RU2630399C2 - Method for manufacturing cast rods from liquid glass mixtures in heated "thermo-shock-co2-process" equipment - Google Patents
Method for manufacturing cast rods from liquid glass mixtures in heated "thermo-shock-co2-process" equipment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2630399C2 RU2630399C2 RU2015156533A RU2015156533A RU2630399C2 RU 2630399 C2 RU2630399 C2 RU 2630399C2 RU 2015156533 A RU2015156533 A RU 2015156533A RU 2015156533 A RU2015156533 A RU 2015156533A RU 2630399 C2 RU2630399 C2 RU 2630399C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- rod
- heated
- equipment
- rods
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Dental Prosthetics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству, в частности к изготовлению форм и стержней из жидкостекольных смесей по нагреваемой оснастке с использованием «Термо-шок-процессов», а именно «Термо-шок-СО2-процесса»,The invention relates to foundry, in particular to the manufacture of molds and cores from liquid glass mixtures using heated equipment using "Thermo-shock processes", namely, "Thermo-shock-CO 2 process",
Известен способ изготовления литейных форм и стержней с использованием растворов силиката натрия (жидкого стекла), так называемым VRH-процессом, предложенным компанией «Henrich Wagner Sinto» (HWS, Германия). Опубликовано в информационном бюллетене №5. М.: ЗАО Инженерно-технологический Центр «Металлург», 2004. - С.2-6. [1].A known method of manufacturing casting molds and cores using solutions of sodium silicate (water glass), the so-called VRH process, proposed by Henrich Wagner Sinto (HWS, Germany). Published in newsletter number 5. M .: CJSC Engineering and Technology Center "Metallurg", 2004. - P.2-6. [one].
По данному способу для упрочнения формы из жидкостекольной смеси используют отдельную герметизированную вакуумную камеру. После заполнения оснастки жидкостекольной смесью и ее уплотнения на формовочной машине готовую форму или стержень в оснастке помещают в указанную вакуумную камеру, из которой предварительно откачивают воздух или остатки газа. Упрочняющую обработку формы проводят путем создания в камере сначала разрежения, а затем камеру заполняют углекислым газом (СО2). После упрочнения смеси в форме углекислым газом камеру очищают от остатков газа и упрочненную форму извлекают из вакуумной камеры.In this method, to strengthen the mold from a liquid-glass mixture, a separate sealed vacuum chamber is used. After filling the snap-in with the liquid-glass mixture and compacting it on the molding machine, the finished mold or core in the snap-in is placed in the indicated vacuum chamber, from which air or gas residues are pre-pumped. Hardening processing of the form is carried out by first creating a vacuum in the chamber, and then the chamber is filled with carbon dioxide (CO 2 ). After hardening the mixture in the form of carbon dioxide, the chamber is cleaned of gas residues and the hardened form is removed from the vacuum chamber.
Недостатками данного способа являются необходимость применения отдельной специализированной камеры обработки форм, низкая производительность изготовления форм и стержней из-за применения непроизводительных транспортных операций, сложность проведения процесса отверждения смеси из-за сложности всей системы передвижения камеры на форму или формы в вакуумную камеру, необходимость герметизации камеры при статическом режиме вакуумирования, возвращения камеры передвижением в исходное состояние.The disadvantages of this method are the need to use a separate specialized chamber for processing molds, the low productivity of manufacturing molds and cores due to the use of unproductive transport operations, the complexity of the curing process of the mixture due to the complexity of the entire system for moving the chamber onto a mold or mold into a vacuum chamber, the need to seal the chamber in a static mode of evacuation, the camera returns to its original state by movement.
При этом сохраняются проблемы качества стержней и форм, присущие широко известному «Термо-шок-СО2-процессу», а именно необходимость повышенного расхода жидкостекольного связующего материала, повышенная осыпаемость поверхности стержней, низкая их объемная прочность, большая длительность процесса химической упрочняющей обработки жидкостекольной смеси.At the same time, quality problems of rods and shapes inherent to the well-known “Thermo-shock-CO 2 process” remain, namely the need for increased consumption of liquid-glass binder material, increased flaking of the surface of the rods, their low bulk strength, and the long duration of the process of chemical hardening of the liquid-glass mixture .
Указанные недостатки в значительной мере устраняются в известном способе изготовления стержней из жидкостекольных смесей в нагреваемой оснастке с использованием так называемого «Термо-шок-процесса-Никифоровой», в частности «Термо-шок-CO2-процесса» (А.В. Афонаскин, М.В.Никифорова, С.А.Никифоров. «Термо-шок-процессы» для изготовления стержней и форм из жидкостекольных смесей. Труды одиннадцатого съезда литейщиков России. Екатеринбург, 16-20 сентября 2013 г. - С.284-289. [2].These disadvantages are largely eliminated in the known method of manufacturing rods from liquid glass mixtures in a heated snap-in using the so-called "Thermo-shock-process-Nikiforova", in particular, "Thermo-shock-CO 2 process" (A.V. Afonaskin, MV Nikiforova, S. A. Nikiforov. "Thermo-shock processes" for the manufacture of cores and molds from liquid glass mixtures. Proceedings of the Eleventh Congress of Russian Foundry Workers. Yekaterinburg, September 16-20, 2013 - P.284-289. [2].
