авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Разработка и внедрение технологии получения и применения безводной формовочной смеси и легкоплавкого сплава для литья штампов

24

На правах рукописи

СИРОТКИН Дмитрий Евгеньевич Разработка и внедрение технологии получения и применения безводной формовочной смеси и легкоплавкого сплава для литья штампов Специальность 05.16.04 Литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Нижний Новгород-2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» и Исследовательском центре ОАО «АВТОВАЗ».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Никитин В. И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Чернышов Е.А.

кандидат технических наук, доцент Колтыгин А.В.

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»

Защита диссертации состоится «_»_2009 г. в часов на заседании диссер тационного совета Д 212.165.07 в Нижегородском государственном техническом университе те имени Р.Е. Алексеева по адресу: 603950, ГСП-41, Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева.

Ваш отзыв на автореферат диссертации, заверенный печатью организации, просим на правлять по указанному выше почтовому адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.165.07, а также по факсу (8482) 73-78-76, 73-90-31 или по эл. почте по адресу:

DE.Sirotkin@vaz.ru

Автореферат разослан «» 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.165. д.т.н., профессор В.А. Ульянов 8. Сироткин Д.Е. Перспективы применения безводной формовочной смеси при литье штамповой оснастки в мелкосерийном производстве автомобильной промышленности [Текст] / Д.Е. Сироткин, В.И. Никитин, В.А. Чернов // Литейное производство сегодня и завтра: Тези сы докладов 6 Всероссийской научно-практической конференции – Санкт-Петербург, 2006. – С. 191-196.

9. Сироткин Д.Е. Технологические возможности применения безводных смесей в маши ностроении [Текст] / Д.Е. Сироткин, В.И. Никитин, Н.Н. Зонненберг, А.А. Голикова, Ю.В.

Сугробова // Высокие технологии в машиностроении: Материалы научно-технической интер нет-конференции с международным участием – Самара: СамГТУ, 2006. – С. 557-564.

10. Сироткин Д.Е. Особенности технологии и применения органобентонитовых смесей при литье штампов [Текст] / Д.Е. Сироткин, В.А. Чернов, В.И. Никитин // Труды 8 съезда ли тейщиков России. Том 2. Ростов – на – Дону, 2007. – С. 179-184.

11. Сироткин Д.Е. Повышение оборачиваемости безводных формовочных смесей [Текст] / Д.Е. Сироткин, М.А. Жумлякова, В.И. Никитин // Прогрессивные литейные технологии:

Труды IV Международной научно-практической конференции – Москва, 2007. – С. 220-224.

12. Сироткин Д.Е. Влияние происхождения кварцевых песков на свойства безводных формовочных смесей, применяемых для изготовления литых штампов из легкоплавких спла вов [Текст] / Д.Е. Сироткин, В.И. Никитин // Наследственность в литейных процессах: Труды VII международный научно-технический симпозиум – Самара: СамГТУ, 2008. – С. 247-256.

13. Заявка на изобретение № 2008123693 от 10.06.2008 «Формовочная смесь» //Д.Е. Си роткин и др. В настоящее время находится в ФГУ ФИПС на экспертизе по существу.

Подписано в печать «_» _ 2009. Формат 6084 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100 экз.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. тактов, формирование оптимальных свойств БФС за счет равномерного распределения свя зующей композиции по зернам наполнителя.

6. Разработана опытно-промышленная технология изготовления БФС. Определен состав необходимого смесеприготовительного и вспомогательного оборудования. Определены ос новные технологические параметры приготовления легкоплавкого сплава. Разработаны и внедрены на ОАО «АВТОВАЗ» две технологические инструкции по приготовлению и контролю качества БФС (№№ И 30000. 37.101.0077-2007, И 32500.37.101.0185-2007).

Применение разработанной безводной формовочной смеси позволяет сократить в 2,5 раза за траты на закупку импортного аналога БФС (ф. “HEK GmbH”, Германия). При годовом по треблении разработанной БФС в количестве 20 т ожидаемая экономия составит 404 080 руб.

7. Разработаны и внедрены в учебном процессе на кафедре ТЛП СамГТУ методиче ские указания к лабораторной работе «Исследование безводных формовочных смесей на основе органобентонита».

8. Проведенные работы позволили внедрить технологии изготовления легкоплавкого сплава и безводной формовочной смеси, которые позволяют сократить сроки изготовле ния прототипов новых моделей автомобилей «ВАЗ».

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических из даний ВАК РФ:

1. Сироткин Д.Е. Улучшение качества безводных формовочных смесей для литья штам пов в мелкосерийном производстве [Текст] / Д.Е. Сироткин, В.А. Чернов, В.И. Никитин, М.А.

Жумлякова // Литейщик России. – 2008. – № 5. – С. 33-35.

2. Сироткин Д.Е. Новые технологии и материалы в литейном производстве ОАО «АВ ТОВАЗ» [Текст] / Д.Е. Сироткин // Литейное производство. – 2009. – №6. – С. 29-32.

Публикации в других изданиях:



3. Сироткин Д.Е. Новые технологии изготовления литых штампов из легкоплавких спла вов в мелкосерийном производстве [Текст] / Д.Е. Сироткин, В.А. Чернов, В.И. Никитин // Труды седьмого съезда литейщиков. Том 1. Новосибирск, 2005. – С. 289-294.

4. Сироткин Д.Е. Перспективы применения органобентонита для литья штампов из лег коплавких сплавов [Текст] / Д.Е. Сироткин, В.А. Чернов, В.И. Никитин // Высокие техноло гии в машиностроении: Труды международной научно-технической конференции – Самара:

СамГТУ, 2005. – С.237-239.

5. Сироткин Д.Е. Повышение свойств безводных органобентонитовых формовочных смесей [Текст] / Д.Е. Сироткин, В.И. Никитин, Т.Н. Плотникова, Н.Н. Зонненберг // Прогрес сивные литейные технологии: Труды III Международной научно-практической конференции – Москва: МИСиС, 2005. – С. 287-290.

6. Сироткин Д.Е. Органобентонитовые формовочные смеси для получения высококаче ственных отливок [Текст] / Д.Е. Сироткин // Физическое материаловедение: Сборник тезисов II Международной школы – Тольятти: ТГУ, 2006. – С. 51.

7. Сироткин Д.Е. Повышение свойств безводных смесей на органобентонитовом свя зующем [Текст] / Д.Е. Сироткин, В.И. Никитин, Т.Н. Плотникова, Н.Н. Зонненберг // Сборник тезисов XVI Петербургских чтений по проблемам прочности – Санкт -Петербург, 2006. – С. 121.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Конкуренция на автомобильном рынке диктует автопроизводителям жесткие условия по сокращению сроков подготовки новой базовой модели. Одним из основных сдержи вающих факторов внедрения новых моделей автомобилей является проектирование и из готовление штамповой оснастки для прототипов и для серийного производства. Традици онные методы изготовления оснастки являются трудоемкими и требуют больших затрат.

