RU2088371C1

RU2088371C1 - Model composition for meltable models

Info

Publication number: RU2088371C1
Application number: RU95105858A
Authority: RU
Inventors: Владимир Валентинович Аппилинский
Original assignee: Владимир Валентинович Аппилинский
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 1997-08-27
Also published as: RU95105858A

Abstract

FIELD: casting by using of meltable models. SUBSTANCE: model composition for meltable models on the base of paraffin and brown coal wax additionally comprises polypropylene, asphalt of butane deasphalting and colophony, ratio of components is as follows, mas.%: paraffin, 45-45; brown coal wax, 21-22; polypropylene, 0.8-1.5; asphalt of butane deasphalting, 12-13; colophony, 17.5-20.2. EFFECT: improved quality. 4 tbl

Description

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к литью по выплавляемым моделям, и в частности к литью лопаток ГТУ. The invention relates to the field of foundry, namely to investment casting, and in particular to the molding of GTU blades.

При разработке новых модельных составов для литья точных и сложных по форме деталей в освоенном производстве наиболее важным является сохранение преемственности модельных составов по величине линейной усадки и теплостойкости при одновременном улучшении других параметров: возвратность масс, исключение из состава дефицитных материалов, снижение стоимости, повышение экономичности процесса применения модельных составов. When developing new model compositions for casting precise and complex parts in mastered production, the most important thing is to maintain the continuity of model compositions in terms of linear shrinkage and heat resistance while improving other parameters: mass return, exclusion of deficient materials from the composition, cost reduction, increasing process efficiency application of model compositions.

В настоящее время наиболее широкое распространение для изготовления моделей литых лопаток ГТУ получили модельные составы МВ и МПВС-2. На металлургическом заводе АО "Пермские моторы" ведется изготовление выплавляемых моделей из эмульсионного модельного состава. Currently, the most widespread for the manufacture of models of GTU cast vanes are the model compounds MV and MPVS-2. At the metallurgical plant of JSC Perm Motors, the production of investment models from emulsion model composition is being carried out.

Каждый из этих модельных составов имеет свои достоинства и недостатки. Однако общим недостатком этих модельных составов является присутствие в них технической мочевины, которая вызывает брак лопаток по капиллярной дефектоскопии, из-за взаимодействия щелочного материала (карбамида) с кислым материалом керамической формы (гидролизованного раствора этилсиликата), в результате чего идет разрушение поверхностного слоя литейной формы и образование дефектов на поверхности отливок. Кроме того, происходит отравление водоемов сбросом отработанной мочевины, которая регенерации не подлежит. Each of these model compositions has its advantages and disadvantages. However, a common drawback of these model compositions is the presence of technical urea in them, which causes blades to be defective by capillary inspection, due to the interaction of an alkaline material (urea) with an acidic ceramic material (hydrolyzed solution of ethyl silicate), resulting in the destruction of the surface layer of the mold and the formation of defects on the surface of the castings. In addition, there is a poisoning of water bodies by the discharge of spent urea, which cannot be regenerated.

Учитывая первый указанный недостаток при применении карбамида, большинство заводов перешло с массы МПВС-2 на МОН-1ОК на массу типа МВ, применяя различные модельные составы в качестве пластификатора от ПС и Р-3 до В-1 и ВИАМ-102. При этом проектируемая оснастка (пресс-формы моделей) для лопаток ГТУ рассчитывается из условий свободной линейной усадки массы МВ в 0,6-0,65% при теплостойкости пластфикатора не ниже 36^oC. Указанные характеристики массы МВ являются основными сравнительными характеристиками предлагаемой модельной композиции.Considering the first drawback indicated when using urea, most plants switched from MPVS-2 to MON-1OK to MV type, using various model compounds as plasticizers from PS and R-3 to V-1 and VIAM-102. In this case, the designed equipment (molds of models) for GTU blades is calculated from the conditions of free linear shrinkage of the mass of MV of 0.6-0.65% with a heat resistance of plasticizer not lower than 36 ^o C. These characteristics of the mass of MV are the main comparative characteristics of the proposed model composition .

Свойства модельной композиции типа МВ в первую очередь зависят от свойства пластификатора. В настоящее время наилучшим прастификатором для масс типа МВ является модельная композиция, условно названная ОН-4, которая обладает достаточной гидрофобностью и плакирующим порошок карбамида свойством. The properties of a model composition of type MV primarily depend on the properties of the plasticizer. At present, the best pre-modifier for masses of type MV is a model composition, conventionally called OH-4, which has sufficient hydrophobicity and a property cladding urea powder.

