CC BY
320
10. Еремин, Е. Н. Влияние боридных соединений на структуру и свойства мартенситно-стареющей штамповой стали, наплавленной порошковой проволокой [Текст] / Е. Н. Еремин, А. С. Лосев // Сварка и диагностика. — 2013. — № 3.— С. 32 — 35.
11. Еремин, Е. Н. Влияние инокулирующего модифицирования на морфологию и топографию упрочняющих фаз в жаропрочном сплаве [Текст] / Е. Н. Еремин, А. С. Лосев, Ю. О. Филиппов, А. Е. Еремин // Литейщик России. — 2008. — № 8. - С. 39-43.
12. Лосев, А. С. Исследование влияния боридов на структуру и свойства мартенситно-стареющей стали [Текст] / А. С. Лосев, Е. Н. Еремин // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2011. — № 1 (97). — С. 29 — 33.
ЕРЕМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой машиностроения и материаловедения, директор машиностроительного института.
БОРОДИХИН Сергей Александрович, ассистент кафедры машиностроения и материаловедения. ЛОСЕВ Александр Сергеевич, старший преподаватель кафедры машиностроения и материаловедения.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 06.08.2015 г. © Е. Н. Еремин, С. А. Бородихин, А. С. Лосев
УДК 62174 Е. Н. ЕРЕМИН
А. З. ИСАГУЛОВ Т. В. КОВАЛЁВА
Омский государственный технический университет
Карагандинский государственный технический университет
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ НА ОСНОВЕ
ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ
В статье рассматривается технология получения высокопрочных литейных форм на основе холоднотвердеющих смесей. Приведены рекомендуемые значения технологических свойств формовочных смесей, результаты исследования влияния физико-механическихи технологических свойств ХТС на качество литейных форм и чугунных отливок.
Ключевые слова: литье, холоднотвердеющие смеси, стержни, отливка.
Одна из главных проблем современной технологии литья — это механизация и автоматизация производства стержней и форм, трудоёмкость изготовления которых очень велика. В решении этой проблемы значительную роль играет развитие технологических процессов, основанных на использовании холоднотвердеющих смесей (ХТС). Масштабы их применения быстро растут; в настоящее время практически все крупные литейные цехи в той или иной степени используют смеси этого типа, проектирование новых цехов и центролитов также основывается на широком использовании ХТС в различных вариантах. Однако, как всякое новое направление, тенология применения ХТС связана с решением ряда сложных научно-технических задач. В современном литейном цехе освоение нового типа смеси, по существу, означает перестройку всего производства — подготовка материалов, приготовление смесей, изготовление стержней и форм, выбивка и очистка отливок, обеспечение качества и т.п.
Многолетний опыт показывает, что в основе технологии изготовления формы всегда лежат физико-химические и технологические свойства связующих композиций и смесей, именно их изучение приводит к разработке принципиально новых технологических процессов.
Наибольшее практическое применение получили ХТС с синтетическими смолами.
В последние годы широко в литейных цехах применяют холоднотвердеющие смеси (ХТС) с кис-лотноотверждаемыми смолами. Содержание связующего в ХТС — основной показатель состава, определяющий уровень прочностных характеристик стержней и форм, качество отливок, санитарно-гигиенические характеристики процесса и его технико-экономическую эффективность.
Следует стремиться к минимальному расходу смолы с учётом достижения достаточной общей и поверхностной прочности. Минимально возможный расход связующего определяется в первую очередь качеством применяемого песка. Желатель-
Рис. 1. Зависимость прочности при разрыве и осыпаемости (через 24 ч) ХТС от содержания смолы ФФ-65С
но применение обогащенных (мытых и классифицированных) песков с содержанием глинистой составляющей не более 0,5 % и с зернистостью не менее зернистости песка марки 1К02А. Это требование особенно актуально для высококачественных силанизированных фурановых смол (типа КФ65С, ФФ-65С), расход которых на обогащенном песке составляет 1,0...1,2 мас. ч. для стержней и 0,8.1,0 мас. ч. для облицовок крупных форм (рис. 1).
ХТС на смолах обладают высокой сыпучестью и, соответственно, малой прочностью в сыром состоянии (<0,003 МПа при сжатии) и легко уплотняются вибрацией [1, 2].
Следует отметить, что на заводах автомобильной промышленности для чугунных отливок в основном используется карбамидфурановая смола КФ-90, а для алюминиевых сплавов и бронзы — КФ-35, КФ-40, БС-40. Стержни с рассматриваемыми связующими отверждаются в нагретом ящике до манипу-ляторной прочности не менее 0,2 Н/мм2.