Штампы и штамповая оснастка изготавливаются слесарно-механической обработкой поковок и литьем. Изготовление штампов литьем позволяет значительно повысить коэф фициент использования металла (КИМ) и снизить трудозатраты на их изготовление. Ли тейные процессы позволяющие получать литые заготовки штампов, максимально прибли женные по размерам, конфигурации, качеству поверхности к готовым изделиям, позволя ют не только уменьшить затраты на механическую обработку, но и сократить сроки изго товления штампов, а следовательно ускорить выпуск нового автомобиля.

В настоящее время большое развитие получили технологии изготовления литейных форм, основанные на химических и физических методах затвердевания смесей. Среди них успешно развиваются и применяются смеси на холоднотвердеющих синтетических смолах (ХТС), жидкостекольные пластичные (ПСС) и жидкие смеси (ЖСС). Однако несмотря на значительное совершенствование технологий, процент бракованных отливок остается до вольно высоким, велики затраты на исправление поверхности отливок. Следовательно, повышение качества смесей и изготавливаемых из них форм, наряду с совершенствовани ем технологии, обеспечивающей значительное сокращение цикла производства и количе ства трудоемких операций, на современном этапе имеет огромное значение.

Известно, что для каждого сплава, с учетом метода изготовления литейной формы, подбирают формовочную смесь с комплексом необходимых технологических и термоме ханических свойств. Поэтому необходимо постоянно совершенствовать составы, нахо дить оригинальные решения применительно к конкретной номенклатуре отливок и реаль ным условиям производства.

Настоящая диссертация посвящена проблеме получения литых штампов из легко плавких сплавов, обладающих минимальными шероховатостью и припусками, с использо ванием форм из безводной формовочной смеси.

Актуальность затронутой в диссертации проблемы вызвана невозможностью приме нения в условиях мелкого и опытного производств традиционных средств и способов из готовления штампов, сложившихся в серийных производствах. Затраты на дорогие и тру доемкие стационарные штампы (чугунные, стальные), отнесенные к небольшим партиям деталей, во много раз увеличивают себестоимость продукции, а их работоспособность ис пользуется в незначительной степени. Сроки проектирования и изготовления стационар ных штампов оказываются настолько значительными, что многие изделия к моменту окончания периода их освоения становятся морально устаревшими.

В условиях мелкосерийного производства должны применяться специфические кон струкции штампов, а также материалы и технологии их получения, позволяющие снизить время и расходы на их изготовление. Так, если традиционные штампы (чугунные, сталь ные) получают в большинстве случаев литьем в формы из дорогостоящих термореактив ных и холоднотвердеющих смесей, то в условиях мелкосерийного производства экономи чески оправданным является применение специальных формовочных смесей и сплавов с температурой плавления 80 – 400 °С. Такие материалы должны обеспечивать снижение времени и расходов на изготовление штампов и, следовательно, на производство нового автомобиля.

Цель работы Исследование и разработка технологии изготовления безводной песчано-глинистой смеси и форм для получения высокоточных литых штампов из легкоплавких сплавов, об ладающих минимальными шероховатостью и припусками, и их применение в мелкосе рийном и опытном производствах легкового автомобилестроения.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучить влияние химического состава на физико-механические и технологические свойства легкоплавких сплавов системы Bi-Sn.

2. Исследовать влияние исходных формовочных материалов на физико-механические и технологические свойства и разработать базовые составы безводных формовочных сме сей (БФС).

3. Исследовать влияние параметров введения и перемешивания исходных компонен тов на свойства БФС. Изучить влияние режимов уплотнения на их свойства.

4. Исследовать влияние качества углеводородных жидкостей на многократность ис пользования (оборачиваемость) БФС и увеличить ресурс их оборачиваемости.

5. Изучить механизм смесеобразования и упрочнения БФС и сформулировать крите рии их оптимизации.

6. Разработать опытно-промышленные технологии приготовления легкоплавкого сплава и безводной формовочной смеси.

Научная новизна:

1. Установлено влияние химического состава легкоплавких сплавов на основе систе мы Bi-Sn на их структуру и механические свойства. Выявлено, что микролегирование сурьмой околоэвтектических сплавов системы Bi-Sn позволяет сформировать в них ярко выраженную дендритную структуру и повысить их температуру плавления. Показано, что дополнительное легирование данной группы сплавов никелем и/или медью позволяет из мельчить их структуру и повысить твердость.

2. Выявлена зависимость влияния количества органобентонита (ОБ) в составе БФС на ее технологические параметры. Показано, что уплотняемость и прочность БФС растут при увеличении содержания ОБ и после достижения экстремума начинают снижаться, а осы паемость, наоборот – увеличиваться. Установлена зависимость газопроницаемости БФС от количества ОБ.

3. Определено влияние параметров исходных формовочных материалов на свойства БФС, в рамках которого оптимизированы параметры формовочного песка – размер зерна, содержание глинистой составляющей, влажность;

количества углеводородной жидкости (УВЖ);

железо-окисного пигмента;

пылевидного кварца;

режимов перемешивания. Пока зано, что величина зерна формовочного песка имеет обратную зависимость от количества связующей добавки.

дрения материалов, экономические расчеты, уведомление из федерального института промышленной собственности.

Основные результаты и выводы по работе 1. Изучено влияние легирующих элементов Sb, Cu, Ni на микроструктуру и физико механические свойства сплава системы Bi-Sn и определено оптимальное содержание в сплаве этих элементов. Установлено, что увеличение содержания Sb от 0,5 до 1,0 % способ ствует измельчению эвтектики Bi-Sn и повышает температуру плавления сплава на 2,0 – 3, °С. Увеличение содержания Cu с 0,1 до 1,0 % в составе легкоплавкого сплава приводит к по вышению температуры плавления на 3 °С и твердости на 15 %. Введение Ni в систему Bi-Sn Sb в пределах 0,1 – 1,0 % приводит к незначительному увеличению температуры плавления сплава на 2 °С и твердости на 10 %. В результате проведенной работы разработан состав лег коплавкого сплава для литья штамповой оснастки в условиях мелкосерийного и опытного производств, являющийся альтернативным материалом легкоплавкому сплаву марки МСР-137 (ф. “HEK GmbH”, Германия) и отличающийся от импортного отсутствием в со ставе драгоценных и редких металлов.





