автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Технологический процесс изготовления точных, легкоудаляемых стержней для крупногабаритных художественных отливок

Челябинский государственный технический университет

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОЧНЫХ, ЛЕШОУДАЛЯЕШХ СТЕРШЕЙ ДЛЯ КРШОГШШТНЫХ ХУДОЖСТВЕНШХ отливок

Специальность 05.16.04 - "Литейное производство"

Автореферат диссертации, на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ЗНАМЕНСКИЙ Леонид Геннадьевич

Челябинск - 1994

Работа выполнена на кафедр? "Литейное производство" Челябинского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.М.Александров ( Научнкй консультант - кандидат технических наук,

доцент А.А.СОЛОДЯНКИН Специальные оппоненты: академик МиРИА, АТН

Российской федерации, доктор технических наук, профессор И.Е.Илларионов; кандидат технических наук, доцент Е.Ф.Аверьянов Ведущее предприятие - Каслинский машшострбительныи завод

Защита диссертации состоится "/<Р" /ноя_ 1994 года в

Щ час. на заседании специализированного совета К 053.13.06 при Челябинском государственном.техническом университете.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 454080, гЛелябинск, пр.им, В.К., Ленина, -76 , ЧИП, Ученый Совет университета, тел. 39-91-23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЧГГУ. Автореферат разослан "М " сьпрг^я 1994 года.

Ученый секретарь специализированного совета К 053.13.06,

кандидат технических наук, доцеят

Б.Э .Клецкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Представляющие большую эстетическую ценность крупногабаритные кабинетные художественные изделия (Каслинское литье) получают методом литья в кусковые формы с последующей чеканкой поверхности отливок. Такая технология не обеспечивает необходимое качество литой поверхности, трудоемка и низкопроизводительиа, требует высокой квалификации формовщиков, трудно поддается механизации..

Экономически и технологически целесообразным представляется получать указанные отливки литьем по выплавляемым моделям (ЛИЛ). Б настоящее время развитие этой прогрессивной технологии в области художественного литья сдерживается из-за низкой точности, термостойкости и .повышенной склонности к трещинообразованшо применяемых стержней.

Успешно зарекомендовавшие себя в ЛВМ-процессе керамические стержни обладают высокой точностью и прочностью, но их очень трудно удалить из полостей художественных отливок.

Поэтому создание специальных стержней для ЛВМ-процесса в ху-докественном литье является весьма актуальной задачей литейного производства. -

Цель работа. Разработка технологического процесса изготовления точных, легкоудаляекнх стеряней, основанного на методе фильтрации гелеобразутацего связующего раствора через плакированный его отвердителем наполнитель.

Для достижения поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи:

- реализовать указанный метод в технологическую схему изготовления стершей, выбрать связующее и разработать эффективный

• способ плакирования наполнителя его отвердителем;

- изучить процесс фильтрации связующего раствора через плакированный его отвердителем наполнитель;

- разработать математическую модель и методы расчета технологических параметров процесса;

- исследовать процессы разупрочнения и поверхностного импрег-пировсазя стераней связующим составом лря тепловой обработке;

- разработать и освоить в производстве технологию изготовления точных, легкоудаляемых стержней.

Научная новизна» Теоретически обоснована и экспериментально подтвервдена совокупность научных положений, обеспечивающих новое решение актуальной в области литейного производства задачи -изготовление точных, легкоудаляемых стержней. В том числе:

теоретически и экспериментально обоснован способ формообразования стержней, основанный на фильтрации гелеобразующего связующего раствора через плакированный его отвердателем наполнитель (АлЗнаС-процесс);

установлены кинетические закономерности фильтрации связующего раствора через плакированный наполнитель и определен оптимальный метод фильтрации связующего для изготовления стержней различных габаритных размеров и массы; '

выявлены структурные превращения в связующем в процессе фильтрации через плакированный наполнитель и установлены особенности формирования прочности смеси;

разработаны математическая модель, методики и программа Расчета на ЭВМ технологических параметров процесса;

определены закономерности процессов разупрочнения стержней и их поверхностного имцрегнирования связующим составом при тепловой обработке.

