Обсыпка "Неорганика"

Литейное производство № 9, 2021

“Неорганика”

обсыпка для точного литья по выплавляемым моделям

Литье является одним из старейших способов производства металлических изделий, а литейное производство - основной заготовительной базой современного машиностроения. Доля отливок в общей массе ряда машин превышает 50%. Основной способ изготовления отливок - литье в песчаные формы. Так получают около 80% общего количества отливок. 

Однако точность и шероховатость их поверхности зачастую не удовлетворяет требованиям современной технологии. В связи с этим оказались востребованными специальные способы литья. Их использование способствует резкому снижению трудозатрат и металлоемкости получаемых деталей, достижению их высоких физико-механических показателей и эксплуатационных свойств. В настоящее время в литейном производстве применяют свыше 100 различных технологических процессов изготовления стержней и форм, более 400 видов связующих материалов и свыше 300 различных противопригарных покрытий [1, с. 3; 2, с. 3, 4; 3, с. 17; 4, с. 8].

Одним из специальных способов является литье по выплавляемым моделям (ЛВМ). Оно обеспечивает получение сложнопрофильных отливок из любых литейных сплавов весом от нескольких граммов до десятков килограммов, с толщиной стенок от 0,5 - 1,0 мм и более, чистотой поверхности, соответствующей 4 - 6 классам (ГОСТ 2789-59) и повышенной точностью размеров. Возможности метода позволяют в наибольшей степени приблизить заготовку к готовой детали, а в ряде случаев получать ее уже готовой без дополнительной обработки перед сборкой. 

Основа ЛВМ - многослойная оболочка. Ее формируют последовательным  смачиванием блока моделей суспензией и обсыпанием песком. Суспензия прилипает к поверхности моделей и точно воспроизводит их форму, а обсыпка внедряется в слой суспензии, смачивается ею и фиксирует суспензию на поверхности модели в виде тонкого облицовочного слоя, который с нее не стекает. Обсыпка создает также скелет оболочки и утолщает ее. Создаваемая обсыпкой шероховатая нерабочая поверхность оболочки способствует хорошему сцеплению последующего слоя суспензии с предыдущим. Упрочнение происходит в процессе сушки или химического твердения.

Формовочная смесь в ЛВМ представляет собой жидкую суспензию, включающую пылевидную основу, связующий раствор, растворители и добавки. Связующие растворы разделяют на кислые, амфотерные и основные. Кислые связующие широко представлены растворами этилсиликата, из которых в оболочке образуется аморфная двуокись кремния. Также к кислым относятся фосфаты металлов и сочетания этилсиликатного связующего с фосфатным.

Этилсиликаты (ЭТС) - прозрачная или слабоокрашенная жидкость с запахом эфира; продукт реакции этилового спирта с четыреххлористым кремнием при непрерывном их смешивании и охлаждении в реакторе. В предлагаемом промышленностью виде ЭТС связующими не являются. Для получения связующего раствора из ЭТС его необходимо гидролизовать. Для этого гидролизующий агент (воду) растворяют в органических растворителях - этиловом спирте или ацетоне; последние в свою очередь - в этилсиликате (вода в ЭТС не растворяется). Раствор подкисляют соляной или серной кислотой. Экзотермическая реакция гидролиза осуществляется в водоохлаждаемом реакторе-гидролизере. 

ЭТС - лучший и наиболее распространенный исходный материал для связующих растворов в ЛВМ. Полученные с его использованим формы достаточно прочны и не образуют пригара на отливках из углеродистых сталей, медных и алюминиевых сплавов. Однако необходимость проведения гидролиза означает появление в литейном производстве дополнительного, несвойственного ему химического передела. Технология отличается дорогостоящим сырьем, ухудшенными условиями труда и социально-экономической обстановкой. 

Очевидным решением был отказ от химического передела и использование уже готового продукта гидролиза ЭТС, производимого предприятиями химической отрасли. Последняя предложила такие продукты как ГС-20Э и ГС-12И (РФ), Silester (Англия), VP (ФРГ). Их применение значительно улучшило обстановку в литейных цехах. Однако опыт работы на отечественных связующих показал, что они отличаются непостоянством свойств, требуют особых условий хранения (значительное влияние на свойства температуры окружающей среды), а получаемые оболочки склонны к расслоению. Импортные связующие неоправданно дороги.

Другим способом улучшения условий труда в литейных цехах был  гидролиз ЭТС без применения органических растворителей. Однако при этом не обеспечиваются постоянство прохождения гидролиза и необходимые свойства готовых связующих и суспензий. В результате не достигается необходимый уровень физико-механических характеристик керамических форм и стержней. Кроме этого, к связующим предъявляются повышенные экологические требование, которым ЭТС не соответствует.

Вяжущими свойствами обладает натриевое жидкое стекло - недорогой, нетоксичный и недефицитный материал, относящийся к основным связующим. В свое время его свойства привели к революционным изменениям в формообразовании, положив начало технологии холодного твердения. Холоднотвердеющие смеси (ХТС) на основе жидкого стекла стали широко применяться в литейном производстве. Однако распространение жидкого стекла в ЛВМ сдерживается из-за его недостаточной смачивающей способности, низкой термопрочности керамических форм, их повышенной химической активности и затрудненной выбиваемости.  Это вызывает нарушение точности получаемых отливок, образование пригара и повышенную трудоемкость зачистных финишных операций. 

Все эти особенности обусловлены химической природой связующего - содержанием химически активного натрия. Улучшить свойства жидкого стекла возможно за счет снижения содержания Na₂O. Обесщелачивание осуществляется ионным обменом и мембранными технологиями разделения (электродиализом). Их продуктом являются кремнезоли, силикатный модуль которых равен 30...40 против 3,0...3,2 у жидкого стекла. 

Кремнезоли - коллоидные дисперсии двуокиси кремния в воде, стабилизированные гидроокисями щелочных металлов. Они содержат силанольные группы Si - OH, которые поликонденсируются с образованием прочных силоксановых связей Si - O - Si; перезаряжаются в воде, подкисленной соляной кислотой. Кремнезоли, разбавленные водой до 3,5...6,0% SiO₂, в сочетании с водноспиртовыми этилсиликатными связующими при совмещенном способе приготовления суспензий существенно увеличивают прочность оболочек, что позволяет снизить расход ЭТС и исключить органические взрыво- и пожароопасные растворители. Кремнезоли находят применение и для формирования облицовочного слоя оболочек [5, с. 176 - 244; 6, c. 4 - 7; 7, с. 4 - 9].

С использованием кремнезолей удалось решить вопросы охраны труда и окружающей среды. Однако при этом существенно увеличилась продолжительность формообразования. Модель окунается в суспензию, после чего помещается в кипящий слой песка. Полученный слой высушивается: нанесение последующего слоя на непросушенный предыдущий недопустимо: это приводит к короблению формы. Всего наносится 8...12 слоев. Продолжительность высушивания каждого слоя составляет от 4 до 10...12 часов. Общее время изготовления формы занимает три - четыре дня. ЛВМ - это многооперационный и длительный технологический процесс.

Использовать температурную сушку для ускорения удаления влаги нельзя: модельный состав начнет течь. Сушка осуществляется интенсивным воздухообменом. Известны способы ускоренного формообразования, основанные на физико-химическом воздействии на формовочные материалы, смеси и сам процесс. В результате соответствующей активации изменяются их свойства, направляется химическое взаимодействие между веществами, появляется возможность действенного управления образованием систем и обеспечивается качество точного литья. К таким методам относятся высокотемпературная плазменная обработка кварцевого песка, за счет которой удаляются примесные пленки и обеспечивается постоянство свойств наполнителя; термическая, механическая, химическая, электрохимическая,  вибровакуумная, ультразвуковая, магнитная, электромагнитная активация связующих [7, c. 14 - 21]. Все эти методы имеют свою область применения и ограничения, преимущества и недостатки.

Для ускоренного изготовления керамических форм на водном экологически безопасном кремнезольном (основном, pH 9...10) предлагается обсыпочный материал “Неорганика”. Обсыпка “Неорганика” представляет собой активированную химическими и физическими методами алюмосиликатную основу, использование которой снижает продолжительность отверждения суспензии до 40...60 мин на слой при сохранении высоких прочностных характеристик форм.

Технологические характеристики обсыпки “Неорганика”

Обсыпка “Неорганика” предназначена для изготовления керамических форм на водном кремнезольном (основном, pH 9...10) связующем для точного литья из углеродистых и легированных сталей. Также предлагается обсыпочный материал для форм на основе гидролизованных растворов этилсиликата.

Литература:

[1] Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства. Учебник для машиностроительных техникумов. 3-е изд., перераб и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 400 с.

[2] Крымов В. Г., Фишкин Ю. Е. Изготовление литейных стержней: Учебник для ПТУ. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Высш. шк., 1991. - 256 с.

[3]  Технология литейного производства: Литье в песчаные формы: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / А. П. Трухов, Ю. А. Сорокин, М. Ю. Ершов и др.; Под ред. А. П. Трухова. - М.: Издательский центр “Академия”, 2005. - 528 с.

[4] Специальные способы литья: Справочник / В. А. Ефимов, Г. А. Анисович, В. Н. Бабич и др.; Под общ. ред. В. А. Ефимова. - М.: Машиностроение, 1991. - 436 с.

[5] Литье по выплавляемым моделям / В. Н. Иванов, С. А. Казеннов, Б. С. Курчман и др.; под общ. ред. Я. И. Шкленника, В. А. Озерова. - 3-изд., перераб и доп. - М., Машиностроение, 1984. - 408 с.

[6] Электроимпульсная и ультразвуковая обработка материалов в точном литье: монография / Л. Г. Знаменский, О. В. Ивочкина, Б. А. Кулаков, В. В. Крымский. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. - 259 с.

[7] Процессы ускоренного формообразования в литье по выплавляемым моделям: монография / Л. Г. Знаменский, А. С. Варламов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. - 216 с.

Запросить коммерческое предложение на обсыпку "Неорганика" и другие материалы можно, заполнив соответствующую форму. Обращаем ваше внимание, что во избежание многократного ввода персональных и технологических данных удобнее выбрать все интересующие вас материалы и выполнить один запрос. Форма позволяет это сделать.