Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2163854
СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ НА ГИПСОВОМ СВЯЗУЮЩЕМ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОТЛИВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ И ДРАГОЦЕННЫХ СПЛАВОВ

Имя заявителя: Южно-Уральский государственный университет 
Имя изобретателя: Ивочкина О.В.; Знаменский Л.Г.; Дубровин В.К.; Кулаков Б.А. 
Имя патентообладателя: Южно-Уральский государственный университет
Адрес для переписки: 454080, г.Челябинск, пр. им. В.И. Ленина 76, ЮУрГУ, технический отдел
Дата начала действия патента: 2000.07.12

Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит, мас.%: гипс 12 - 15, динасовый порошок 24 - 30, отход производства оптических стекол 24 - 30, алюмоборфосфатный концентрат 0,02 - 0,04, щавелевая кислота 0,03 - 0,08, вода - остальное. Введение в смесь отхода производства оптических стекол за счет компенсации расширения динаса при нагреве обеспечивает уменьшение коэффициента термического расширения форм и стержней. Повышается точность и прочность форм и стержней. Улучшается качество поверхности ювелирных и художественных отливок, отличающихся тонкорельефностью.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при изготовлении форм и стержней на гипсовом связующем, преимущественно в производстве тонкорельефных художественных и ювелирных отливок из цветных и драгоценных сплавов, получаемых литьем по выплавляемым моделям (ЛВМ).

В настоящее время в художественном и ювелирном литье наибольшее распространение получили смеси на гипсовом связующем импортные "К- 90", "Суперкаст", "Ультравест" [1, 2] , а и отечественные "Ювелирная-1" и "Ювелирная-2"[2]. Однако импортные смеси дороги, а отечественные имеют пониженный уровень текучести смеси, уменьшающий точность воспроизведения микрорельефа моделей. Кроме того, наблюдается снижение прочности форм из перечисленных смесей в горячем состоянии в результате разложения гипса - единственного связующего компонента.

Наиболее близкой по технической сущности является смесь для изготовления керамических форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов [3]. Смесь включает гипс, динасовый порошок, пылевидный возгон шамотного производства, алюмохромфосфатное связующее и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

• Гипс - 10...14
• Динасовый порошок - 50...63
• Пылевидный возгон шамотного производства - 3,7...7,0
• Алюмохромфосфатное связующее - 0,003...0,020
• Вода - Остальное

Известная смесь обеспечивает получение необходимого уровня реологических свойств (текучесть, продолжительность затвердевания) смеси для изготовления художественных и ювелирных отливок по выплавляемым моделям.

Вместе с тем прототип имеет следующие существенные недостатки:

• повышенный коэффициент термического расширения смеси при нагреве до температур прокалки является причиной трещинообразования форм и стержней;

• низкая седиментационная устойчивость коллоидного водного раствора алюмохромфосфатного связующего в составе смеси прототипа не обеспечивает стабильность реологических свойств смеси и форм на гипсовом связующем;

• низкая смачиваемость водной гипсовой суспензией выплавляемых воскообразных моделей приводит к снижению воспроизводимости смесью их конфигурации и нарушению качества тонкорельефной поверхности отливок;

• неудовлетворительный комплекс прочностных характеристик форм и стержней, в особенности при изготовлении художественных и ювелирных отливок, отличающихся сложнопрофильностью и тонкорельефностью;

• недостаточные физико-механические свойства форм и стержней вызывают увеличение брака художественных и ювелирных отливок по засорам, наплывам и шероховатости поверхности.

Кроме того, при изготовлении смеси по прототипу удаление смеси из развитых полостей тонкорельефных отливок затруднено, что увеличивает трудоемкость зачистных работ и приводит к безвозвратным потерям драгоценных и цветных сплавов.

В основу изобретения положена задача создать такую смесь, которая обеспечила бы повышение физико-механических свойств форм и стержней на гипсовом связующем и стабильность технологического процесса их изготовления, а и улучшение качества поверхности ювелирных и художественных отливок, отличающихся тонкорельефностью.