Практическая ценность работы. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан новый технологический процесс изготовления литейных стержней, отличающихся точностью воспроизведения сложной рабочей поверхности оснастки, повышенными прочностью г трещиноустойчивостыз на стйдш изготовления и последующих операциях ЛВМ-процесса, негазотворкос-тью при залавке расплава, саморазупрочнением и высыпаемосгью из полостей отливок.

Составлены номограммы определения оптимальных параметров изготовления стержней в зависимости от их габаритных размеров и массы."

Разработан способ подготовки в "кипящем слое"'плакированного, зернистого материала (ПЗМ), используемого в качестве обсыпки для изготовления керамических фора. Указанный способ позволяет . в 2,0«..3,0 раза ускорить цикл формообразования в ЛШ-лроцессе, более чем на 50 % повысить прочность и термостойкость форм.

В результате использования разработанных технологий в производстве крупногабаритных художественных отливок удалось более чем на 50 % уменьшить толщины стенок и массу отливок, значительно улучшить качество их тонкорельефной поверхности, сократить в 4...5""раз трудоемкость и в 2,0...2,5 раза себестоимость крупного худокественного литья.

Реализация работы. Разработанные технологические процессы подготовки ПЗМ- и изготовления точных, легкоудаляемих стержней прошли опытно-промышленные испытания и освоены на' Каслинском машиностроительном заводе (№3) с годовым экономическим эффектом 1,8 млн. Руб. (в ценах июня 1992 г.).

Апробация работы. Материалы диссертации были долояены и обсуждены на ХХХШ-ХХХХУ1 научно-технических конференциях Я, ЧГГУ, Челябинск,1989-1993 гг., на научно-технической конференции "Новые формовочные материалы в литейном производстве", Челябинск, 1389. г , на научно-технической, конференции "Прогрессивные технологии изготовления форм и стержней для производства отливок", Челябинск, 1990 г.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе патент и авторское свидетельство на изобретения.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка литературы, включающем 161 наименование, и 3-х приложений; содержит 105 ■ страниц машинописного' текста, 25 таблиц,. 65 рйсуйкоз..,.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ литературы показал, что в рамках .существующих методов формообразования представляется достаточно проблематичным разработать технологию изготовления крупногабаритных литейных сте-р;шей для ЛВМ-процесса в художественном литье, обеспечивающую их геометрическую точность и легкость удаления из полостей отливок, например, высыпанием.

В связи с этим для решения-задачи-изготовления точных," легкоудаляемих ст^рнней необходимо било использовать принципиально новый метод формообразования. При этом исходили кз утвердившихся в области теории а технологии литейного производства пред-

стазленай :о влиянии различных 'физико-химических; факторов на. точ ность воспроизведения смесью поверхности оснастки и характере разрушений каркасных структур из.связанных гелем кремниевых кис лот кварцевых зерен при тепловой обработке. Кроме того учитывалась современная тенденция развития процессов формообразования изготовление стержней и форм в холодной оснастке химическим отверждением смеси,

В результате было сделано предположение о возможности изготс вленкя точных, легкоудаляемых стержней методом фильтрации геле-о бра зущего связующего раствора через плакированный его.отварда гелем наполнитель. На этой основе сформулированы цель и задачи работы.

*

Технологическая схема изготовления стержней.

Связующее и наполнитель

В отличие от традиционного подхода к формообразованию и изготовлению стержней в оснастку засыпают только сухой наполнитель, представлявший собой огнеупорный зернистый материал, плакированный гелеобразователем связующего,' Связующее вводят в наполнитель методом фильтрации через специально предусмотренные отверстия в оснастке. Продвигаясь в межзерновом пространстве ПЗМ, связующий раствор контактирует с гелеобразователем, химически отверждается, придавая .прочность смеси. После чего стёр^ жень может быть извлечен из оснастки.