К катализаторам смол горячего отверждения следует, в первую очередь, отнести растворы нитрата или хлорида меди. В частности, на основе нитрата меди выпускаются известные катализаторы горячего отверждения КЧ-41 и КЦ-32.
В массовом и крупносерийном производстве стержней для стальных отливок используются безазотистые фенолформальдегидные смолы горячего отверждения: СФ-480 и СФЖ-305 и фенолоспирты, а также фенолфурановые смолы ФФ-65 и ФФ-64С, которые предназначены для холодного отверждения [1].
В качестве катализаторов горячего отверждения фенолоспиртов используют сильнокислые соли типа насыщенного водного раствора хлорного железа.
Газотворная способность смесей по нагреваемой оснастке, как правило, не превышает 10...12 см3/г.
Для получения толстостенных стальных отливок ответственного назначения используют ХТС с наполнителями повышенной огнеупорности и с минимальными объёмными изменениями при высокотемпературном нагреве: зернистыми концентратами циркона, хромита, дистенсиллима-нита и др. При этом содержание смоляного связующего и кислотного катализатора на 100 мас. ч. наполнителя уменьшается (по сравнению с соста-
вом на кварцевом песке) рнпо/ ркп; рнпо и ркп — плотности наполнителя повышенной огнеупорности и кварцевого песка (2,655 г/см3).
Живучесть ХТС изменяется в интервале 1. 2 мин (для смесей ускоренного отверждения) до 5.10 мин и зависит от расхода и концентрации кислоты и температуры внешней среды.
Скорость отверждения зависит от живучести, температуры среды и компонентов, а также заданного уровня манипуляторной прочности (для форм таковой является 0,15.0,20 МПа, для стержней 0,6.0,7 МПа при сжатии при выдержке цилиндрического образца в оснастке). Скорость отверждения регулируется от 5.6 до 30.40 мин в основном в результате изменения расхода катализатора отверждения. При отверждении прочность в первую очередь формируется во внешних слоях стержней и форм, контактирующих с воздухом. «Отставание» в формировании прочности внутренних слоёв стержня или формы является временным и нивелируется в течение 1,5 — 2 часов.
В состав ХТС обычно входят кварцевый песок, смола, кристаллизатор отверждения смолы. Формовочные смеси с фуриленоформальдегидной смолой (ФФ-1Ф) имели следующий состав: сухой кварцевый песок 100 % (должен содержать не более 0,5 % глины), 3 % смолы и 0,5 % катализатора к массе песка. Живучесть такой смеси 25 мин, т.е. формовка с применениями таких смесей должна быть закончена раньше этого времени [3].
Тсж=186 кПа через 15 мин, после приготовления смеси, 686 кПа через 60 мин.
Смеси ХТС готовятся в шнековых или лопастных смесителях, которые имеют производительность до 50 т/ч смесители устанавливают на формовке. В смеситель вначале вводят песок, добавляют жидкий катализатор, затем вводят смолу. ХТС применяют в качестве облицовочной смеси по пенопо-листироловым моделям.
Широкое применение в изготовление ХТС находят песчаные смеси на синтетических смолах холодного отверждения под действием жидких катализаторов и отвердителей.
Таким образом, по результатам исследования: определен оптимальный состав ХТС для тонкостенных отливок (состав: песок 100 %, смола 2 %, расход отвердителя 1 %, глицерин 0,03 %); определены свойства смесей с различными связующими: на синтетических смолах, фурановых смолах и с добавками окисла железа. Исследование показало, что фуриленоформальдегидная смола повышает прочность смеси на 20 %, чистоту поверхности до Р^120. При этом газопроницаемость смеси остаётся в пределах 100 единиц.
Актуальность внедрения жидкостекольных смесей обусловлена также и тем, что жидкое стекло, относящееся к числу дешевых, недефицитных и экологически чистых материалов, обеспечивает получение отливок с достаточно высокой размерной точностью. Однако, наряду с указанными преимуществами, эти смеси имеют и серьезные недостатки: затрудненную выбиваемость, высокую пригораемость, относительно низкую живучесть, повышенную гигроскопичность, плохую регенери-руемость, которые в значительной степени сдерживают объемы их применения. Реализация преимуществ жидкостекольных смесей возможна в случае существенного улучшения их выбиваемости с одновременным повышением свойств регенерации отработанных смесей.