2. Изучены влияния исходных материалов на физико-механические и технологические свойства БФС. Определены ключевые характеристики качества исходных материалов (кварцевых песков, органобентонитов, углеводородных жидкостей). Предложены основ ные критерии оптимизации БФС, заключающиеся в применении исходных материалов следующего качества: кварцевые пески - Г.С 1 %, W 0,5 %, органобентониты - фрак ция 71 – 100 мкм, углеводородные жидкости с комплексом специальных полярных доба вок, т.к. олеиновая кислота, диоктилфталат, экстракт селективной очистки ПН-6к, а также в соблюдении рациональной последовательности ввода исходных компонентов и опти мальном время их перемешивания – 20 – 25 мин.

3. Разработаны и оптимизированы составы БФС с использованием отечественных ис ходных материалов и специально разработанной углеводородной жидкости марки ЖТ-20 (ТУ 38.4011183-2008). Проведенная оптимизация и использование в составах БФС углеводородной жидкости марки ЖТ-20 позволили повысить прочность смесей на 20 % и исключить их осыпаемость, а также обеспечить стабильность этих свойств при многократ ном использовании смесей.

4. Установлено, что добавление в составы БФС мелкодисперсных фракций железоокис ного пигмента, пылевидного кварца позволяет уменьшить шероховатость поверхности отли вок в 1,5 раза. Использование этих добавок в составах БФС, за счет увеличения теплопровод ности смесей, а, следовательно, увеличения скорости охлаждения отливок, позволяет полу чать более мелкозернистую структуру отливок.

5. Изучены процесс получения связующей композиции на основе органобентонита и углеводородной жидкости, а также механизм смесеобразования и упрочнения БФС. Пока зано, что диспергирование органобентонита проходит в два этапа: набухание органобентони та в углеводородной жидкости;

диспергирование с помощью усилий сдвига (перемешива ния). Механизм смесеобразования можно представить в виде трех основных этапов: I – равномерное распределении связующего;

II – процесс смачивания и диспергирования орга нобентонита в углеводородной среде и образование связующих оболочек;

III – образование равномерных связующих оболочек оптимальной толщины и увеличение числа стыковых кон а) б) в) г) Рис. 13 – Макроструктура опытных отливок:

а – заливка в форму из БФС без добавок, max размер зерна до 2 мм;

б – заливка в форму из БФС с добав кой ж/о пигмента, max размер зерна до 0,5 мм;

в – заливка в форму из БФС с добавкой пылекварца, max размер зерна до 1 мм;

г - заливка в форму из БФС ф. “HEK GmbH”, max размер зерна до 5 мм.

Шестая глава посвящена разработке технологии приготовления БФС и легкоплавко го сплава, а также опытно-производственным испытаниям.

Указан перечень необходимых шихтовых материалов отечественного производства, оборудования и оснастки. Даны описания технологических процессов приготовления без водной формовочной смеси, легкоплавкого сплава и изготовления отливок штампов. В за ключительной части главы приведено описание опытно-производственных испытаний в условиях Экспериментального производства ОАО «АВТОВАЗ». Разработанную безводную смесь испытывали при изготовлении отливок штампов на деталь ВАЗ 2170 – 8403443 «уси литель брызговика». Формовка производилась вручную в опоках 350х500х150. Из-за отсут ствия мощностей для выплавки разработанного легкоплавкого сплава в промышленном мас штабе заливка производилась немецким сплавом МСР-137 при температуре 142 0С. При визу альном контроле полученных отливок литейных дефектов в виде газовых раковин и пригара не обнаружено. Качество поверхности полученных отливок штампов соответствует требова ниям действующей технологии изготовления штамповой оснастки в цехе 3185 УЭП. По ре зультатам опытно-промышленных испытаний оформлены акты опытно-производственных испытаний безводной формовочной смеси на основе связующей системы «органобентонит – углеводородная жидкость» и внедрения научно-технического мероприятия. Отмечено, что технологический выход годного (ТВГ) и коэффициент использования металла (КИМ) при данной технологии равны 100 %.

В приложениях представлены следующие материалы: перечень нормативных доку ментов, на которые даны в работе ссылки, копии титульных листов разработанных доку ментов (ТУ, инструкции), акты производственных испытаний и производственного вне 4. Установлен механизм смесеобразования и упрочнения БФС, составлена его физиче ская модель. Показано, что данный механизм можно представить в виде трех основных этапов. Сформулированы критерии оптимизации БФС.

5. Выявлено влияние модифицирующих добавок на степень диспергирования органо бентонита в углеводородной среде. Показано, что сочетание таких добавок как олеиновая кислота, диоктилфталат, экстракт селективной очистки ПН-6к в составе УВЖ, обеспечи вает наилучшую диспергируемость органобентонита в углеводородной среде, благодаря чему многократность использования (оборачиваемость) БФС значительно возрастает.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

1. Разработаны и внедрены в условиях экспериментального производства ОАО «АВ ТОВАЗ» составы, технологии приготовления и контроля качества безводной формовочной смеси.

2. Получен состав легкоплавкого сплава и разработана технология его приготовления.

3. Предложена методика оценки оборачиваемости БФС, позволяющая оценить много кратность использования этой формовочной смеси.

4. Разработана углеводородная жидкость марки ЖТ-20 (ТУ 38.4011183-2008) для со ставов БФС, позволяющая повысить оборачиваемость безводных смесей.

5. Разработаны и внедрены в учебном процессе на кафедре ТЛП СамГТУ методиче ские указания к лабораторной работе «Исследование безводных формовочных смесей на основе органобентонита».

На защиту выносятся:

1. Закономерности влияния химического состава на структуру и механические свой ства легкоплавких сплавов на основе системы Bi-Sn.

2. Зависимости влияния исходных материалов на свойства безводной формовочной смеси.

3. Особенности режимов приготовления и уплотнения безводных формовочных сме сей.

4. Результаты изучения влияния качества различных углеводородных жидкостей на степень диспергирования органобентонита и многократность использования (оборачивае мость) безводных формовочных смесей.

5. Описание процесса получения связующей композиции на основе органобентонита и углеводородной жидкости, а также механизма смесеобразования и упрочнения безводных формовочных смесей.

Достоверность Достоверность полученных в работе результатов исследований обеспечивается при менением комплекса современного оборудования и методик исследований в Центре ли тейных технологий СамГТУ и лабораториях ИЦ ОАО «АВТОВАЗ», сравнением результа тов лабораторных испытаний с результатами производственных испытаний, а также ис пользованием методов статистической обработки результатов экспериментов.