Затем для обеспечения формирования при прокалке термостойко] и огнеупорной оболочки стержней, а также.их необходимой водостойкости при внтопке моделей в технологической схеме предусыоо рена специальная поверхностная обработка стержней в упрочняющег и изолирующем составах.

Исходя из технологической схемы и применения стержней в ЛБМ-процессе, установлено, что наилучшими физико-химическими.свойствам (пропитывавшая способность, ускоренная коагуляция под действием гелеобразователей) обладают гвдролизованные растворы этилскликата-32,40 (1РЭТС) ■ типа ВС-1 с содержанием 5ьС1, 8..« ,.„16 % масс.

В .рамках технологической схемы.для выбранного типа связующего растзора дредаогеяо плакировать наполнитель химически-твер-

деющей смесью адцкого стекла (НС) и феррохромового шлака (ФХШ). При этом способ подготовки ЕШ состоит в введении смеси в наполнитель и ах перемешивании до приобретения ГШ практически исходного состояния сыпучести. Установлено, что ДЕМ монет быть использован без ограничения срока его хранения. Исходя из условия получения требуемых свойств ГШ,оптимизированы параметры его подготовки, представленные в табл.1.

Таблица I

Оптимальные параметры подготовки и свойства ПЕМ

Параметры подготовки ПЯЛ

Свойства ПЗД

Наименование ■} -Значение

Наименование

Значение

I. Количество смеси ЕС и ФХШ, % масс,-

2. Плотность ЖС (модуль 2,6,...

...3,0).кг/мз 1150...1350

3. ЯС:<ЭХШ по массе

4. Размер зерен, Ю4 м

X «о о • .3

1. Текучесть (по методике Обола-

нцева Ф.Д.), % 90...98

2. Комнуемость, % не более 5,0

3. Время подготовка, с (Ю...30)х60

Прочность:сис- . тема ГРЭТСЧЕМ ■ на сжатие, МПа 0,5.. .1.5

Электронно-микроскопическими исследованиями структура поверхности-ГШ на растровом электронном микроскопе (РКД-200) показано, что при соблюдении указанных параметров подготовка НЕМ на его поверхности наблюдается равномерная отверяденная пленка, сглакивающая дефекты зерен и блокирующая влияние глинистой составляющей. .

Установлено, что в качестве огнеупорной основн ПЗМ могут быть использованы практически любые формовочные' пески, а также некварцевые материалы, такие как шлифзерно элзктрокорунда .'5 16-80, сеяный шамот а др. При этом предпочтение отдано менее дефицитным кварцевым пескам.

Очевидно, что качественное изготовление стержней, в особенности крупногабаритных размеров, можно достичь, обеспечив при фильтрации полноту заполнения -связующим меазернового простран-

ства ПВМ в оснастке.' Этому процессу препятствует формирующее прочность смеси гелеобразовшше ГРЭТС, Поэтому необходимо было, исследовав фильтрацию ГРЭТС через ГШ, установить закономерности этого процесса и происходящих структурных -превращений.

Исследования фильтрации ГРЭТС через ЮЛ

Кинетика продвижения ГРЭТС в ПЗМ изучалась методом замера уровня поднятия еидкостя в пористой среде через равные промежутки времени. Кинетику отверждения ГРЭТС при фильтрации через ГШ исследовали методом фиксации изменения удельного электросопротивления продвигающегося фронта отверадащейся нидкости. Общий вид кинетических ■ зависимостей представлен на рис.1.

а) . ■ ~ б) .

Рис.1. Обгний вид кинетических зависимостей; 152,3 - варьируемые значения технологических факторов;

'а - фильтрация ГРЭТС; б - отверждение ГРЭТС . '

Установлено, что основными факторами, влшшазш на. конечное, перемещение ( Ьк ) ГРЭТС в 1Ш, являются градиент давленая, пористость системы и продолкктелыюсть гелгобразования ГРЭТС при фильтрации через ЕЗМ. При атом продолжительность гелеобразова-

ния определяется такими технологетескшп факторами, как количество смеси ЖС и Ш1 для плакирования наполнителя, ерэднлй разкер зерен наполнителя, условное содержание кремнезема в ГРЭТС» марка этиленликата для подготовки связующего раствора при постоянстве температура и влажности окрукагащзй среды, одном ж том ;хе типе связующего»

В результате проведенных исследований влияния технологических факторов на конечное перемещение IP3TC в ГШ определен оптимальный для. ■ изготовления стержней метод фильтрации связувдего, основанный на его подаче в находящийся з оснастке 1Ш под регулируемым воздушным давлением (0,5...4,5)«IO5 Па.

На основе анализа кривых кинетикиотверэденпя ГРЭТС при фильтрации через Шй получена а аналитической форнз слэдувдая зависимость : ■ . -»

—Г " Ш

г&э bt - узелячеиие вязкости ГРЭТС при фтиьтрации через ЦЩ зз вреги t , Па «с; н» - исходная вязкость IP3TC, Па*с; -'Z - продолжительность фильтрации, с; Д - коэффициент пропорциональности^ l/bú. ••. Физический сшсл. коэффициента А состоит в том, что он характеризует интенсивность увеличения вязкости (гелеобразевогтя) ГРЭТС ща.фильтрации через ПБМ. Результаты экспериментов показала, что коэффициент А может-быть вычислен по форгдуде

__ re- л ч и - (о}

г\ — о {_ >L.Ur> i М , . • ■ ; •

где . у - коэффициент, .учитнваший марку Э-ТС (для ЭТС-32 fes '« 1,3...1,5; ЭТС-40 - g.s 1,6...1,9), ь^/ктШо2;

LSüQ.1- условное содержание кремнезема в ГРЭТС, % тсс,; jv) - масса гелеобразователя, приходящегося на единицу по. верхяоега наполнителя, кгД:".

Полученные внракения (I) и (2) характеризуют макрокинзтхку ■ процесса отзерЕдеши ГРЗТС пра фильтрации через' 1Ы. .

Понять физэто-хишческуп природу указанного процесса, выявить особенности огверздения -связующего и формирования прочности с:,:э-

се позволили результата исследований структурных превращений,происходящих при фильтрации ГРЭТС через пал.

Анализом ИК-спектров ГРЗТС (Рис.2) и дифрактограмм сухих остатков связующего (рис.3), полученных соответственно на спектрофотометре "Брасого! -75 ЗЯ" (Германия) и дифрактометре ДРШ-г, установлено наличие в профильтрованном через слой ШМ связующем растворе (спектр 2, дифрактограша б) в отличие от его исходного состояния.-* (спектр I, дифрактограмма а) гвдрооксидов Ма и Со. . Данные щелочные продукты увеличивает рН ГРЭТС до значений 5.. .6 и переводят его в область аграгативной неустойчивости. В результате через определенное время фильтрации начинает повышаться вязкость ГРЭТС, а затем происходит его огеливаиие, обеспечивающее прочность смесь.

Таким; образом, исследования фильтрации ГРЭТС через пш показали, что изучаемый процесс является достаточно сложным и многофак-горным. Для обеспечения, эффективного управления технологическим процессом представлялось необходимы:,! разработать его математическую модель, методики и программу расчета на ЗБМ оптимальных параметров изготовления стеРЕней в'зависимости от различных условий производства. • '

Математическая.модель к методы расчета тезснодогЕческЕл параметров процесса

Анализ-известных математических моделей макрокинетики фильтрации ведкосте через дористне среды показал, что они неудовлетворительно ацрокоишидаз? полученные результаты экспериментов. Очевидно, что "вазхдущахощим" фактором является плакирование частиц" пористой среды вещэсгва.ш, едзываввдия: х-елеобразование ГРЭТС в процессе его-фнльтращш чараз