Указанная задача решается таким образом, что смесь для изготовления форм и стержней на гипсовом связующем, используемая в производстве тонкорельефных художественных и ювелирных отливок из цветных и драгоценных сплавов, включающая гипс, динасовый порошок, фосфоросодержащую добавку и воду, согласно изобретению в качестве фосфоросодержащей добавки содержит алюмоборфосфатный концентрат, а и дополнительно отход производства оптических стекол и щавелевую кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

• Гипс - 12...15
• Динасовый порошок - 24...30
• Отход производства оптических стекол - 24...30
• Алюмоборфосфатный концентрат - 0,02...0,04
• Щавелевая кислота - 0,03...0,08
• Вода - Остальное

Введение в смесь отхода производства оптических стекол (ОПОС) за счет дополнительной с гипсом компенсации расширения динаса при нагреве обеспечивает уменьшение коэффициента термического расширения (КТЛР) форм и стержней, повышение их точности и прочности вследствие значительного содержания указанной технологической добавки, имеющей высокие показатели дисперсности и удельной поверхности.

Уменьшение КТЛР позволяет увеличить интенсивность тепловой обработки форм и стержней на гипсовом связующем без их разрушения и трещинообразования. В результате появляется возможность снизить энергоемкость и себестоимость производства отливок.

Снижение КТЛР и улучшение за счет этого точности форм и стержней на гипсовом связующем во многом определяются фазовым составом ОПОС. По данным рентгенофазового анализа (ДРОН-4) указанная технологическая добавка содержит 40...50% кварца и 60...50%кристобалита.

ОПОС образуется в процессе изготовления стекол высокой чистоты. Его химический состав приведен в табл. 1.

Введение в состав смеси алюмоборфосфатного концентрата (АБФК), являющегося высокотемпературным связующим материалом, способствует повышению прочности форм и стержней на гипсовом связующем, в особенности при температурах прокалки и заливки цветных и драгоценных сплавов.

Высокая седиментационная устойчивость коллоидного водного раствора АБФК, используемого в качестве затворителя смеси, обеспечивает стабильность реологических свойств суспензии на гипсовом связующем.

Введение в состав смеси щавелевой кислоты, обладающей свойствами поверхностно-активного вещества, уменьшает поверхностное натяжение водного затворителя и обеспечивает требуемую смачиваемость гипсовой суспензией поверхности воскообразных выплавляемых моделей. Поэтому наблюдается высокая степень воспроизводимости формой особо сложной конфигурации моделей и достигается повышение качества тонкорельефной поверхности художественных и ювелирных отливок.

Подготовку заявленной смеси для изготовления форм и стержней на гипсовом связующем при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов осуществляют следующим образом. Перемешивают расчетное количество АБФК (ТУ 113-08-606-87), щавелевой кислоты и воды и получают затворитель смеси. Затем готовят сухую смесь из гипса, динаса и отхода производства оптических стекол путем перемешивания указанных ингредиентов.

Перед непосредственным изготовлением форм и стержней сухую смесь засыпают в предварительно подготовленный затворитель из расчета 380...400 мл затворителя на 1 кг сухих составляющих. Смесь перемешивают и подвергают вибровакуумной обработке в течение 3...4 мин. После чего смесь может быть использована для изготовления форм и стержней.

Содержание в предлагаемой смеси ОПОСменьше 24 мас.% оказывается недостаточным для существенного снижения КТЛР при нагреве до температур прокалки. Введение в состав смеси указанной добавки в количестве более 30% не обеспечивает требуемый уровень реологических свойств гипсовой суспензии (текучесть, продолжительность затвердевания).

Количество АБФК в составе смеси 0,02...0,04 мас.%является оптимальным с позиций получения требуемых прочностных характеристик форм и стержней на гипсовом связующем, в особенности при повышенных температурах, и обеспечения оптимальной продолжительности отверждения смеси.

Содержание в смеси щавелевой кислоты в количестве 0,03...0,08 мас.% вызывает явление смачиваемости суспензией поверхности воскообразных выплавляемых моделей. Введение щавелевой кислоты в количестве более 0,08% приводит к выделению газов при подготовке суспензии на гипсовом связующем.

В заявленном составе предпочтительнее использовать высокопрочный гипс марок Г-16 (ГОСТ 125-79) и выше Самарского гипсового комбината и динас марки ЭД (ГОСТ 1566-71) Первоуральского динасового завода. Кроме того, может быть применен раздробленный и просеянный бой динасового кирпича, являющегося отходом производства при замене футеровки металлургических печей.

Предлагаемый состав смеси для изготовления форм и стержней на гипсовом связующем иллюстрируется следующим примером.