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуж дались на 7 и 8 съездах литейщиков России (Новосибирск, 2005, Ростов-на-Дону, 2007), научно-технической конференции «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2005), III Международной научно-практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» (Москва, 2005), II Международной школе «Физическое материаловеде ние» (Тольятти, 2006), 6 Всероссийской научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра» (Санкт-Петербург, 2006), IV Международной научно практической конференции «Прогрессивные литейные технологии» (Москва, 2007).

Публикации Основное содержание диссертации отражено в 12 печатных работах, из которых – 2 опубликованы в изданиях из Перечня ВАК и 7 в материалах международных и общерос сийских конференций. Подана заявка на изобретение № 2008123693 «Формовочная смесь».

Объём и структура работы Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения;

изложена на 177 страни цах, включая 55 рисунков, 70 таблиц и список литературы из 116 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика, обоснована актуальность, сформули рованы цель и задачи, показана научная новизна и практическая значимость работы, пере числены основные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава является аналитическим обзором литературы и содержит сведения о материалах и технологиях изготовления литых штампов в серийном и мелкосерийном производствах. Отмечено, что применение традиционных технологий изготовления чу гунных и стальных штампов, используемых в серийном и массовом производствах, на этапе создания опытных образцов в мелкосерийном производстве является экономически нецелесообразным. Сформулированы критерии, определяющие качество литых штампов.

Проведен анализ основных процессов изготовления литейных форм. Отмечено, что основ ные положения теории формовочных смесей были сформулированы К.И. Карловым, М.И.

Фроловым и П.П. Бергом в начале 30-х годов. Дальнейшее развитие теории и практики смесей получили в работах П.П. Берга, Б.Б. Гуляева, В.А. Васильева, А.М. Лясса, С.С. Жу ковского, И.Е. Илларионова, Ф.С. Кваши и других исследователей. На основании прове денного анализа литературных данных известных видов формовочных смесей, автором предложена следующая классификация (рис. 1).

На примере физической модели (рис. 12) описан механизм смесеобразования и уп рочнения БФС. Показано, что механизм смесеобразования БФС можно представить в виде трех основных этапов: I – равномерное распределении связующего (органобентонита) I I I I I I Рис. 12 – Механизм смесеобразования БФС.

по поверхности зерен огнеупорного наполнителя;

II – диспергирование органобентонита в углеводородной среде, образование связующей оболочки;

III – формирование оптималь ных свойств БФС за счет равномерного распределения связующей композиции по зернам наполнителя и увеличения числа стыковых контактов.

На основании проведенных исследований сформулированы основные критерии опти мизации БФС:

1. Использование для изготовления БФС качественных исходных материалов: кварце вых песков с глинистой составляющей не более 1 %, влажностью не более 0,5 %;

углево дородных жидкостей с комплексом специальных полярных добавок (олеиновая кислота, диоктилфталат, экстракт селективной очистки ПН-6к).

2. Соблюдение порядка ввода исходных компонентов и длительности перемешивания приготавливаемой безводной формовочной смеси. Для получения БФС высокого качества порядок ввода исходных компонентов должен быть следующий: песок дополнительные компоненты органобентонит углеводородная жидкость. Оптимальное время пере мешивания - 20 – 25 мин.

Изучали влияние составов и свойств БФС на качество отливок из разработанного лег коплавкого сплава. В работе использовали оптимизированные составы БФС на основе уг леводородной жидкости марки ЖТ-20. Установлено, что состав БФС не оказывает сущест венного влияния на твердость отливок из легкоплавкого сплава, введение в состав БФС мелкодисперсных фракций железоокисного пигмента, кварца пылевидного позволяет по лучить более мелкозернистую структуру отливок (рис. 13). Применение этих добавок уве личивает теплопроводность смесей, а, следовательно, увеличивает скорость охлаждения отливок, вследствие чего происходит измельчение структуры.

Набухание в Усилие сдвига УВЖ II I Частицы Набухшие частицы Структурный каркас органобентонита органобентонита органобентонита в УВЖ Рис. 10 – Диспергирование органобентонита в УВЖ:

силы водородных связей (Fhb);

силы сольватации (Fs).

Эффект таких добавок объясняется тем, что полярная молекула сольватирует ту часть поверхности глины, которая не занята органическим катионом. Алкильная группа катиона затем взаимодействует посредством Ван-дер-Ваальсовых сил с неполярным компонентом органической жидкости.

Таким образом, использованные полярные добавки за счет улучшения молекулярной связи между компонентами безводной формовочной смеси позволяют уменьшить испа ряемость жидкой фазы из состава безводной смеси в процессе ее многократного использо вания, а, следовательно, повысить ее оборачиваемость и живучесть.

Для стабилизации характеристик БФС в процессе многократных оборотов провели оптимизацию трех базовых составов с использованием разработанной УВЖ марки ЖТ-20.

В работе использовали известный метод планирования экспериментов - последовательный симплексный метод (ПСМ). Оптимизация позволила улучшить основные свойства (увеличить прочность, снизить осыпаемость), а также обеспечить стабильность этих свойств при многократном использовании смесей (рис. 11).

64 0, 62 0, Уплотняемость, % Прочность при сжатии, МПа 60 0, АБ В 58 0, 56 0, 54 0, 52 1 2 3 1 2 Составы БФС Составы БФС 0, 0, Газопроницаемость Осыпаемость, % 0, 0, 0,, ед 0, 0, 30 0, 20 0, 10 0, 1 2 1 2 Составы БФС Составы БФС Рис. 11 - Свойства оптимизированных составов БФС в сравнении со свойствами базовых составов БФС:

А – свойства базовых составов;

Б – свойства оптимизированных составов;

В – свойства оптимизированных составов после 10 оборотов.

1 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2. 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2.1 1.2.2 1.4.1 2.1.1 2.2. 1.3.1 1.3. Mg - Fe - Рис. 1 – Классификация формовочных смесей.

Известные смеси можно разделить на два класса, шесть групп и десять видов. Отли чием предложенной классификации от имеющихся является то, что в нее добавлена от дельная группа - органоглинистые, в которой представлены как вид - безводные формо вочные смеси (БФС).

В состав БФС входят следующие основные компоненты: огнеупорный наполнитель – формовочный песок;

связующее – органобентонит;

в качестве дисперсионной среды могут использоваться продукты переработки нефти (углеводородные жидкости), различные ми неральные и растительные масла. В качестве огнеупорного наполнителя рекомендуется использовать оливиновый или кварцевый песок. Анализ литературных данных позволяет представить структурную модель получения БФС следующим образом:

(1) + + = где: КП – кварцевый песок;

ОБ – органобентонит;

УВЖ – углеводородная жидкость;

БФС – безводная формовочная смесь.