Модельный состав МАИ-ЗШ (или МАИ-165), имеющий близкую линейную усадку составу МВ, не нашел широкого применения и был вытеснен с производства модельной композицией МВ на ряде заводов (например, ММЗ "Салют" г. Москва). The model composition MAI-ZSh (or MAI-165), which has close linear shrinkage to the composition of MV, did not find wide application and was supplanted from production by the model composition MV at a number of plants (for example, MMZ Salyut, Moscow).

Поэтому в качестве прототипа выбрана известная модельная композиция ОН-4, содержащая, мас. парафин 22-25; буроугольный воск 45-47; битум нефтяной 26-27; триэтаноламин 3-5. Therefore, as a prototype of the selected model composition OH-4, containing, by weight. paraffin 22-25; brown coal wax 45-47; oil bitumen 26-27; triethanolamine 3-5.

Недостатком данной модельной композиции являются: недостаточная теплостойкость; большая (0,8-0,9%) линейная усадка; неприятный запах битума при расплавлении массы. Первые два недостатка исключают ее применение для изготовления моделей лопаток без введения наполнителя. The disadvantage of this model composition are: insufficient heat resistance; large (0.8-0.9%) linear shrinkage; unpleasant smell of bitumen during the melting of the mass. The first two disadvantages preclude its use for the manufacture of models of blades without the introduction of filler.

Целью изобретения является повышение качества моделей и отливок, а также экологичности процесса изготовления выплавляемых моделей за счет исключения из модельной композиции карбамида (наполнителя), повышения теплостойкости и уменьшения величины свободной линейной усадки модельной композиции. The aim of the invention is to improve the quality of models and castings, as well as the environmental friendliness of the process for manufacturing investment castings by eliminating urea (filler) from the model composition, increasing heat resistance and reducing the free linear shrinkage of the model composition.

Цель достигается тем, что модельная композиция для выплавляемых моделей, включающая парафин, буроугольный воск, дополнительно содержит полипропилен, асфальт бутановой деасфальтизации и канифоль при следующем содержании ингредиентов, мас. The goal is achieved in that the model composition for lost wax models, including paraffin, brown coal wax, additionally contains polypropylene, butane deasphalting asphalt and rosin with the following ingredients, wt.

Парафин 45-47
Буроугольный воск 21-22
Полипропилен 0,8-1,5
Асфальт (АБД) 12-13
Канифоль 17,5-20,2
Сопоставимый анализ заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод, что состав заявляемой модельной композиции отличается от известного введением новых компонентов, а именно: полипропилена, асфальта бутановой деасфальтизации (АБД) и канифоли. Применение в качестве ингредиента модельной комопзиции полипропилена заявителем в источниках информации обнаружено не было. Известны работы по применению АБД (Асфальт бутановой деасфальтизации (АБД) компонент модельного состава. Технические условия, ТУ 38.40121-85, на опытные партии, вводятся впервые, УДК, группа Б 48, утверждены директором БашНИИ НП) в качестве ингредиента модельной композиции в АО УМПО (г. Уфа), но конкретные сведения в литературе не обнаружены. Известны технические решения, в которых используются парафин, буроугольный воск, канифоль в качестве ингредиентов модельных составов. Использования указанных ингредиентов одновременно в одной рецептуре в сочетании с полипропиленом и АБД выявлено не было. Это обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критерию "новизна".Paraffin 45-47
Brown wax 21-22
Polypropylene 0.8-1.5
Asphalt (ABD) 12-13
Rosin 17.5-20.2
A comparable analysis of the proposed solution with the prototype allows us to conclude that the composition of the claimed model composition differs from the known introduction of new components, namely: polypropylene, butane deasphalting asphalt (ABD) and rosin. The use of polypropylene as an ingredient in a model composition by the applicant was not found in the information sources. There are known works on the use of ABD (butane deasphalting asphalt (ABD) of the model composition. Specifications, TU 38.40121-85, for pilot batches, introduced for the first time, UDC, group B 48, approved by the director of the BashNII NP) as an ingredient in the model composition in UMPO JSC (Ufa), but specific information in the literature was not found. Known technical solutions in which paraffin, brown coal wax, rosin are used as ingredients of model formulations. The use of these ingredients simultaneously in the same formulation in combination with polypropylene and ABD was not identified. This ensures that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

Введение в состав модельной композиции полипропилена обеспечивает значительное снижение величины линейной усадки (линейная усадка полипропилена 1% от температуры 225^oC, а, например, полиэтилена 4,5% от 170^oC), ее стабилизацию, высокую трещиноустойчивость и жесткость модельной массы. Введение АБД вместо нефтяного битума обеспечивает устранение неприятного запаха, снижение линейной усадки массы при ее одновременном повышении жесткости, так как битум БНК при температуре 20-25^oC находится в полужидком состоянии, а АБД в твердом. Введение канифоли в модельный состав способствует уменьшению линейной усадки и повышению пластичности массы в момент прессования моделей, что обеспечивает пропрессовку моделей со стенками до 0,8 мм и протяженностью до 250 мм. Введение в модельный состав полиэтиленового воска ПВ-300 не оказывает существенного влияния на свойства массы и поэтому в рецептуру полиэтиленовый воск не включен.Introduction to the composition of the model composition of polypropylene provides a significant reduction in linear shrinkage (linear shrinkage of polypropylene 1% of the temperature of 225 ^o C, and, for example, polyethylene 4.5% of 170 ^o C), its stabilization, high crack resistance and rigidity of the model mass. The introduction of ABD instead of petroleum bitumen eliminates unpleasant odors, reduces linear shrinkage of the mass while increasing stiffness, since the BNK bitumen at a temperature of 20-25 ^o C is in a semi-liquid state, and the ABD is in a solid. The introduction of rosin in the model composition helps to reduce linear shrinkage and increase the plasticity of the mass at the time of pressing models, which ensures the pressing of models with walls up to 0.8 mm and a length of up to 250 mm. Introduction to the model composition of polyethylene wax PV-300 does not significantly affect the properties of the mass and therefore polyethylene wax is not included in the formulation.

Таким образом, новый состав ингредиентов придает модельной композиции новые свойства, не следующие явным образом из известного уровня техники в данной области, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень". Thus, the new composition of the ingredients gives the model composition new properties, not explicitly following from the prior art in this field, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "inventive step".

Для экспериментальной проверки заявляемой модельной композиции было приготовлено 35 составов, рецептура которых приведена в табл.1 и 3. For experimental verification of the claimed model composition, 35 compositions were prepared, the formulation of which is given in tables 1 and 3.

Для приготовления модельной композиции использовались термостаты с масляными рубашками и механическими мешалками. В термостат загружали парафин, доводили его температуру до 210-220^oC, небольшими порциями вводили полипропилен в виде гранул при постоянном перемешивании и полностью его растворяли. В сплав поочередно вводили канифоль, АБД, буроугольный воск, полиэтиленовый воск, поддерживая температуру в 150-160^oC и постоянно перемешивая расплав в течение 30 мин. Охлаждали расплав до 130-140^oC, процеживали через сетку 014-016 и разливали на металлическую водоохлаждаемую плиту слоем 3-5 мм. Перед прессованием моделей чешуйки закладывали в термостат и нагревали до температуры 52-56^oC.To prepare the model composition, thermostats with oil shirts and mechanical mixers were used. Paraffin was loaded into the thermostat, its temperature was brought to 210-220 ^° C, polypropylene was introduced in small portions in the form of granules with constant stirring and completely dissolved. Rosin, ABD, brown coal wax, polyethylene wax were alternately introduced into the alloy, maintaining the temperature at 150-160 ^o C and constantly mixing the melt for 30 minutes. The melt was cooled to 130-140 ^o C, filtered through a mesh 014-016 and poured onto a metal water-cooled plate with a layer of 3-5 mm. Before pressing models, the flakes were laid in a thermostat and heated to a temperature of 52-56 ^o C.

Изготовление образцов и моделей производилось при следующих технологических параметрах, представленных в табл.4. Samples and models were produced with the following technological parameters presented in Table 4.

Определение основных свойств модельных композиций производилось по общепринятым методикам. Трещиноустойчивость определялась на стояках размерами 40х40 мм и длиной 450 мм, имеющих приливы и изготавливаемых свободной заливкой расплава модельной массы с температурой 100-105^oC в алюминиевые холодные пресс-формы с последующим погружением в воду с температурой 16-18^oC после образования корочки модельной массы в заливочном отверстии. Твердость определялась на литом образце толщиной не менее 10 мм путем вдавливания металлического шарика ⌀ 10 мм течение 1 мин при усилии 10 кг и температуре испытуемого образца 20±2^oC.The determination of the basic properties of model compositions was carried out according to generally accepted methods. Fracture resistance was determined on risers 40x40 mm in size and 450 mm long, having tides and made by free pouring the molten model mass with a temperature of 100-105 ^o C into cold aluminum molds, followed by immersion in water with a temperature of 16-18 ^o C after the formation of a model crust mass in the filling hole. The hardness was determined on a cast sample with a thickness of at least 10 mm by indenting a metal ball ⌀ 10 mm for 1 min with a force of 10 kg and a temperature of the test sample of 20 ± 2 ^o C.

В табл.2 и 5 приведены результаты исследований. Из табл.1-5 следует, что предпосылка по выбору ингредиентов и их взаимодействию подтвердилась и на этой основе предлагается новая модельная композиция, которая по своим основным свойствам превосходит прототип и отвечает цели поставленной задачи, т. е. имеет характеристики модельной композиции МВ, но обладает более стабильной трещиноустойчивостью и не содержит карбамида в качестве наполнителя, отрицательно влияющего на качество отливок и экологию. Tables 2 and 5 show the results of studies. From table 1-5 it follows that the prerequisite for the choice of ingredients and their interaction was confirmed and on this basis a new model composition is proposed, which in its main properties surpasses the prototype and meets the goal of the task, i.e. it has the characteristics of the model composition MV, but possesses more stable crack resistance and does not contain urea as a filler, which negatively affects the quality of castings and the environment.

Анализ данных таблиц показывает, что введение в состав полипропилена снижает линейную усадку модельной композиции при достаточных прочности, жесткости, трещиноустойчивости и теплостойкости. Отсутствие полипропилена в составе (составы 10, 11) приводит к резкому увеличению величины линейной усадки. При содержании полипропилена 0,5% (состав 12) линейная усадка остаются достаточно большой. Необходимое влияние на линейную усадку полипропилен оказывает при содержании не менее 0,8% (составы 1-4, 13). При содержании полипропилена более 1,5% (составы 2-7, 8, 22) в составе ниже температуры 110^oC образуются хлопьевидные конгломераты ("крупинчатость"), что затрудняет изготовление моделей и выплавление массы из керамических оболочек. Следовательно, оптимальное содержание полипропилена в массе укладывается в 0,8-1,5% оказывая положительное влияние на свойства массы.Analysis of these tables shows that the introduction of polypropylene reduces the linear shrinkage of the model composition with sufficient strength, stiffness, crack resistance and heat resistance. The absence of polypropylene in the composition (compositions 10, 11) leads to a sharp increase in the value of linear shrinkage. When the content of polypropylene is 0.5% (composition 12), linear shrinkage remains quite large. Polypropylene has a necessary effect on linear shrinkage at a content of at least 0.8% (compositions 1-4, 13). When the polypropylene content is more than 1.5% (compositions 2-7, 8, 22) in the composition below a temperature of 110 ^o C, flocculent conglomerates are formed ("coarseness"), which complicates the manufacture of models and the smelting of the mass from ceramic shells. Therefore, the optimal content of polypropylene in the mass fits within 0.8-1.5%, having a positive effect on the properties of the mass.

Введение в состав АБД положительно влияет на линейную усадку и трещиноустойчивость модельного состава. При содержании АБД менее 10% (состав 16) и оптимальном содержании полипропилена трещиноустойчивость массы значительно снижается. При увеличенном содержании полипропилена и уменьшенном содержании АБД (состав 7) при сохранении высокой трещиноустойчивости повышается линейная усадка. При увеличении содержания АБД уменьшается твердость и жесткость массы. Оптимальным следует считать содержание АБД в массе в пределах 12-13%
Увеличение в составе содержания буроугольного воска нежелательно из-за его дефицитности и возможности снижения трещиноустойчивости. Снижение же его в составе (состав 5) ведет к понижению твердости и жесткости модельной массы.Introduction to the composition of the ABD positively affects the linear shrinkage and crack resistance of the model composition. When the ABD content is less than 10% (composition 16) and the optimal polypropylene content, the crack resistance of the mass is significantly reduced. With an increased polypropylene content and a reduced ABD content (composition 7), while maintaining high crack resistance, linear shrinkage increases. With an increase in the ABD content, the hardness and stiffness of the mass decreases. The optimum should be considered the content of ABD in the mass in the range of 12-13%
An increase in the content of brown coal wax is undesirable due to its scarcity and the possibility of reducing crack resistance. A decrease in its composition (composition 5) leads to a decrease in the hardness and rigidity of the model mass.