Пример
Готовят сухую смесь из гипса марки Г-16 (ГОСТ 125-79), динасового порошка и отхода производства оптических стекол. Перед изготовлением форм и стержней сухую смесь вводят в затворитель - предварительно подготовленный водный раствор АБФК (ТУ 113-08-606-87) и щавелевой кислоты - в количестве 380 мл на 1 кг сухих составляющих с последующим перемешиванием и вибровакуумной обработкой в течение 3...4 минут. Применяют вибрацию с амплитудой 0,3. . .0,55 мм и частотой 50 Гц. Поддерживают разрежение в емкости с гипсовой суспензией с остаточным воздушным давлением 1400 Па [2].

Параллельно для получения сравнительных данных осуществляют приготовление смеси на гипсовом связующем согласно прототипу, соблюдая то же наполнение суспензии и указанные параметры вибровакуумной обработки смеси. Составы смесей приведены в табл. 2.

Подготовленные смеси используют для изготовления форм и стержней на гипсовом связующем с фиксацией их физико-механических свойств.

Показателями для сравнения являются коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) смеси в интервале температур 20...800^oC, смачивающая способность и седиментационная устойчивость затворителя, прочность форм при сжатии после сушки и остаточная (характеризует выбиваемость смеси).

КТЛР определяли на дилатометре "PAULIK", используя образцы диаметром 5 мм и высотой 30 мм.

Смачивающую способность затворителя оценивали по известной методике капиллярной пропитки пористой среды. Для этого измеряли в трубке диаметром 5 мм и высотой 300 мм равновесную высоту пропитки затворителем предварительно подготовленной смеси из кварцевого песка 2K₁O₃03 (ГОСТ 2138-91) и пылевидного кварца марки А (ГОСТ 9077-82), взятых в соотношении 3:1 по массе. Чем больше равновесная высота пропитки затворителем пористой среды, тем лучше его смачивающая способность и выше степень воспроизведения смесью на гипсовом связующем тонкорельефной поверхности моделей.

Седиментацию затворителя оценивали по ГОСТ 80772-78.

Прочность форм определяли, испытывая на сжатие стандартные образцы диаметром и высотой 50 мм после сушки на воздухе и после прокалки (700^oC, 2 часа) и охлаждения до комнатной температуры.

Результаты испытаний смесей приведены в табл. 3.

Результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом заявленный состав смеси позволяет более чем в 2 раза уменьшить КТЛР, обеспечить смачиваемость гипсовой суспензией тонкорельефной поверхности моделей, а и стабильность формирования реологических свойств смеси за счет значительного увеличения седиментационной устойчивости затворителя. и создаются условия для повышения прочностных характеристик форм и стержней на 30...40% при улучшении их выбиваемости.

Смесь опробована в художественном и ювелирном литье по выплавляемым моделям на номенклатуре отливок, отличающихся тонкорельефностью и особо сложной конфигурацией, показав улучшение качества их производства.

Учитывая улучшенный комплекс технологических свойств смеси, заявленный состав может быть и использован при изготовлении сложной литейной оснастки, в зубопротезном деле, в точном литье сложнопрофильных машиностроительных заготовок ответственного назначения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Урвачев В.П., Кочетков В.В., Горина Н.Б. Ювелирное и художественное литье по выплавляемым моделям сплавов меди. - Челябинск: Металлургия, 1991. - 168 с.

2. Магницкий О.Н., Пирайнен В.Ю. Художественное литье. - СПб.: Политехника, 1996. - 213 с.

3. Патент РФ N 2129932. Смесь для изготовления керамических форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов и способ ее приготовления. / Знаменский Л.Г., Кулаков Б.А., Крымский В.В. и др. Бюл. N 13, 1999 (прототип).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Смесь для изготовления форм и стержней на гипсовом связующем при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов, включающая гипс, динасовый порошок, фосфоросодержащую добавку и воду, отличающаяся тем, что она в качестве фосфоросодержащей добавки содержит алюмоборфосфатный концентрат, а и дополнительно отход производства оптических стекол и щавелевую кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

• Гипс - 12-15
• Динасовый порошок - 24-30
• Отход производства оптических стекол - 24-30
• Алюмоборфосфатный концентрат - 0,02-0,04
• Щавелевая кислота - 0,03-0,08
• Вода - Остальное

Версия для печати
Дата публикации 28.11.2006гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов