цветных сплавов, так и при литье стали и чугуна.

Источники информации

1. Лясс A.M. Быстротвердеющие формовочные смеси / A.M. Лясс. - М.: Машиностроение, 1965. - 332 с.

2. Авторское свидетельство СССР 1369848, кл. В22С 1/18, опубл. 30.01.1988.

3. Авторское свидетельство СССР 876253 кл. В22С 1/16, опубл. 30.10.1981.

4. Иванова Л.А., Наумов В.И., Чернышов Е.А. Кузнецов С.А. Влияние поверхностно-активных веществ на остаточную прочность и выбиваемость жидкостекольных смесей / Литейщик России, 2015 №6, с. 36-40.