Снижение содержания канифоли (составы 1, 6) ведет к повышению содержания парафина или АБД, что отрицательно влияет на твердость, жесткость и теплостойкость массы. Увеличение содержания канифоли в составе приводит к увеличению времени твердения модели в пресс-форме из-за большой теплоемкости ингредиента. The decrease in the content of rosin (compositions 1, 6) leads to an increase in the content of paraffin or ABD, which negatively affects the hardness, rigidity and heat resistance of the mass. An increase in the rosin content in the composition leads to an increase in the curing time of the model in the mold due to the high heat capacity of the ingredient.

Введение полиэтиленового воска оказывает незначительное положительное влияние на жесткость модельной композиции, но при содержании уже 6,5% приводит к повышению линейной усадки (составы 19, 20). Поэтому ввиду незначительности влияния на свойства предлагаемой модельной композиции полиэтиленовый воск в рецептуру не введен. The introduction of polyethylene wax has a slight positive effect on the rigidity of the model composition, but when it is already 6.5%, it leads to an increase in linear shrinkage (compositions 19, 20). Therefore, due to the insignificance of the effect on the properties of the proposed model composition, polyethylene wax is not introduced into the formulation.

В результате разработки, исследований и опробования предлагаемой модельной композиции (работа проводилась в течение 3,5 лет и приготовлено было 120 различных составов) установлено, что предлагаемая модельная композиция обеспечивает изготовление качественных лопаток ГТУ по пресс-формам, предназначенным для использования модельных композиций типа МВ, многооборотна (опробована на АО МКБ г. Омска, ММЗ "Салют" г. Москва, АО "Пермские моторы" г. Пермь). As a result of the development, research and testing of the proposed model composition (work was carried out for 3.5 years and 120 different compositions were prepared), it was found that the proposed model composition ensures the production of high-quality GTU blades using molds designed for the use of model compositions of type MV, multi-turnaround (tested on JSC MKB in Omsk, MMZ Salyut in Moscow, JSC Perm Motors in Perm).

Использование предлагаемой модельной композиции обеспечивает по сравнению с модельной композицией типа МВ и эмульсионными массами следующие преимущества:
уменьшение брака отливок по капиллярной дефектоскопии на 50% (было 6-8% стало 3-4%);
ликвидируется загрязнение водного бассейна сбросами карбамида;
многоразовость использования модельного состава, так как он не изменяет технологических свойств и возврат используется как свежая масса для изготовления моделей деталей;
повышается размерная точность моделей, связанная с высокой стабильностью линейной усадки модельной массы;
повышается качество из-за практического отсутствия трещин на моделях.Using the proposed model composition provides, in comparison with a model composition of type MV and emulsion masses, the following advantages:
50% reduction in castings marriage by capillary inspection (it was 6-8%, it became 3-4%);
pollution of the water basin is eliminated with urea discharges;
reusability of the use of the model composition, since it does not change the technological properties and the return is used as fresh mass for the manufacture of models of parts;
increases dimensional accuracy of models associated with high stability of linear shrinkage of the model mass;
quality is improved due to the practical absence of cracks on the models.

Провести расчет экономической эффективности в настоящее время не представляется возможным из-за постоянного изменения цен на составляющие модельных композиций, энергоносителей и расценок на изготовление моделей, литейных форм, отливок и проесс-форм. It is currently not possible to calculate economic efficiency due to the constant changes in the prices of components of model compositions, energy resources and prices for the manufacture of models, foundry molds, castings and process molds.

Основываясь на результатах опробования предлагаемой модельной композиции расчет экономической эффективности следует производить по следующим показателям: ликвидация расхода карбамида 10 т/год для 1 зрвода; снижение брака отливок 2000 шт для 1 завода; потери массы В-1 (пластификатор) 8 т/год. Based on the results of testing the proposed model composition, the calculation of economic efficiency should be carried out according to the following indicators: elimination of urea consumption 10 t / year for 1 air intake; reduction of castings defect 2000 pcs for 1 plant; weight loss B-1 (plasticizer) 8 t / year.

Claims

Lost wax composition, comprising paraffin, brown coal wax, characterized in that it further comprises polypropylene, butane deasphalting asphalt and rosin in the following ingredients, wt.

Paraffin 45 47
Brown Wax 21 22
Polypropylene 0.8 1.5
Asphalt butane deasphalting 12 13
Rosin 17.5 20.2i