К преимуществам ХТС процесса по сравнению с процессами использования нагреваемой оснастки следует отнести следующее: повышение точности отливок на один-два класса; снижение расхода электроэнергии более чем в 10 раз; высокое качество отливок; снижение на 20 — 30 % потерь от брака.
Использовались различные способы уплотнения смеси, в частности применение вибрации в момент формообразования и приложение изменяющегося во времени давления. Оптимальным по результатам экспериментов определено первоначальное давление в 0,3 МПа, затем через 30 сек следует повышение давления до 0,35 МПа. Все это способствует повышению прочности смеси на 30 — 40 %. В производстве крупных стальных и чугунных отливок использование ХТС позволяет резко сократить технологический цикл за счёт ликвидации объёмной или поверхностной сушки форм, повысить производительность труда, уменьшить стоимость оборудования путём замены комбинированных методов уплотнения виброуплотнением.
Предложен новый состав ХТС для стержней (0,001 % сульфакислоты, кварцевый песок 100 %, 3 % фуриленоформальдегидная смола, 0,5 % катализатора к массе песка) [4].
Такие высокопрочные литейные формы позволяют получать отливки с высокой чистотой поверхности (Я2 90...120) и геометрической точностью размеров (±0,005 %). Проведены в производственных условиях исследования влияния физико-механических технологических свойств ХТС на качество литейных форм и чугунных отливок.
Реализация технологии приведёт к технологическому перевооружению литейных цехов с последующим переходом к производству качественных отливок для машиностроительных и иных предприятий и организаций, в частности, радиаторов для реализации жилищной программы и отливок деталей железнодорожных вагонов для АО «Темiр Жолы». Также технология изготовления литейных
форм актуальна для горнодобывающей отрасли, потребляющей ежемесячно большое количество отливок в виде постоянно изнашивающихся зубьев экскаваторов, траков гусениц, других запасных частей, мелющих тел для рудообработки и т.д.
Библиографический список
1. Повышение эффективности технологии литья в оболочковые формы / В. С. Серебро [и др.] // Литейное производство. — 1991. — № 9. — С. 17 — 19.
2. Руденко, А. Б. Литьё в облицованный кокиль // А. Б. Ру-денко, В. С. Серебро. — М. : Машиностроение, 1987. — 184 с.
3 Литейные связующие в массовом производстве : каталог. — Свердловск : ВНИИОТ, 1987. — 34 с.
4. Пат. 28682 РК, МКИ В22С 1/20. Состав холоднотвердеющей смеси / Исагулов А. З., Куликов В. Ю., Ковалёва Т. В. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Исагулов А. З. — № 2013/135.1 ; заявл. 28.08.2013 ; опубл. 15.07.2014, Бюл. № 7. — 2 с.
ЕРЕМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), директор машиностроительного института, заведующий кафедрой машиностроения и материаловедения Омского государственного технического университета. Адрес для переписки: [email protected] ИСАГУЛОВ Аристотель Зейнуллинович, доктор технических наук, профессор НА ККСОН (Республика Казахстан), первый проректор Карагандинского государственного технического университета. Адрес для переписки: [email protected] КОВАЛЁВА Татьяна Викторовна, преподаватель кафедры «Нанотехнологии и металлургия» Карагандинского государственного технического университета.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья потупила в редакцию 10.09.2015 г. © Е. Н. Еремин, А. З. Исагулов, Т. В. Ковалёва
Книжная полка
621.45/Е78
Ерохин, Б. Т. Теория и проектирование ракетных двигателей / Б. Т. Ерохин. - СПб. : Лань, 2015. -596 с.
В учебнике изложено физико-математические описания процессов: воспламенения, тепломассообмена, нестационарного, турбулентного и нестабильного горения топлив; газотермодинамики гетерогенных и гомогенных продуктов горения; методов математического моделирования энергетических характеристик и параметров рабочего процесса для нестационарных и квазистационарных режимов функционирования ракетных двигателей различного назначения. Приведены методы расчета потерь удельного импульса тяги, разбросов основных параметров рабочего процесса и способы выбора системы управления вектором тяги летательного аппарата. Представлены математические модели и методы расчета проектных и газодинамических параметров ракетно-прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Основное внимание в учебнике уделено фундаментальным вопросам теории рабочих процессов и созданию более строгих физико-математических моделей процессов и явлений, ориентированных на использование современных вычислительных средств.
Учебник предназначен для студентов, аспирантов и преподавателей вузов соответствующих специальностей, также может быть полезным для научных и инженерно-технических работников предприятий и организаций оборонно-космического и авиационного комплекса.