Органобентонит представляет собой глинопорошок белого или кремового цвета, по лучаемый из естественного бентонита путем обработки олеофилизаторами - четвертичны ми аммониевыми солями (ЧАС). ЧАС представляют собой химические соединения, про изводные аммония (NH4), в котором все 4 атома водорода замещены радикалами. В про цессе обработки бентонита олеофилизаторами катионы натрия замещаются органически ми радикалами и органобентонит приобретает способность набухать в органических сре дах.

Основным преимуществом и отличительной особенностью БФС от традиционных ПГС является отсутствие в ней воды. Использование масла в качестве дисперсионной среды имеет ряд преимуществ: снижение газовыделений формы на стадии заливки;

воз можность использования в составах БФС мелкозернистых песков;

длительная живучесть безводных смесей. К недостаткам БФС можно отнести их невысокую термостойкость и малую оборачиваемость.

Установлено, что общим недостатком существующих легкоплавких сплавов, таких как «Jewelite» (Германия), «МСР-137» (Германия) является высокая их стоимость, связан ная с использованием в химическом составе драгоценных и редких металлов.

Итогом первой главы является постановка основных задач исследований.

Во второй главе изложена методика проведения работы, приведены описания объек тов исследований, даны сведения о материалах, образцах, оборудовании, а также методах испытаний и исследований.

Исследования проводились в Исследовательском центре ОАО «АВТОВАЗ» (г. Толь ятти), Центре литейных технологий СамГТУ (г. Самара), ОАО «СвНИИНП» (г. Новокуй бышевск).

Объектами исследования в настоящей работе являлись безводные формовочные сме си, исходные материалы (кварцевые пески, органобентониты, углеводородные жидкости, дополнительные добавки), органобентонитовые суспензии, легкоплавкие сплавы и отлив ки. Испытания объектов исследования проводили по стандартизованным и специально разработанным методам оценки.

Свойства исходных материалов оценивались по следующим параметрам: органобен тониты - насыпная плотность, объем осадка, гранулометрический состав;

кварцевые пески - массовая доля глинистой составляющей, модуль мелкости, влажность;

УВЖ - вязкость кинематическая, индекс вязкости, температура вспышки в открытом тигле, температура застывания, плотность, фракционный состав, углеводородный состав;

дополнительные до бавки (пылевдные кварц, железоокисный пигмент) – влажность, гранулометрический со став.

Свойства органобентонитовых суспензий оценивали по коллоидной стабильности, выделению масла, испаряемости масла.

Изучение БФС заключалось в исследовании их физико-механических и технологиче ских свойств. Физико-механические свойства БФС изучались по четырем параметрам:

предел прочности при сжатии, уплотняемость, осыпаемость, газопроницаемость. Оценка технологических свойств заключалась в определении живучести и оборачиваемости БФС.

Для изучения свойств и качеств легкоплавких сплавов и отливок определяли макро- и микроструктуру, химический состав, шероховатость поверхности, твердость по Бринеллю, температуру плавления, устойчивость к пластической деформации.

Для решения задач оптимизации в работе использовали известный метод планирова ния экспериментов - последовательный симплексный метод (ПСМ). Обработка результа тов экспериментальных исследований осуществлялась с использованием методов стати стического анализа программы Microsoft Excel 2003.

2,5 И спаряемость УВЖ Испаряемость, % 1, И спаряемость УВЖ из 1 глиномасляной смеси 0, 1 2 3 Образцы УВЖ Рис. 9 - Испаряемость УВЖ до и после введения органобентонита:

1 – масло нефтяное остаточное;

2 - масло нефтяное остаточное (95 % масс.) + олеиновая кислота (2 % масс.) + ДОФ (2 % масс.) + ПМС–200А (1 % масс.);

3 - масло нефтяное остаточное (89 % масс.) + олеиновая ки слота (0,5 % масс.) + ПН-6к (10 % масс.) + пропиленкарбонат (0,5 % масс.);

4 - масло нефтяное остаточное (82,5 % масс.) + олеиновая кислота (1,5 % масс.) + ДОФ (1% масс.) + ПН-6к (15 % масс.).

В результате проведенных исследований опытных образцов углеводородных жидко стей установлено, что наибольшую коллоидную стабильность, меньшее выделение и ис паряемость масла обеспечивают следующие композиции: масло нефтяное остаточное (89, %) + олеиновая кислота (0,5 %) + ПН-6к (10 %) + пропилен карбонат (0,5 %);

масло неф тяное остаточное (82,5 %) + олеиновая кислота (1,5 %) + диоктилфталат (1,0 %) + экс тракт селективной очистки ПН-6к (15 %).

Результаты исследований послужили основанием для разработки специальной угле водородной жидкости марки ЖТ-20 (ТУ 38.4011183-2008). Методы исследований УВЖ (коллоидная стабильность, выделение масла, испаряемость) предложены в качестве крите риев оценки качества УВЖ, применяемых в составах БФС.

Процесс получения связующей композиции на основе органобентонита и углеводо родной жидкости проходит в два этапа: I этап – набухание органобентонита в углеводо родной жидкости;

II этап – диспергирование с помощью усилий сдвига (перемешива ния). На рис. 10 схематично показаны этапы получения связующей композиции на основе органобентонита и углеводородной жидкости. Поскольку органобентонит взаимодейству ет с углеводородной жидкостью, а не с водой, то образование структурного каркаса про исходит не только за счет водородных связей (Fhb), имеющихся на пластинках органобен тонита, но и за счет сил сольватации (Fs).

Для интенсификации процесса диспергирования органобентонита требуется примене ние усилий сдвига (перемешивания) и наличие дисперсионной среды, роль которой вы полняет углеводородная жидкость.

Изучение процессов взаимодействия органобентонита с различными углеводородны ми жидкостями позволило установить, что добавление в базовую основу (масло нефтяное остаточное) модифицирующих добавок (олеиновая кислота, рапсовое масло, ДОФ, пропи лен карбонат, ПН-6к), исполняющих роль полярных активаторов, улучшает степень дис пергирования органобентонита в углеводородной среде.

случае олеиновой кислоты, рапсового масла, ДОФ, пропилен карбоната и ПН-6к обеспе чивают более прочные дисперсионные связи с молекулами органобентонита и соответст венно коллоидная суспензия медленнее оседает.

Результаты исследований опытных образцов УВЖ по показателю «выделение масла» показали, что наилучшие результаты получены на образцах 9, 10 и 11 (рис. 8). Введение Выделение масла, % 3 456 78 9 10 1 Образцы УВЖ Рис. 8 – Выделение масла.