Сущность указанного «Термо-шок-CO2-процесса» состоит в том, что стержень или литейную форму из жидкостекольных смесей формируют в нагреваемой оснастке путем упрочнения его в две стадии. На первой стадии упрочнение поверхностного слоя стержня проводят за счет теплового воздействия нагреваемой оснастки, а на второй стадии упрочнение остальной части объема стержня осуществляют за счет химического отвердевания жидкостекольного связующего смеси, например при продувке его углекислым газом (СО2).The essence of the specified "Thermo-shock-CO 2 process" consists in the fact that the core or mold from liquid-glass mixtures is formed in a heated tool by hardening it in two stages. In the first stage, hardening of the surface layer of the rod is carried out due to the thermal effect of the heated equipment, and in the second stage, hardening of the rest of the volume of the rod is carried out by chemical hardening of the liquid-glass binder mixture, for example, by blowing it with carbon dioxide (CO 2 ).
При этом важным условием формирования высококачественной поверхности стержня, высокой его объемной прочности и достижения высокой производительности является высокая плотность смеси в объеме стержня и особенно в его поверхностном слое, уменьшение миграции влаги в объем стержня в процессе нагрева поверхностного слоя стержня, уменьшение, в целом, длительности процессов теплового и химического упрочнения смеси.An important condition for the formation of a high-quality surface of the rod, its high bulk strength and the achievement of high productivity is the high density of the mixture in the volume of the rod and especially in its surface layer, a decrease in the migration of moisture into the volume of the rod during heating of the surface layer of the rod, and a decrease in overall duration processes of thermal and chemical hardening of the mixture.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является способ изготовления литейных стержней или форм из жидкостекольных смесей по известному патенту РФ (№2082539, B22C, 9/10, 9/12 от 27.06.1997) [3].The closest in technical essence of the invention is a method for the manufacture of foundry cores or molds from liquid glass mixtures according to the well-known patent of the Russian Federation (No. 2082539, B22C, 9/10, 9/12 from 06/27/1997) [3].
Данный способ принят за прототип.This method is adopted as a prototype.
По данному способу изготовление стержней в нагреваемой оснастке осуществляется в следующем порядке. Жидкостекольную смесь загружают в предварительно нагретую до температуры 150-350°С стержневую оснастку, при этом смесь уплотняют любым известным способом, выдерживают смесь в контакте с нагретой оснасткой некоторое заданное по технологии время для упрочнения тепловым воздействием некоторого по толщине поверхностного слоя стержня, затем остальной объем стержня упрочняют путем продувки его углекислым газом.According to this method, the manufacture of rods in a heated snap is carried out in the following order. The liquid-glass mixture is loaded into a rod snap-in pre-heated to a temperature of 150-350 ° C, while the mixture is compacted by any known method, the mixture is kept in contact with the heated snap-in for a certain time specified by the technology for hardening by thermal action of a certain thickness of the surface layer of the rod, then the remaining volume harden the rod by blowing it with carbon dioxide.
Недостатком данного способа является недостаточно высокая прочность поверхностного слоя стержня и в связи с этим недостаточно малая его осыпаемость, низкая объемная прочность стержня и в связи с этим необходимость повышенного расхода жидкого стекла (далее ЖС), низкая производительность изготовления стержней из-за длительности процессов раздельного упрочнения смеси: сначала тепловым, затем химическим воздействием.The disadvantage of this method is the insufficiently high strength of the surface layer of the rod and, therefore, its insufficient crumbling, low bulk strength of the rod and, therefore, the need for increased consumption of water glass (hereinafter referred to as LC), low productivity of the manufacture of rods due to the duration of the separate hardening processes mixtures: first by thermal, then by chemical exposure.
Известен также способ изготовления стержней из жидкостекольных смесей по патенту РФ №2094164, B22C, 9/10, от 27.10.1997, по которому для сокращения времени химического упрочнения жидкостекольных смесей углекислый газ-отвердитель (СО2) предварительно перед химической обработкой смеси подогревают до температуры от 60 до 180°С и пропускают через стержень с одной стороны и отбирают его путем вакуумирования с другой стороны.There is also a known method of manufacturing rods from liquid glass mixtures according to the patent of the Russian Federation No. 2094164, B22C, 9/10, dated 10.27.1997, according to which, to reduce the time of chemical hardening of liquid glass mixtures, carbon dioxide hardener (CO 2 ) is pre-heated to a temperature before chemical treatment from 60 to 180 ° C and passed through the rod on the one hand and take it by vacuum on the other hand.
Задачей предлагаемого изобретения является разработать способ изготовления стержней (форм) в нагреваемой оснастке при использовании «Термо-шок-СО2-процесса» с вакуумированием жидкостекольной смеси и стержня, который обеспечил бы уменьшение продолжительности отверждения смеси и упрочнения стержня, увеличение его поверхностной плотности и прочности, уменьшение его осыпаемости, повышение объемной прочности, повышение производительности технологии.The objective of the invention is to develop a method for the manufacture of rods (molds) in a heated snap when using the "Thermo-shock-CO 2 process" with evacuation of the liquid glass mixture and the rod, which would reduce the duration of the curing of the mixture and hardening the rod, increasing its surface density and strength , reducing its crumbling, increasing bulk strength, increasing technology productivity.
Задача решается тем, что в способе изготовления стержней из жидкостекольных смесей в нагреваемой оснастке с использованием «Термо-шок-CO2-процесса», включающем нагрев стержневой оснастки до температур 150-350°С, заполнение ее жидкостекольной смесью, уплотнение смеси, выдержку ее в контакте с оснасткой, продувку стержня углекислым газом с одной стороны и отбором его с другой стороны путем вакуумирования, согласно предлагаемому изобретению вакуумирование проводят в три стадии: вакуумирование на первой стадии проводят в процессе заполнения оснастки смесью в направлении, совпадающим с направлением движения потока загружаемой смеси в оснастку, на второй стадии вакуумирование продолжают в том же направлении в течение выдержки отверждаемого стержня в контакте с нагретой поверхностью оснастки (время термо-шока-СО2-процесса), на третьей стадии вакуумирование проводят в том же направлении одновременно с продувкой стержня углекислым газом в виде единого потока или в виде его добавки от 10 до 80% в поток холодного или подогретого воздуха, подаваемом в стержень в направлении, совпадающим с направлением вакуумирования под оснасткой.The problem is solved in that in the method of manufacturing rods from liquid-glass mixtures in a heated snap-in using the “Thermo-shock-CO 2 process”, which includes heating the snap-rod to temperatures of 150-350 ° C, filling it with a liquid-glass mixture, compacting the mixture, holding it in contact with the tool, blowing the rod with carbon dioxide on one side and taking it off on the other side by evacuation, according to the invention, evacuation is carried out in three stages: evacuation in the first stage is carried out during filling snap the mixture in the direction coinciding with the direction of flow of the mixture to be loaded into the snap, in the second stage, evacuation is continued in the same direction during exposure of the curable rod in contact with the heated surface of the snap (time of thermal shock-CO 2 process), in the third stage evacuation is carried out in the same direction simultaneously with blowing the rod with carbon dioxide in the form of a single stream or in the form of its additive from 10 to 80% into the stream of cold or heated air supplied to the rod in the same direction with the direction of evacuation under the snap.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Проведение вакуумирования на трех стадиях процесса формирования стержней обеспечивает повышение их качества и увеличение производительности технологии.The essence of the invention is as follows. Vacuuming at the three stages of the process of forming the rods provides an increase in their quality and an increase in the productivity of the technology.
На первой стадии вакуумирование проводят в направлении, совпадающим с направлением движения загружаемой в оснастку смеси. При этом вакуумирование под оснасткой устраняет противодействующее сопротивление воздуха, находящегося в полости оснастки и тем самым уменьшает сопротивление оснастки движению смеси и ее эффективному уплотнению. Наоборот, проведение вакуумирования на первой стадии в процессе загрузки смеси в оснастку способствует ее структурному уплотнению и, следовательно, увеличению плотности стержня, как на поверхности его контакта с оснасткой, так и по всему объему стержня. Поэтому для формирования стержней можно использовать высокопроизводительные, скоростные способы заполнения оснастки смесью, в частности гравитационным, пескодувным или пескострельным способами. Это обеспечивает повышение производительности технологии изготовления стержней и улучшения их качества.At the first stage, evacuation is carried out in the direction coinciding with the direction of motion of the mixture loaded into the equipment. In this case, evacuation under the snap-in eliminates the opposing resistance of the air located in the snap-in cavity and thereby reduces the snap-in resistance to the mixture movement and its effective compaction. On the contrary, carrying out evacuation at the first stage in the process of loading the mixture into the tooling contributes to its structural compaction and, therefore, to increase the density of the rod, both on the surface of its contact with the tool, and throughout the entire volume of the rod. Therefore, for the formation of the rods, you can use high-performance, high-speed methods of filling tooling with a mixture, in particular gravitational, sandblasting or sandblasting methods. This provides an increase in the productivity of the manufacturing technology of the rods and improve their quality.
Исследованием установлено, что в процессе загрузки смеси в оснастку скоростными способами, например пескодувным (пескострельным) способами, применение при этом вакуумирования создает также условия жидкостной миграции жидкого связующего к поверхностному контактному с оснасткой слою формируемого стержня. В результате этого поверхностный слой стержня обогащается связующим материалом и способствует повышению его прочности при тепловом воздействии, как за счет увеличения плотности упаковки зерновой структуры смеси в контактном слое, так и за счет определенного увеличения в нем содержания связующего материала.The study found that in the process of loading the mixture into the rig with high-speed methods, for example, by sandblasting (sandblasting) methods, the application of this vacuum also creates conditions for the liquid migration of the liquid binder to the surface contact layer with the snap-formed core. As a result, the surface layer of the rod is enriched with a binder material and contributes to an increase in its strength under thermal influence, both due to an increase in the packing density of the grain structure of the mixture in the contact layer, and due to a certain increase in the content of the binder material in it.