Для адакзаткой оценки явления' бнл использован метод интегрирования представленного в дифференциальной форме закона'.фильтрации Дарси цри условии экспериментально установленной параболической • зависемосте вязкости фщьтрущегося раствора, от времени. В резуль^-тате шщчена" математическая модель макрокинетшси'фильтрации гелэ-образующаго связующего раствора через плакированный его отвердите- ■ лам наполнитель в внде -вараяениа

¿soo "~Ш5 ~¡¡¿ú3 зШ mcr~~ííw 1ШГ шо 1Ш т"

9a.cro7CL, Ca;'1 Рис.2. Ш-слектры ГРЭТС

Í)

o-CaíDHl 7 w '

! ^ «»V

Ло ^

-s/QÔH

Î2

VS"*-

CM

I W1*

4

1ÏÏ SS -—-tß--^ 2Ô(MoKj

J

Рис.3. Дяфрактограммы сухих остатков связующего

v '■'■■'

где h - перемещение фронта 'гелэобразувщего связующего раствора в Ш, м;

2р - градиент давления, Па;

tc¡ - исходная динамическая вязкость раствора, Па-с;

di - средний размер зерен наполнителя, м;

£ - пористость система, ед.;

В - коэффициент для выражения величин в системе СИ, В =

«У _ Q J

V = 10 ;

ó - 'коэффициент, учитывающий марку ЗТС и равный 1,3.. Д,5 для 3TC-32; 1,6...Г,9 для ЭТС-40, í^/кгИс2;

[SLQ1- условное содержание -кремнезема в ГРЭТС, % масс,;

№ - касса гелеобразозатеяя, приходящегося да едшвщу по-взрхностс наполнителя,

'С - цродолаизеелшооть фшгаграцшг, о. ¡йуншшя арктангенса при расчетах по формула (В) шадсляз:гоя

Математическая ыодзяь подтверждается розуяьтаташ исследований кинетики фильтращш IP3IC через П2.1 к полонена в основу мз-згодак расчета технологии скшс параметров npoipócs, Лредлосааэ

дез ЫОЮДЕКЕ расчзхл. ,

Согласно первой, задавшее фгзяко-жическгзй: параметрам: связувщаго расжвора и натышшгздй,-'расочитЕвазгоя оптимзлышэ звачевхя градиента давления z цродолажгельаоотя гшэобрэзовшш неооходшао для изготовления сзеерЕней соответствуших типоразмеров и тоон. По рассчитанным значениям продолжительности геле образования определяется количество галеобразуюаай cmdoií рк шиетроаанЕя наполнителе.

Для стзреней особо слоеной конфигурации -и большой противности-предлагается вторая мзгодшка. В соответствия с нэк, зад«-шззь, исходя■ из конкретных' услошИ производства, технологовс-т щеешЕгшас паракегрши, по" юдели (3) .рассчигкваэтся коночное перемещение IP3TC в ПЗН н-радиус отверженной части ousoz { R - h /2). По рассчитавши значениям метода: вписанных cásj определяются ыеоговожжешв л количество отверстий в стергяего: яцикз, обеедечпвавщае при'ярусном подводе связующего через *:а& дую. пару цротиводолощщх отверстий полноту процесса црошЕгкд и точность геометрии сгергней. Методика реализованы в разработанной црограше "ALINAS " расчета на ЭШ техно логине скнх пар; кзтров процесса.

Поверхностпса упрочнение стержней

Изучение фмзико-ыеханических сзойстз стершюй показало, что при их хранении в естественных условиях на воздуха долив 4-х часов начинает заметно повидаться их -осыпаемость. Поэтому со всей очевидность» возникает вопрос о необходимости поверхностного упрочнения стерякей.•

Результата исследований физико-механических свойств стордкей показали полное разупрочнение и переход системы гель ГРЗТС-Ю в сыпучее состояние посла прокалки <1173 К) и после,пувдего охлаждения стерякей до температур 723...823 К. Полученные на РЭМ-200 микроструктуры поверхности наполнителя характеризуются наличием разорванных, со следами трзщянообразонатт планок связующего.

Обеспечитъ необходимую прочность стержням позволяет э.шрегкз-рование системы гель ГРЭТС-ПЗД упрочнякздш составом (УС) на ос-Н02Э гадкого стекла (1С) я пылевидного кварца (ПК). Установлено, что для получения требуемой выбязаемости целесообразно.иметь упрочненный слой стергдей толсто! £2..»3)'10""3 м. Поэтому предающей способ поверхностного Еипролапроваши етераней, изготавдива-' емюс по АлЗнаС-процессу» включагсщгп! подсушу стераней после извлечения лэ осяастяя- на указанную глубину с последувшзй их пропиткой в УС методом окунания. .

Оптимальные параметра поверхностного уврочнёшя стергпеЭ и свойства упрочненного слоя приведет? а. та~бл.2. .

Исследованиями на РЗН-200 подтвержден процесс спекания упрочненного слоя отерпшей при прокалке..Установлено, что расдяавлэ-■ нке силиката натрия, обеспечивающее жидкостное спекание-, ез приводит к нарушешю геометрии стеряпеД,- 'поскольку в "опасном" ян- -терзалв температур 1056...1173 К необходимую прочность стйргннд придает ЭТС связующее. Заливка опытных отливок продемонстрировала эффективность шгпрэгяировання системы голь ГРЭТСНЕ! упрочня-кш составом и возглошюсть удаления стеганой из отливок простым вксыпанпеги смзсгг..

Сзытно-лрсг.Еплэнние испытания и осаоешда разработанных

технологий

На основания проведенных исследований разработан новый технологический процесс изготовления лятойнюс стершей (АлЗнаС--г.рсцесс).

'. Таблица 2

Оптимальные параметры поверхностного упрочнения стержней-и свойства упрочненного слоя

■ Параметры _ --------------------------------------- ; Физяко-меХаниЧеские свойства '

■ 1 Наименование ! Значение 1 Наименование ¡Значение

1. Вязкость УС по ВЗ-4, с

2. Плотность ЕС (модуль 2,6....3,0),

кг/мз

3. ЯС:ПН по массе -

4. Режим сушки до импрегнирования

а)температура, К

б)нродолнитель-ность, мин

5. Метод импрегнирования

15 25

1250...1350 (2...3):1

373..,473

15...40

окунание "нагорячо"

1. Размерная точность,

Ю3 м 0,2...0,5

2. Прочность на изгиб, ' МПа

а)до импрегнирования 1,0...1,5

б)после импрегнирования 4... 6

в)дри 1173 К' 3,5...4,5

г)после прокалки

и охлаждения 1,3...1,8

3. Газопроницаемость, ед.

а)после сушки 30...50

б)после прокалки - 5.. .8

Опытно-промышленные испытания показали, что изготавливаемые по разработаннрй технологии стеряни выгодно отличают точность воспроизведения сложной поверхности оснастки, повышенная трещино-устойчивость на стадии изготовления и последующих операциях ЦВМ, термостойкость и негазотворность при, заливке чугуна, удаление из отливок высыпанием смеси. ■ ■

В'ходе опытно-прошшлеЬных испытаний' установлено, что при удалении моделей в горячей воде необходимая водостойкость стеркней ыоает быть достигнута их обработкой в хлорвиниловом лаке, создающего на поверхности стержней гидрофобную, изолирующую пленку. Для обеспечения требуемой кроющей способности лака он должен иметь вязкость по ВЗ-4, 15...20 с. В процессе прокалки форм пленка лака практически полностью выгорает, не ухудшая качества отливок.

Учитывая огеливающую способность ПЗМ,проведены его дроизводст-венные испытания в качестве обсыиочного материала для, ускоренного изготовления этилсшшкатных керамических форм. Отработан способ подготовки 1Ш в "кипящем слое", основанный на подаче смеси

ЕС и ФХШ в виде аэрозоля в огнеупорный зернистый материал, находящийся в псевдоолшженпом состоянии. Установлено, что оптимальной является удельная скорость впрыскивания указанной смеси (3...5)*10~6 кг/с на I I.? поверхности зерен огнеупорного материала.

Использование НЕМ, подготовленного по разработанному способу, в производстве керамических форм позволило в 2,0. ...3,0" раза сократить цикл формообразования в ЛВМ-процессе, более чем на 50 % повысить прочность и термостойкость форм.

Анализ технико-экономических показателей, подученных в ходе освоения разработанных технологий в производстве крупногабаритных художественных отливок на К!©, показал уменьшение более чем на 50 % толщин стенок и массы отливок, значительное улучшение качества тонкорельефной поверхности, снижение в 4...5 раз трудоемкости и в 2...2,5 раза себестоимости производства художественного литья. Годовой экономический эффект - 1,8 шш.руб. (в ценах июня 1992 года).

Разработанные технологические процессы подготовки ПЗМ и изготовления точных, легкоудаляемых стержней (АлЗнаС-процесс) могут быть также эффективно использованы в производстве фасонных отливок из различных сплавов со сложны»® внутренними полостяг®.

. основные вывсда

1. Комплекс необходимых условий формирования точных, легко-удаляемых стержней.для ЛВН-процесса обеспечивает метод фильтрации гелеобразующего связующего растзора через, плакированный его отвердителем'Заполнитель-(АлЗнаС-процеос).--'Исходя из особенностей метода, требуемыми физико-химическими свойствами обладают ГРЭТС типа" ВС-1 с содержанием ЭьОд 8.. .16*/» масс. Ускоренный цикл подготовка ПЗМ и его максимальная текучесть достигаются соотношением НС:ФХШ (1...3):1 по массе и'количеством ПС 2...6 % масс. С позиций формирования прочности смеси при фильтрации ГрЭТС через ПЗМ оптимальной является плотность ЕС для плакирования .наполнителя 1150...1350 кг/и3. ."■".' .

2. Фильтрация ГРЭТС. через ПЗМ сопровождается 'глассопереносом . з связующий раствор гадрооисядов На и Сй 8 иммобилизнрованшх плакирующим елгем ПЗМ. Указанные щелочные продукты вызывают переход ГРЗТС в область агрегауивной неустойчивости с гй 5...6. В

результате через определенное "время фильтрации (Ю...300с) . начинает повышаться вязкость раствора, а затем происходит необратимое превращение золя связуюцего в гель, обеспечивающее прекращение продвижения 1РЭТС в 1Ш и формирование прочности смеси.

3. Основными ,факторами, влияющими на конечное перемещение-1РЭТС в ГШ при фильтрации,- являются градиент давления, пористость системы, продолжительность гелеобразования связующего. Процесс гелеобразования связующего, характеризующийся изменени-

" ем его вязкости со временем при фильтрации через ПЗМ, удовлетворительно an прокслмвдуется параболической зависимостью .....

= ê [Sl02]MZ2.

Zg ■ '

Оптимальным для изготовления стержней различных размеров и массы, в особенности крупногабаритных, является метод фильтрации связующего, основанный на его подаче в находящийся в оснастке ГШ под регулируемым воздушным давлением (0,5...4,5)-Ю5 Па.

4. Методом интегрирования представленного в дифференциальной форме закона фильтрации Дарси при условии параболической зависимости вязкости фильтрующегося раствора от времени получена математическая модель макрокинетики: фильтрации гелеобразущего связующего раствора через плакированный его отвердителем наполнитель в ввде выракения:

- агсЩЩЩЦ

Математическая модель подтверждается результатами исследований

ютеткки фильтрации 1РЭТС-через ПЗМ. Разработанные на основе данной модели методики Е программа "AL.2NAS " расчета на ЭВ1Л технологических параметров процесса позволяют определять для различных условий производства■оптимальные значения- градиента давления и продолЕИтелькости гелеобразования связующего, обеспечивающие изготовление стернкей -соответствующих габаритных размеров и массы.

5. Установлено, что при хранении в естественных условиях на воздухе более 4-х часов.начинает значительно увеличиваться осыпаемость стернней. Полное разупрочнение и переход системы гель' ЛРЗТС-1Ш б сйпучее состояние наблюдается после прокалки (II73K) и последующем охлаждении стержней до температур 723...823 К,

Обеспечить необходимую поверхностную прочность стершим позволяет имлрегнирование системы гель ГРЗТСЧШ упрочняющим составом на основе ЕС, спекающимся при прокалке и форгшрующим тонкую термостойкую и огнеупорную оболочку. Заливкой опытних отливок установлена возможность удаления из их полостей практически всего объема стержней лростш высыпанием смеси.

S. При использовании в качестве среди для удаления моделей горячей вода необходимая-водостойкость стержней достигается их обработкой з хлорвиниловом даке, создающем на поверхности стержней гидрофобную, изолирующую пленку. Для обеспечения необходимой кроющей способности лака он должен иметь вязкость по ВЗ-4 15...20 с. В процессе прокалки пленка лака практически полностью выгорает, не ухудшая качества отливок.

?. Использование ЕШ в качестве обсыпочного материала для изготовления этилскликатных керамических форм позволяет в 2,0...3,0 раза ускорить цикл формообразования, более чем на 50 % повысить прочность и термостойкость форм. Наиболее эффективен для производства керамических форм по выплавляемым моделям разработанный способ подготовки ЛШ в "кипящем слое".

8. Технологические процессы подготовки П2М и изготовления точных, легкоудаляемых стержней (АлЗнаС-процзсс) прошш опытно-про-мышленнне испытания и освоены на НМЗ. Анализом технико-эконошче-ских показателей установлено уменьшение более чем на 50 % толщин стенок и массы художественных отливок, значительное улучшение качества их тонкорельефной поверхности,, снижение в 4...5 раз трудоемкости и в 2,0...2,5 раза себестоимости производства художественного литья. Годовой экономический эффект -1,8 млн.руб. (в.ценах июня 1992 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в- следующих работах:

I¿ Знаменский Л.Г., Мострюков A.B. Технология ускоренного изготовления керамических оболочковых форм // Вопросы теории д технологии литейных'процессов: - Темат.сб.науч.тр. / Под ред. В.М. Александрова. - Челябинск: ЧГТУ, 1991. - С. 66-75.

2. Знаменский Л.Г., Дубровин В.К. Теоретические основы АлЗнаС-процесса изготовления стершей // Вопросы теории и технологии^ литейных процессов: - Темат.сб.науч.тр, - Челябинск: ЧГГУ, 1993.

3. Знаменский Л.Г., Солодянкин A.A. Совершенствование формообразования в производстве крупного художественного литья по аыяла-

вляемда моделям // Вопросы теории и технологии литейных процессов: - Темат.сб.науч.тр. - Челябинск: ЧГГУ, 1993.

4. Александров В.Ы., Знаменский Л.Г., Солодянкян А.А. "АлЗнаС-процесс" для.изготовления стержней // Литейное производство. -1993. № I. - С.13-14.

5.,А.с. 1766577 (СССР). Способ подготовки зернистых материалов для изготовления керамических форм, и стернней / В.М.Александров, Б.А.Кулаков, Л.Г.Знаменский, А.А.Солодянкин и др. - Опубл. а Б.И., 1992, Л 37.

6. Решение ВНИИШЭ от 29.06.92 о выдаче патента по заявке й 5014789/СЕ(071964) с приоритетом от 8.10.91. Способ изготовления литейных стержней п (Торы по холодной оснастке / В.М.Александров, Л.Г.Знаменский, А.А.Солодянкин и др.

JPJí0203tí4. 20.Oí.92. Подписано в печать 01.04.94. Оормат бумаг 60X84 i/16..Печать офсетная. Усл.печ.д. 0,93. Уч.-изд.л. 3,93. Тираж IDO экз. Заказ 66/138.

УОЯ издательства. 4540в0, г. Челябинск, пр. ек. в.И.Ленияа, 'К,

Техн. редактор А.В.Миких

• Издательство Челябинского ■ государственного технического университета