в базовое масло таких композиций как: № 9 – олеиновая кислота (2 % мас.) + диоктилфта лат (2 % мас.) + ПМС-200А (1 % мас.);

№ 10 – олеиновая кислота (0,5 % мас.) + экстракт селективной очистки ПН-6к (10 % мас.) + пропилен карбонат (0,5 % мас.);

№ 11 – олеино вая кислота (1,5 % мас.) + диоктилфталат (1 % мас.) + экстракт селективной очистки ПН-6к (15 % мас.) - снижает, по сравнению с базовой основой, выделение масла из гли номасляной массы. Таким образом, результаты исследований способности пластичной массы удерживать в ячейках структурного каркаса масляную основу подтверждают ре зультаты предыдущих исследований коллоидной стабильности органобентонита в различ ных углеводородных средах.

Для оценки испаряемости УВЖ были отобраны три образца, показавшие наилучшие результаты в предыдущих исследованиях. Для сравнения значения испаряемости измеряли и на базовой основе – масле остаточном нефтяном. Результаты исследования испаряемо сти образцов масел, а также связующих композиций «масло – органобентонит» показали, что при введении в масло органобентонита испаряемость уменьшается, наименьшей испа ряемостью обладают образцы углеводородных жидкостей № 3 и 4 (рис. 9). Можно пред положить, что данные образцы углеводородных жидкостей смогут обеспечить наилучшую молекулярную связь между компонентами безводной формовочной смеси, уменьшить ис паряемость жидкой фазы из состава безводной смеси в процессе ее многократного исполь зования, а, следовательно, повысить ее оборачиваемость.

Третья глава посвящена изучению влияния химического состава на свойства легко плавких сплавов системы Bi-Sn.

Исследования позволили установить следующие закономерности:

1. Сурьма способствует измельчению эвтектики Bi-Sn;

при увеличении содержания Sb от 0,5 % до 1,0 % температура плавления сплава Bi-Sn-Sb повышается на 2,0 – 3,0 °С.

2. Увеличение содержания Cu от 0,1 % до 1,0 % приводит к повышению температуры плавления сплава Bi-Sn-Sb на 3 °С и его твердости на 3 ед. В микроструктуре сплава фор мируются частицы интерметаллида Sn-Cu, т.е. медь в системе Bi-Sn имеет ограниченную растворимость.

3. Введение в систему Bi-Sn-Sb никеля в пределах 0,1 – 1,0 % приводит к незначи тельному повышению (на 3 °С) температуры плавления сплава. Ni в этой системе имеет ограниченную растворимость при содержании от 0,2 до 1,0 %. В микроструктуре сплава формируются интерметаллидные фазы и частицы свободного Ni, что приводит к увеличе нию твердости сплава на 12 % по сравнению с исходным сплавом.

4. Одновременная добавка в сплав Bi-Sn-Sb никеля (0,2 – 0,5 %) и меди (0,1 – 0,2%) способствует формированию мелкозернистой структуры сплава. Ni и Cu, имея ограничен ную растворимость в системе Bi-Sn-Sb, способствуют образованию интерметаллидных фаз и формированию мелкозернистой структуры сплава, что повышает твердость, а следо вательно и стойкость штамповой оснастки (рис. 2).

а) б) Рис. 2 – Микроструктура легкоплавкого сплава. (400):

а - Bi – 58,0%, Sn – 41,8 %, Sb – 0,8 %, Cu – 0,1 %, Ni – 0,2 %;

б - Bi – 58,0%, Sn – 41,4 %, Sb – 0,8 %, Cu – 0, %, Ni – 0,5 %.

Результаты проведенных исследований позволили разработать и оптимизировать со став легкоплавкого сплава, который отвечает технологическим требованиям и не содержит в своем составе драгоценных и редких металлов. В таблице 1 приведены свойства разра ботанного легкоплавкого сплава в сравнении с импортным сплавом МСР-137 (Германия).

Таблица 1 - Свойства легкоплавких сплавов № Наименование параметра Сплав МСР-137 Разработанный сплав п/п 1 Температура плавления, °С 138 - 139 140- Плотность, кг/м 2 8580 3 Твердость по Бринеллю, НВ 23-24 21- Предел прочности при растяжении, Н/мм 4 61 С целью определения способности разработанного легкоплавкого сплава противосто ять пластической деформации под механическим воздействием провели сравнительные испытания с импортным сплавом МСР-137. Для чего изготовили из разработанного легко плавкого сплава и сплава МСР-137 по комплекту штамповой оснастки (матрица и пуан сон). Измерения степени деформации производили согласно разработанной методике на рабочих поверхностях пуансона и матрицы. Проведенные сравнительные испытания спла вов на способность противостоять пластической деформации под воздействием внешних нагрузок показали возможность практического использования разработанного сплава в качестве альтернативного материала при изготовлении штамповой оснастки. Отсутствие в составе разработанного сплава драгоценных и редких металлов делает его производство экономически выгодным в сравнении с немецким сплавом МСР-137.

Четвёртая глава посвящена изучению влияния исходных материалов на свойства БФС и рассмотрены особенности смесеприготовления этих смесей.

Изучали влияние различных марок ОБ на свойства БФС. С увеличением количества вводимого в смесь связующего – ОБ (при фиксированном значении дисперсионной среды) происходит рост прочности БФС, достигая максимума при 7 – 8 % органобентонита.

Дальнейшее увеличение количества связующего с целью повышения прочности приводит к резкому возрастанию осыпаемости, снижению газопроницаемости, а также ведет к удо рожанию смеси. Содержание органобентонита в составе БФС, обеспечивающее оптималь ный комплекс физико-механических характеристик (уплотняемость, прочность, газопро ницаемость, осыпаемость) составляет 5 - 7 % (рис. 3).

Прочность при сжатии, МПа 70 0, y = 0,2096x 3 - 4,6255x 2 + 27,13x + 15,262 y = -0,0003x 3 + 0,0029x 2 + 0,0111x - 0, Уплотняемость, % R2 = 0,9317 0,08 R2 = 0, 0, 40 30 0, y = 0,3847x 3 - 7,3539x 2 + 37,445x - 4, 20 y = -5E-05x 3 - 0,0009x 2 + 0,0213x - 0, R2 = 0,9291 0, R2 = 0, 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 350 1, Газопроницаемость, ед.

y = -2,0791x 3 + 35,076x 2 - 174,66x + 492,22 1, R2 = 0, Осыпаемость, % 1, 1, y = -0,0158x 3 + 0,4326x 2 - 3,3839x + 8, 200 R2 = 0, 3 y = -0,7744x + 12,76x - 71,509x + 357,06 0, 150 R2 = 0,7585 2 0, 0, 50 0, 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 Количество органобентонита, % Количество органобентонита, % Рис. 3 – Влияние количества органобентонита на свойства БФС:

1- исследования БФС в условиях ИЦ ОАО «АВТОВАЗ»;

2 - исследования БФС в условиях ЦЛТ СамГТУ.