Таким образом, вакуумировние на первой стадии за счет кратковременного, но интенсивного разрежения обеспечивает повышение плотности и прочности поверхностного слоя стержня и, следовательно, уменьшение его осыпаемости, величина которой является оценочным показателем качества стержней. При этом вакуумирование под оснасткой на первой стадии целесообразно проводить с достаточно высокой степенью разрежения, например от 0,07-0,08 МПа.Thus, the vacuum in the first stage due to short-term, but intense rarefaction provides an increase in the density and strength of the surface layer of the rod and, therefore, a decrease in its crumbling, the value of which is an estimated indicator of the quality of the rods. In this case, evacuation under rigging at the first stage is expediently carried out with a sufficiently high degree of rarefaction, for example, from 0.07-0.08 MPa.
Вторая стадия вакуумирования, которую проводят в том же направлении в процессе взаимодействия смеси с нагретой оснасткой, обеспечивает эффективное удаление из жидкостекольного связующего смеси в контактном слое стержня испаряющейся при его нагреве влаги и обеспечивает за счет этого сокращение времени теплового формирования поверхностного слоя стержня. Это также способствует повышению его прочности за счет формирования более плотных и прочных пленок связующего. При этом также сокращается время теплового отверждения смеси в контактном слое и обеспечивает повышение производительности технологии.The second stage of evacuation, which is carried out in the same direction during the interaction of the mixture with the heated snap-in, effectively removes moisture evaporating when it is heated from the liquid-glass binder mixture in the contact layer of the rod and, as a result, reduces the time of thermal formation of the surface layer of the rod. It also helps to increase its strength due to the formation of denser and stronger binder films. This also reduces the time of thermal curing of the mixture in the contact layer and provides increased productivity of the technology.
На третьей стадии применение вакуумирования в том же направлении обеспечивает сокращение времени химического упрочнения смеси углекислым газом по всему объему стержня. Это связано с тем, что направление вакуумирования в этот момент совпадает с направлением продувки углекислого газа через стержень, т.е. в направлении от нерабочей части стержня к его рабочей контактной поверхности. Проведение вакуумирования в этот момент уменьшает сопротивление мелкопористой смеси стержня движению продуваемого углекислого газа, что позволяет сократить его удельный расход и также обеспечивает сокращение продолжительности химического упрочнения стержней обработкой углекислым газом. Это обеспечивает также повышение производительности изготовления стержней предлагаемым способом, что является важным в массовом и крупносерийном производстве.In the third stage, the use of evacuation in the same direction reduces the time of chemical hardening of the mixture with carbon dioxide over the entire volume of the rod. This is due to the fact that the direction of evacuation at this moment coincides with the direction of blowing carbon dioxide through the rod, i.e. in the direction from the non-working part of the rod to its working contact surface. Carrying out evacuation at this moment reduces the resistance of the finely porous rod mixture to the movement of the blown carbon dioxide, which reduces its specific consumption and also reduces the duration of the chemical hardening of the rods by carbon dioxide treatment. This also provides increased productivity in the manufacture of rods of the proposed method, which is important in mass and large-scale production.
Важным для производства также являются режимы обработки стержней газообразным отвердителем, в частности углекислым газом.Important for the production are also the modes of treatment of the rods with a gaseous hardener, in particular carbon dioxide.
Исследованием установлено, что при химической обработке стержней с разнообразной по величине их массой давление углекислого газа можно изменять в больших пределах: от 0,1 до 6 атмосфер в режиме кратковременного одноразового импульса или в режиме многоразовых импульсов в виде единого потока углекислого газа или в виде добавки его в поток холодного или подогретого воздуха в количестве от 10 до 80% в зависимости от массы обрабатываемого стержня.The study found that during the chemical treatment of rods with a variety of masses, the pressure of carbon dioxide can be varied over a wide range: from 0.1 to 6 atmospheres in the mode of a short one-time pulse or in the mode of multiple pulses in the form of a single stream of carbon dioxide or as an additive it into the flow of cold or heated air in an amount of from 10 to 80%, depending on the mass of the processed rod.
Для отверждения мелких стержней целесообразно применять продувку холодным воздухом с малым содержанием углекислого газа. Для обработки крупных стержней необходимо применять подогретый воздух с более высоким содержанием углекислого газа.For curing small rods, it is advisable to apply a purge with cold air with a low content of carbon dioxide. To handle large rods, it is necessary to use heated air with a higher carbon dioxide content.
Испытания проводили на стандартной лабораторной установке модели 4735А (конструкции НИИЛИТМАШ) с максимальной температурой нагрева нагреваемой оснастки до 380°С, позволяющей проводить заполнение нагреваемой оснастки в гравитационном, пескодувном или пескострельном режимах уплотнения смеси. При этом для применения вакуумирования образцов нижнюю часть нагреваемой оснастки выполняли газо-воздухо проницаемой (пористой). Для проведения регулируемого вакуумирования оснастки использовали вакуумный насос РВН-20 с объемом ресивера на 20 литров.The tests were carried out on a standard laboratory setup of model 4735A (NIILITMASH design) with a maximum heating temperature of the heated tool up to 380 ° C, which allows filling the heated tool in gravitational, sandblasting or sand-shot modes of mixture compaction. Moreover, for the application of evacuation of the samples, the lower part of the heated snap-in was made gas-air-permeable (porous). To carry out adjustable evacuation of equipment, a RVN-20 vacuum pump with a receiver volume of 20 liters was used.
В испытаниях использовали жикостекольную смесь следующего состава: кварцевый песок Кичигинского месторождения - основа, ЖС с модулем 2,7 ед. и плотностью 1320 г/см3. Содержание ЖС в смеси 5,5 мас. %.In the tests we used a glass-glass mixture of the following composition: quartz sand of the Kichiginsky deposit - base, ZhS with a module of 2.7 and a density of 1320 g / cm 3 . The content of FS in a mixture of 5.5 wt. %
При испытании использовали пескодувный метод заполнения разъемной оснастки образца толщиной 20 мм при температуре нагрева оснастки 150°C. Разрежение (вакуум) держали на уровне 0,065 МПа на всех трех стадиях вакуумирования: на стадии заполнения оснастки смесью, на стадии теплового воздействия и на стадии обработки образца углекислым газом.In the test, the sandblasting method was used to fill a detachable snap of a sample with a thickness of 20 mm at a snap heating temperature of 150 ° C. The vacuum (vacuum) was kept at 0.065 MPa at all three stages of evacuation: at the stage of filling the tool with a mixture, at the stage of heat exposure and at the stage of processing the sample with carbon dioxide.
Для определения степени миграции жидкого стекла в смеси при заполнении оснастки под воздействием вакуума разъемная оснастка выполнена так, что позволяет после заполнения разделять образец на две симметричные части по горизонтали. Нижнюю часть в размере 10 мм по высоте со стороны контактной поверхности оснастки отрезали от верхней части также в размере 10 мм со стороны надува смеси. При этом сравнительное содержание жидкого стекла в разных частях определяли методом титрования водных щелочных растворов из растворенных частей образцов.To determine the degree of migration of liquid glass in the mixture when filling the tool under vacuum, the detachable tool is designed so that after filling, the sample can be divided into two symmetrical parts horizontally. The lower part in the amount of 10 mm in height from the side of the contact surface of the equipment was cut off from the upper part also in the amount of 10 mm from the side of the mixture charge. In this case, the comparative content of water glass in different parts was determined by titration of aqueous alkaline solutions from the dissolved parts of the samples.
Оценочными параметрами качества образцов стержней выбраны:Estimated quality parameters of the samples of the rods selected:
- плотность смеси, формируемой в процессе надува ее в оснастку в разных частях образца: нижней и верхней в направлении надува смеси;- the density of the mixture formed in the process of inflating it into a snap in different parts of the sample: the lower and upper in the direction of inflating the mixture;
- изменение содержания жидкого стекла в разных частях образца: нижней - прилегающей к контактной поверхности нагреваемой оснастки и верхней - со стороны надува смеси в оснастку;- change in the content of water glass in different parts of the sample: the bottom - adjacent to the contact surface of the heated snap-in and the top - from the side of the mixture inflow into the snap;
- прочность образца после только теплового упрочнения;- the strength of the sample after only heat hardening;
- осыпаемость образца с поверхности после теплового упрочнения;- flaking of the sample from the surface after heat hardening;
- прочность образца после химического упрочнения углекислым газом;- the strength of the sample after chemical hardening with carbon dioxide;
- время полного упрочнения образца при тепловом воздействии;- time of complete hardening of the sample during thermal exposure;
- время полного упрочнения при обработке углекислым газом;- the time of complete hardening during the processing of carbon dioxide;
- общее время цикла упрочнения при комбинированной обработке (производительность).- the total time of the hardening cycle during combined processing (productivity).
Сравнительные с прототипом результаты испытания на лабораторной установке представлены в таблице, где в числителе приведены результаты, полученные по предлагаемому способу, а в знаменатели - результаты, полученные по прототипу.Comparative results of the test with a prototype in a laboratory setup are presented in the table, where the numerator shows the results obtained by the proposed method, and the denominators show the results obtained by the prototype.
Результаты лабораторных испытаний показали, что воздействие вакуумирования на первой стадии в процессе заполнения нагреваемой оснастки смесью обеспечивает увеличение содержания ЖС в поверхностном слое примерно на 7,5-8% от исходного удельного содержания. Это происходит за счет его жидкостного перемещения из общего объема смеси под воздействием сжатого воздуха пескодувного процесса и воздействия вакуума под образцом.The results of laboratory tests showed that the effect of evacuation at the first stage in the process of filling the heated equipment with a mixture provides an increase in the content of liquid in the surface layer by about 7.5-8% of the initial specific content. This is due to its liquid movement from the total volume of the mixture under the influence of compressed air to the sandblasting process and the effect of vacuum under the sample.
При этом плотность упаковки структуры смеси в контактном с оснасткой слое образца увеличивается на 12-15%, что способствует повышению поверхностной прочности и уменьшению осыпаемости стержня.At the same time, the packing density of the mixture structure in the contact layer of the sample increases by 12-15%, which contributes to an increase in surface strength and a decrease in the crumbling of the rod.