Характер изменения и максимальная прочность БФС зависят от природы исходного сырья, использованного для приготовления органобентонита, а также степени подготов ленности органобентонита (его дисперсность). В работе показано, что увеличение дис персности органобентонита увеличивает общую и поверхностную прочность БФС. Тонко дисперсные органобентониты ЗАО «Консит-А» (г. Москва), «Бентон 910» (ф. “ELEMEN TIS”, Англия) имеют лучший комплекс свойств (более высокую прочность и газопрони цаемость, низкую осыпаемость), что связано с лучшим их диспергированием в углеводо На основании данных, полученных после исследования углеводородной жидкости, выделенной из образца импортной БФС ф. “HEK GmbH” (Германия), и исследований фи зико-химических свойств, имеющихся в отечественном ассортименте углеводородных жидкостей, в качестве базовой основы, разрабатываемой углеводородной жидкости, было выбрано остаточное нефтяное масло. Для доводки базовой основы по эксплуатационным свойствам (вязкости, кислотному числу, совместимости с органобентонитом) использова ли следующие модифицирующие компоненты: экстракт остаточный селективной очистки ПН-6к, рапсовое масло, олеиновая кислота марки Б115, дибутилфталат, диоктилфталат, полидиметилсилоксановая жидкость ПМС-200А, полиизобутилен низкомолекулярный, полиэтиленовый воск, диалкилдитиофосфат цинка ДФ-11, пропилен карбонат.

Для лабораторных испытаний изготовили 11 образцов углеводородных жидкостей.

Изучали взаимодействие полученных углеводородных жидкостей с органобентонитом производства ЗАО «Консит-А» (г. Москва): определение коллоидной стабильности орга нобентонита – оценивает скорость осаждения коллоидного осадка (в данном случае на бухшего в углеводородной среде органобентонита) во времени;

выделение масла из мо дельной смеси – определяет способность пластичной массы удерживать в ячейках струк турного каркаса масляную основу;

определение испаряемости – оценивает степень испа ряемости УВЖ и дает косвенную оценку степени удержания углеводородной жидкости в смеси при температурной нагрузке.

Добавление в базовое масло модифицирующих добавок (олеиновая кислота, рапсовое масло, ПН-6к, ПЭВ, ДОФ) повышает коллоидную стабильность органобентонита. Наи лучшие результаты коллоидной стабильности отмечены в УВЖ № 3, № 9, № 10, № (рис. 7). Очевидно, что содержание некоторых поверхностно-активных веществ, в данном 11 Коллоидная стабильность, % 0 3 6 9 12 Длительность испытаний, сутки Рис. 7 - Коллоидная стабильность органобентонита в различных УВЖ:

1-базовое масло;

3- базовое масло+рапсовое масло (10 % мас.);

9- базовое масло+олеиновая кислота (2 % мас.) + диоктилфталат (2 % мас.) + ПМС-200А (1 % мас.);

10-базовое масло+олеиновая кислота (0,5 % мас.) + экстракт селективной очистки ПН-6к (10 % мас.) + пропилен карбонат (0,5 % мас.);

11- базовое масло+ олеи новая кислота (1,5 % мас.) + диоктилфталат (1 % мас.) + экстракт селективной очистки ПН-6к (15 % мас.).

сле введения дисперсионной жидкости органоглина смачивается, ее частички отрываются от подложки за счет расклинивающего давления и образуют равномерную взвесь в пленке связующего.

При нарушении рационального способа загрузки и смешивания компонентов наблю дается уменьшение общей и поверхностной прочности смеси, которое можно объяснить преодолением силы поверхностного натяжения связующего при распределении глины. В этих условиях глина распределяется неравномерно.

Исследования влияния степени и режимов уплотнения на свойства БФС показали, что ударная нагрузка (уплотнение копром) позволяет получить более высокие прочностные характеристики БФС, снизить осыпаемость. Стоит также отметить, что увеличение степе ни уплотнения не изменяет поверхностной прочности (осыпаемости) БФС. При уплотне нии ударной нагрузкой (копром) осыпаемость БФС меньше, чем при уплотнении прессо ванием. Отсюда следует, что в технологии изготовления форм из БФС следует применять динамические методы уплотнения - ударные или прессово-ударные.

Пятая глава посвящена разработке состава углеводородной жидкости, позволяющей увеличить ресурс оборачиваемости смеси, а также изучению механизма смесеобразования и упрочнения БФС.

При литье штампов из легкоплавких сплавов, используемых при изготовлении дета лей кузова прототипов в мелкосерийном и опытном производствах, особенно важным становится сокращение технологических циклов.

При испытаниях безводных формовочных смесей на оборачиваемость, изготовленных на основе серийно выпускаемых углеводородных жидкостей, установлено, что без осве жения смеси могут использоваться не более 2 - 5 раз. Очевидно, что температурное воз действие заливаемого сплава вызывает активное испарение дисперсионной среды из со става БФС, что в итоге приводит к ухудшению свойств смеси, снижению общей и поверх ностной прочности.

Стабильность физико-механических и технологических свойств БФС, при условии многократного использования, во многом зависит от свойств дисперсионной среды, а так же высокой молекулярной совместимости дисперсионной среды и органобентонита. В связи с этим проведены работы по созданию дисперсионной жидкости на основе отечест венных базовых и модифицирующих компонентов, которая позволила бы увеличить обо рачиваемость БФС. Исследования проводились совместно с ОАО «Средневолжский НИИ по нефтепереработке» (г. Новокуйбышевск).

Углеводородная жидкость должна удовлетворять следующим основным требованиям:

не содержать моющих присадок и ингибиторов, иметь очень низкую испаряемость, хоро шо диспергировать связующее (органобентонит), быть не токсичной, пожаро- и взрывобе зопасной, и обеспечивать технические требования, предъявляемые к БФС (табл. 2).

Таблица 2 - Технические требования к БФС № Наименование показателей Требования п/п 1 Уплотняемость, % 55 – 2 Предел прочности при сжатии, МПа, не менее 0, 3 Газопроницаемость, ед, не менее 4 Осыпаемость, %, не более 0, родной среде и более равномерном распределении органоглинистой суспензии по зернам песка.