Остальной объем смеси в образце при этом несколько обедняется связующим, примерно на 3,2-3,6% от исходного содержания, но сохраняет возможность извлечение стержня без его разрушения. При этом улучшается выбиваемость (удаление) из отливки стержня после ее охлаждения.The remaining volume of the mixture in the sample is somewhat depleted in the binder, by approximately 3.2-3.6% of the initial content, but retains the ability to remove the rod without destroying it. This improves knockout (removal) from the casting of the rod after cooling.
В целом готовый стержень после комбинированного термохимического упрочнения приобретает высокую конструктивную прочность за счет высокой прочности поверхностного слоя, формируемого при тепловом упрочнении в контакте с нагретой оснасткой и при воздействии вакуумирования на второй и третьей стадии.In general, the finished rod after combined thermochemical hardening acquires high structural strength due to the high strength of the surface layer formed by heat hardening in contact with heated equipment and under vacuum in the second and third stages.
Так, согласно результатам испытания при реализации предлагаемого способа в сравнении с прототипом осыпаемость поверхности стержней снижается на 41%, прочность смеси в остальном объеме стержня повышается на 35%, производительность изготовления стержней по временному циклу упрочнения увеличивается более чем в два раза.So, according to the test results when implementing the proposed method in comparison with the prototype, the tear-off behavior of the surface of the rods is reduced by 41%, the strength of the mixture in the rest of the volume of the rod is increased by 35%, the productivity of the manufacture of rods by the time hardening cycle is more than doubled.
Примеры реализации способаMethod implementation examples
Изготовление стержней предлагаемым способом проводили на промышленной пескодувной установке модели «Корбертер» (Английского производства) с регулируемой температурой нагреваемой оснастки до 400°С, давлением сжатого воздуха из ресивера: 6 атм. Для проведения вакуумирования оснастки использовали дополнительный вакуумный ресивер объемом 80 литров с регулятором степени разрежения.The manufacture of rods by the proposed method was carried out on an industrial sandblasting plant of the Corberter model (English production) with adjustable temperature of the heated snap-in up to 400 ° C, pressure of compressed air from the receiver: 6 atm. An additional vacuum receiver with a volume of 80 liters with a regulator of the degree of rarefaction was used to carry out the evacuation of the equipment.
Пример 1Example 1
Для изготовления стержня массой 12 кг использовали смесь следующего состава: кварцевый песок Кичигинского месторождения - основа; ЖС с модулем 2,7 ед. и плотностью 1,36 г/см3 - 4,2%; технологическая добавка, повышающая гидростойкость готового стержня в виде глинозема -1,5%.For the manufacture of a rod weighing 12 kg, a mixture of the following composition was used: quartz sand of the Kichiginsky deposit - the base; ZhS with the module of 2.7 units and a density of 1.36 g / cm 3 - 4.2%; technological additive that increases the water resistance of the finished rod in the form of alumina -1.5%.
Смесь перемешивали в лопастном смесителе модели 1А11 в течение 1,5 минут и готовую смесь загружали в бункер на вдувной головкой машины.The mixture was mixed in a model 1A11 paddle mixer for 1.5 minutes and the finished mixture was loaded into the hopper on the machine’s inflatable head.
Металлическую оснастку перед загрузкой смеси нагревали до температуры 150-180°C. Перед вдувом смеси нагретую оснастку подключали к вакуумному ресиверу с высоким разрежением около 0,07 МПа. В тот же момент включали камеру воздушной подачи смеси пескодувной головки. Через 2-3 секунды степень вакуумирования оснастки снижали до 0,035 МПа и выдерживали стержень в оснастке в течение 5 секунд для формирования слоя теплового упрочнения около 3-5 мм. Затем включали подачу углекислого газа из баллона для продувки стержня, а степень разрежения вакуума снижали до 0,015 МПа. Время продувки выдерживали около 12 сек.Tooling before loading the mixture was heated to a temperature of 150-180 ° C. Before blowing the mixture, the heated equipment was connected to a vacuum receiver with a high vacuum of about 0.07 MPa. At the same time, the air supply chamber of the sandblasting mixture was turned on. After 2-3 seconds, the degree of evacuation of the equipment was reduced to 0.035 MPa and the rod was kept in the equipment for 5 seconds to form a layer of heat hardening of about 3-5 mm. Then, the supply of carbon dioxide from the cylinder for blowing the rod was turned on, and the degree of vacuum depression was reduced to 0.015 MPa. The purge time was held for about 12 seconds.
После этого стержневой ящик удаляли от вдувной плиты пескодувной головки, готовый стержень извлекали из ящика и проводили оценку качества стержня. Поверхность готового стержня имела гладкую и прочную структуру и низкую пористость. Стержень установили в форму без противопригарных покрытий. После выдержки собранной формы в течение 40 минут, форму залили углеродистой сталью. Готовая отливка признана годной. Имела хорошую чистоту поверхности (на уровне Ra=0,2 мкм). Стержень из отливки удалился на малой выбивной решетке за 15 секунд вибрации.After that, the core box was removed from the blowing plate of the sandblasting head, the finished core was removed from the box and the quality of the core was evaluated. The surface of the finished rod had a smooth and strong structure and low porosity. The core was installed in the form without non-stick coatings. After holding the assembled mold for 40 minutes, the mold was cast in carbon steel. Finished casting is recognized as suitable. It had a good surface cleanliness (at Ra = 0.2 μm). The rod from the casting was removed on a small knocked-out lattice in 15 seconds of vibration.
Пример 2Example 2
Для изготовления стержней из жидкостекольных смесей использовали промышленную нагреваемую оснастку, применяемую в технологии изготовления стержней из увлажненных плакированных смоляных смесей.For the manufacture of rods from liquid-glass mixtures, industrial heated equipment used in the technology for the manufacture of rods from moistened clad resin mixtures was used.
Недостатки технологии из плакированных смоляных смесей (неудовлетворительные экологические показатели окружающей среды, высокая длительность процесса горячего отвердения смеси, высокая стоимость технологии и др.) вызвали необходимость взамен смоляной технологии испытать технологию жидкостекольных смесей по предлагаемому способу на действующем промышленном оборудовании.The shortcomings of the technology of clad resin mixtures (unsatisfactory environmental indicators of the environment, the high duration of the process of hot hardening of the mixture, the high cost of technology, etc.) necessitated, instead of the resin technology, to test the technology of liquid glass mixtures according to the proposed method on existing industrial equipment.
Применили металлическую газонагреваемую оснастку с газоотводящими вентами для надува смеси из пескодувной головки. Для вакуумирования смеси использовали дополнительный вакуумный ресивер. Вакуум подвели по трубопроводу через дополнительную обечайку к нижней половине оснастки с вентами. Температура нагрева оснастки составляла 180°С.We used metal gas-heated equipment with gas vents to inflate the mixture from the sandblasting head. An additional vacuum receiver was used to evacuate the mixture. The vacuum was brought through the pipeline through an additional shell to the lower half of the equipment with vents. The heating temperature of the equipment was 180 ° C.
Для изготовления стержней применили смесь на основе кварцевого песка Кичигинского месторождения - основа; ЖС с модулем 2,8 ед. и плотностью 1,42 г/см3; с технологической добавкой в виде свекольной патоки (0,6%) для улучшения выбиваемости стержней из отливок и 1,2% глинозема.For the manufacture of rods, a mixture based on quartz sand of the Kichiginskoye deposit was used - the base; ZhS with the module of 2.8 units and a density of 1.42 g / cm 3 ; with a technological additive in the form of beet molasses (0.6%) to improve the knockability of rods from castings and 1.2% alumina.
При изготовлении стержней вакуум поддерживали на всех трех стадиях вакуумирования одинаковым в пределах 0,065-0,07 МПа.In the manufacture of rods, the vacuum was maintained at all three stages of evacuation the same in the range of 0.065-0.07 MPa.
Обработку стержня углекислым газом проводили по следующему режиму. После проведения «Термо-шок-СО2-обработки» под вакуумом в течение 20 секунд, СО2 - газ подавали через вдувные отверстия оснастки в струе предварительно подогретого до 90-110°С воздуха из расчета примерно 50 на 50%. При этом сокращался расход СО2 газа.The rod was treated with carbon dioxide according to the following regime. After carrying out the “Thermo-shock-CO 2 treatment” under vacuum for 20 seconds, CO 2 gas was supplied through the inflatable holes of the rig in a stream of air preheated to 90-110 ° C at a rate of about 50 to 50%. At the same time, the consumption of CO 2 gas was reduced.
По предлагаемому способу было изготовлено 30 стержней. Стержни использовали для изготовления стальных отливок массой 50 кг. Стержни выбивались на малой решетке при вибрации. Отработанная смесь от стержней прошла сухую механическую регенерацию и использовалась повторно.According to the proposed method, 30 rods were made. The rods were used for the manufacture of steel castings weighing 50 kg. The rods were knocked out on a small lattice during vibration. The spent mixture from the rods went through dry mechanical regeneration and was reused.
Стальные отливки имели чистоту поверхности на уровне Ra=0,15-0,2 мкм. После механической обработки в отливках не обнаружены дефекты: ситовидной пористости, газовых раковин и песчаных засоров, присущих смоляной технологии.Steel castings had a surface finish of Ra = 0.15-0.2 microns. After machining, no defects were found in the castings: sieve porosity, gas sinks and sand blockages inherent in resin technology.
Промышленная применимость предлагаемого способаIndustrial applicability of the proposed method
Предлагаемый способ эффективно применим в серийном и массовом производстве мелких и средних отливок из чугуна, стали и цветных сплавов взамен технологий на смоляных связующих материалах.The proposed method is effectively applicable in serial and mass production of small and medium-sized castings of cast iron, steel and non-ferrous alloys instead of technologies on resin binder materials.
Указанный способ целесообразно применять взамен смоляных смесей по обычной холодной оснастке при изготовлении крупных и средних по массе стержней, но с применением трехстадийного вакуумирования и подачи подогретого СО2 газа.The specified method is advisable to use instead of resin mixtures using conventional cold tooling in the manufacture of large and medium-weight rods, but using three-stage evacuation and supplying heated CO 2 gas.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015156533A RU2630399C2 (en) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | Method for manufacturing cast rods from liquid glass mixtures in heated "thermo-shock-co2-process" equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015156533A RU2630399C2 (en) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | Method for manufacturing cast rods from liquid glass mixtures in heated "thermo-shock-co2-process" equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015156533A RU2015156533A (en) | 2017-07-05 |
| RU2630399C2 true RU2630399C2 (en) | 2017-09-07 |
Family
ID=59309299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015156533A RU2630399C2 (en) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | Method for manufacturing cast rods from liquid glass mixtures in heated "thermo-shock-co2-process" equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2630399C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU206795U1 (en) * | 2021-03-15 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» имени Ф.Э. Дзержинского» | Casting shape |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2382290A1 (en) * | 1977-03-03 | 1978-09-29 | Tsi T | Self curing moulding compsn. for casting moulds and cores - with refractory filler, aq. alkali silicate binder and propylene carbonate as hardener |
| SU1041202A1 (en) * | 1979-11-12 | 1983-09-15 | Научно-Исследовательский Институт Тяжелого Машиностроения | Method of strengthening moulds and cores of liquid glass mixtures |
| RU2082539C1 (en) * | 1994-10-06 | 1997-06-27 | Челябинский государственный технический университет | Method for manufacture of foundry cores or molds from water glass mixtures |
| RU2486987C2 (en) * | 2010-12-29 | 2013-07-10 | Виктор Наумович Ромашкин | Method of combined moulds from liquid-glass self-hardening mixes |
-
2015
- 2015-12-28 RU RU2015156533A patent/RU2630399C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2382290A1 (en) * | 1977-03-03 | 1978-09-29 | Tsi T | Self curing moulding compsn. for casting moulds and cores - with refractory filler, aq. alkali silicate binder and propylene carbonate as hardener |
| SU1041202A1 (en) * | 1979-11-12 | 1983-09-15 | Научно-Исследовательский Институт Тяжелого Машиностроения | Method of strengthening moulds and cores of liquid glass mixtures |
| RU2082539C1 (en) * | 1994-10-06 | 1997-06-27 | Челябинский государственный технический университет | Method for manufacture of foundry cores or molds from water glass mixtures |
| RU2486987C2 (en) * | 2010-12-29 | 2013-07-10 | Виктор Наумович Ромашкин | Method of combined moulds from liquid-glass self-hardening mixes |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU206795U1 (en) * | 2021-03-15 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод» имени Ф.Э. Дзержинского» | Casting shape |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015156533A (en) | 2017-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104588617B (en) | The method that one step prepares Metal Substrate light composite material | |
| RU2551335C2 (en) | Salt-based rod and method of its production | |
| CN105522112A (en) | High-collapsibility ceramic shell for manufacturing magnesium alloy fusible pattern and preparation method for high-collapsibility ceramic shell | |
| CN104209497A (en) | Plaster casting method for large-sized complex thin-walled magnesium alloy part | |
| CN109434012A (en) | A kind of lost foam casting process of high-mechanical property casting | |
| Munusamy et al. | Analysis of sand mold using industrial powders and fly ash | |
| RU2630399C2 (en) | Method for manufacturing cast rods from liquid glass mixtures in heated "thermo-shock-co2-process" equipment | |
| JP2015522717A (en) | Method for producing aluminum alloy foam by casting | |
| RU2532648C1 (en) | Aluminium alloy casting method | |
| Guler et al. | A study of expanded polyethylene (EPE) pattern application in aluminium lost foam casting | |
| JP2007030027A (en) | Method for forming water soluble core, and method for casting aluminum alloy | |
| RU2532753C1 (en) | Method of producing multilayer investment shell casting moulds | |
| Zitian et al. | Status quo and development trend of lost foam casting technology | |
| CN103817287B (en) | The Glass tube mould foundry goods manufacturing process that molding sand can be recycled | |
| JP4485343B2 (en) | Method and apparatus for forming water-soluble core | |
| Nor et al. | The effect of dewaxing and burnout temperature in block mold process for copper alloy casting | |
| Kroupová et al. | Proposal of method of removal of mould material from the fine structure of metallic foams used as filters | |
| Major-Gabryś et al. | The influence of various matrixes on the strength properties of moulding sands with thermally hardened hydrated sodium silicate for the ablation casting process | |
| Puzio et al. | The influence of inorganic binder type on properties of self-hardening moulding sands intended for the ablation casting process | |
| Guler | Solid mold investment casting–A replication process for open-cell foam metal production | |
| RU2385782C1 (en) | Mix for manufacturing of shapes and rods in precision casting and method of its manufacturing | |
| CN101992286A (en) | Vacuum low-pressure casting method for casting copper impeller of water pump | |
| US20150367406A1 (en) | Method for the production of core sand and/or molding sand for casting purposes | |
| DE112014002341T5 (en) | DOUBLE-GAS PROCESSING AND DEVICE | |
| RU2086341C1 (en) | Method of manufacture of foundry cores and molds on cold equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171229 |