Качество песка (фракция, глинистая составляющая, влажность), используемого в ка честве огнеупорного наполнителя в БФС, оказывает существенное влияние на комплекс свойств безводных смесей. С увеличением среднего размера зерна формовочного песка с 0,16 мм до 0,3 мм общая прочность БФС возрастает на 20 %, осыпаемость снижается на 50 %. Из этого следует, что общие закономерности влияния зернового состава на свойства традиционных песчано-глинистых смесей распространяются и на БФС. Чем меньше сред ний диаметр зерен формовочного песка (т.е. больше его удельная поверхность), тем боль ше должно быть введено связующей добавки для достижения наибольшей прочности и наименьшей осыпаемости.

С увеличением глинистой составляющей снижается уплотняемость, прочность, газо проницаемость и повышается осыпаемость безводных смесей (рис. 4). Глинистую состав ляющую песка можно, условно, отнести к порошкообразной примеси, которая из меняет (увеличивает) общую поверхность безводной смеси, изменяя при этом ее свойст ва. Очевидно, что для компенсации влияния высокого содержания глинистой составляю щей, содержащейся в формовочном песке, необходим ввод в смесь большего количества связующей композиции, в данном случае органобентонита и минерального масла.

57 0, 56 0, Прочность при сжатии, МПа 55 0, Уплотняемость, % 54 0, 53 0, 52 0, 51 0, 50 0, 49 1 2 3 1 2 Составы БФС Составы БФС 80 1, Газапроницаемость, ед Осыпаемость, % 0, 40 0, 0, 0, 0 1 2 3 1 2 Составы БФС Составы БФС Рис. 4 – Влияние глинистой составляющей песка на свойства БФС:

1 – БФС на основе формовочного песка с Г.С.=0,3%;

2 – БФС на основе формовочного песка с Г.С.=1,0%;

3 – БФС на основе формовочного песка с Г.С.=2,0%.

С увеличением содержания влаги в формовочном песке снижаются прочностные ха рактеристики и возрастает осыпаемость БФС (рис. 5). Такое изменение свойств смеси свя зано с тем, что молекулы воды препятствуют проникновению УВЖ к органобентониту, тем самым, уменьшая силы адгезии.

60 0, Уплотняемость, % Прочность при сжатии, МПа 0, 30 0, 0, 0 1 2 3 4 1 2 3 Составы БФС Составы БФС 1, Газопроницаемость, 1, Осыпаемость, % 1, 0, ед 40 0, 0, 0, 0 1 2 3 4 1 2 3 Составы БФС Составы БФС Рис. 5 – Влияние влажности песка на свойства БФС:

1 – БФС на основе формовочного песка с W=0,1 %;

2 – БФС на основе формовочного песка с W=0,5 %;

3 – БФС на основе формовочного песка с W=1,0 %;

4 – БФС на основе формовочного песка с W=1,5 %.

Определены основные технические требования к качеству формовочного песка, ис пользуемого для приготовления БФС: глинистая составляющая – не более 1,0 %;

влаж ность не более – 0,5 %.

Существенное влияние на формирование прочности БФС оказывает количество свя зующей композиции – органобентонита и УВЖ, а также их соотношение в составе смеси.

По отношению «углеводородная жидкость/органобентонит» БФС можно классифициро вать следующим образом: I – соотношение «УВЖ/ОБ» равно 0,4 – БФС с недостатком жидкой фазы, с недостаточной поверхностной прочностью (высокой осыпаемостью);

II – соотношение «УВЖ/ОБ» равно 0,5 – БФС с достаточным количеством жидкой фазы, оптимальная по общей прочности;

III – соотношение «УВЖ/ОБ» равно 0,6 – БФС с из бытком жидкой фазы, оптимальная по поверхностной прочности (рис. 6).

0,09 1, 0,08 1, Прочность при сжатии, МПа 0, 1, 0, Осыпаемость, % 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 0,4 0,5 0, Прочность Осыпаемость Рис. 6 – Распределение свойств БФС в зависимости от соотношения «УВЖ/ОБ».

Для обеспечения необходимого комплекса свойств (достаточная общая прочность, высокая поверхностная прочность, высокая оборачиваемость и живучесть) необходимо применять БФС с соотношением «углеводородная жидкость/органобентонит» равным 0,6, т.е. с избытком жидкой фазы. Время живучести БФС, изготовленных на основе серийно выпускаемых минеральных масел марок ИНСп-110 и И-12А, при соотношении «углево дородная жидкость/органобентонит» равным 0,6 составляет не менее 20 суток.

К недостаткам БФС, ограничивающим широкое применение этих смесей в литейном производстве для литья цветных сплавов и чугуна, можно отнести их низкую термостой кость, связанную в первую очередь с невысокой термостойкостью связующего (органо бентонита). Для литья штампов из легкоплавких оловянно-висмутовых сплавов термо стойкость безводных смесей уже не играет большой роли, т.к. температура заливки сплава находится на уровне 140 – 145 0С. В этом случае большое значение имеет такой показатель качества как оборачиваемость или возможность использования формовочной смеси мно гократно без дополнительного освежения компонентами. О показателе оборачиваемости можно судить по изменению основных свойств (уплотняемости, прочности, осыпаемости) безводных смесей. Стабильность этих параметров, при условии многократного использо вания БФС, в первую очередь определяется свойствами дисперсионной среды, а также вы сокой совместимостью дисперсионной среды и органобентонита. Испытания показали, что БФС, изготовленные на основе серийно выпускаемых индустриальных масел, облада ют низким ресурсом оборачиваемости по сравнению с импортным аналогом БФС ф. “HEK GmbH” (Германия).

С целью увеличения пластичности, теплопроводности и снижения шероховатости БФС изучено влияние дополнительных компонентов (железоокисный пигмент, пылевид ный кварц) на свойства этих смесей. Установлено, что добавка в БФС железо-окисного пигмента снижает уплотняемость и повышает прочность, газопроницаемость и осыпае мость смеси. Оптимальное количество железоокисного пигмента в БФС - 0,25 – 0,75 %.

Добавка в БФС пылевидного кварца свыше 5 % от массы песка значительно увеличивает осыпаемость смеси.

На основании проведенных исследований разработаны базовые составы БФС.

Изучены особенности смесеприготовления и режимы уплотнения БФС. Определен порядок ввода компонентов БФС и их оптимальное время перемешивания. Наиболее ра циональным порядком загрузки и смешивания исходных и дополнительных компонентов БФС признан следующий:

+ + + 1. 2. 17. (2) где: ПК – песок кварцевый;

ОБ – органобентонит;

ДК – дополнительные компоненты (же лезоокисный пигмент, пылевидный кварц);

УВЖ – углеводородная жидкость.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.