22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 57
Число единиц оборудования (Р/2), принимаемое к установке в цехе, определяется по формуле (3.5):
. 92 , 9 0
, 0
83 , Р/2 0
Принимаем Р/2=1; Фактическая величина коэффициента загрузки проверяется по формуле (3.6):
83 , 1 0
83 ,
К ЗФ 0 .
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 58
23 , 30 1 1946
1,1 66075
Р1/
.
Число единиц оборудования (Р/2), принимаемое к установке в цехе, определяется по формуле (3.5):
. 54 , 8 1 , 0
23 , Р/2 1
Принимаем Р/2=2; Фактическая величина коэффициента загрузки проверяется по формуле (3.6):
61 , 2 0
23 , К ЗФ 1
Количество парогенераторов находится по формуле (3.4):
74 , 10 0 1946
1,1 13215
Р1/
.
Число единиц оборудования (Р/2), принимаемое к установке в цехе, определяется по формуле (3.5):
. 93 , 8 0
, 0
74 , Р/2 0
Принимаем Р/2=1; Фактическая величина коэффициента загрузки проверяется по формуле (3.6):
74 , 1 0
74 ,
КЗФ 0 .
Прокаливание оболочек проводят в установке 673. Количество установок находится по формуле (3.4):
62 , 12 0 1946
1,1 13215
Р1/
.
Число единиц оборудования (Р/2), принимаемое к установке в цехе, определяется по формуле (3.5):
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 59
. 78 , 8 0 , 0
62 , Р/2 0
Принимаем Р/2=1; Фактическая величина коэффициента загрузки проверяется по формуле (3.6):
62 , 1 0
62 ,
КЗФ 0 .
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 60
4 КРЕМНЕЗОЛЬНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ В ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Метод литья по выплавляемым моделям (ЛВМ), обеспечивающий получение отливок высокой точности и сложной конфигурации, получил широкое распространение и не теряет своей актуальности и в настоящее время.
Анализ современных методов изготовления оболочек для литья по выплавляемым моделям и экологичности применяемых материалов можно сделать следующие выводы:
применяемые в современном отечественном литейном производстве материалы для литья по выплавляемым моделям являются дефицитными и дорогостоящими;
традиционные методы изготовления оболочек из суспензий на основе гидролизованного этилсиликата не позволяют снизить количество брака, вызываемое многослойностью получаемых оболочек, а применяемые материалы несут экологическую опасность окружающей среде;
Классическая технология ЛВМ предполагает использование в качестве связующего, в основном, этилсиликата. Токсичность связующего, несмотря на универсальность его свойств, в значительной степени усложняет производство.
Использование кремнезольного связующего, обладающего рядом преимуществ, долгое время сдерживалось из-за отсутствия производственного опыта, отечественных научных разработок и ограничения производства российского кремнезоля.
В технологии ЛВМ ужесточение экологических требований привело к вытеснению ЭТС водными стабилизированными растворами кремнезоля. В нвстоящее время в ЛВМ используются как отечественные, так и зарубежные связующие на основе кремнезолей.
Российские связующие уступают по свойствам зарубежным, в основном, из-за низкой прочности керамических форм до прокаливания и недостаточной горячей
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 61
прочности при изготовлении отливок ответственного назначения. Значительная часть китайских связующих, не соответствует заявленным показателям. Однако некоторые образцы заслуживают внимания как альтернатива ЭТС и американскому связующему «Людекс-SKF». Исследованы свойства кремнезоля, поставляемого под торговой маркой «GS-30», который поступает к потребителю в стабилизированном виде без технологических добавок. Особенность связующего – значение pH = 7, которое считают критичным при получении оболочек для ЛВМ жаропрочных сплавов. Основная масса поставляемых кремнезолей имеет щелочную реакцию, остаточный натрий образует силикат натрия, который разупрочняет форму при вытопке, что приводит к образованию трещин.
Поэтому стабилизированный водный раствор кремнезоля «GS-30» требует введения технологических добавок для улучшения смачивания и придания огнеупорной суспензии (ОС) седиментационной устойчивости. Использование бутилстирола позволяет не только получить необходимые технологические свойства ОС, но и регулировать сырую прочность формы, что особенно важно для участков ЛВМ, не оборудованных климат-контролем. Для сопоставимости результатов, исследовали оба связующих, используя в качестве «эталона»
«Людекс-SKF».
Условную вязкость для наполнителя – плавленого кварца (НКС) и связующего GS-30 можно измерить при массе введенного наполнителя 1,5 кг на 1 дм3 связующего. При большем количестве наполнителя из-за низкой сендиментационной устойчивости ОС засоряется воронка. Для «Людекс-SKF»
предельную вязкость можно корректно измерить при расходе 3 кг на 1 дм3 связующего.
Замеры показали, что состав органического полимера, вводимого в связующее в качестве упрочняющей добавки, существенно влияет на вязкость суспензии.
Оказалось, что для наполнителя НКС представленные композиции мало пригодны вследствие большого расхода связующего материала.
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 62
Краевой угол смачивания θ = 40 град. (при 1,1 кг пылевидного кварца на 1 л связующего GS-30). При 2 кг наполнителя θ = 45 град. Связующее «Людекс-SKF»
показывает рост θ с 15 до 40 град. при том же количестве наполнителя. Плавленый кварц с GS-30 дает рост θ с 30, при 0,8 кг наполнителя, до 45 град., при 1,5 кг.
«Людекс-SKF» с плавленым кварцем имеет краевой угол смачивания меньше, несмотря на значительную вязкость (для 1,7 кг наполнителя θ = 43 град.).
Необходимо отметить, что при большей концентрации наполнителя краевой угол вообще не образуется. Электрокорунд показывает увеличение θ с 35 до 45 град., при 1,3…2,4 кг GS-30. «Людекс-SKF» увеличивает угол с 30 до 60 град., при 1,4…3,0 кг наполнителя. Измерения показали, что бутилстирол – эффективный смачиватель для водного раствора кремнезоля. Чистый кремнезоль на поверхности выплавляемой модели имеет θ = 110…130 град. Критический показатель технологии ЛВМ, прочность на изгиб керамических форм до прокаливания на кварцевом песке составляет 10 МПа для GS-30 и 7 МПа – для «Людекс-SKF».
Другим альтернативным связующим является «Армосил» (ТУ 2145-005- 95412478-2006) представляет собой термостойкое водно-дисперсионное связующее для литья по выплавляемым моделям на основе коллоидного кремнезоля.
Данное связующее с успехом заменяет наиболее широко применяемые в точном литье этилсиликаты, имеет следующие преимущества:
это готовый продукт, его применение исключает этап предварительной подготовки раствора связующего;
связующее на водной основе, из технологического процесса исключается спирт, производство взрыво- и пожаробезопасно, нетоксично, наиболее экологически чистое;
суспензии на основе «Армосила» обладают большим сроком живучести, более постоянными свойствами и требуют минимального обслуживания;
формы на основе «Армосила» обладают большей газопроницаемостью, имеют меньшую склонность к растрескиванию;
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 63
стоимость «Армосила» ниже по сравнению со связующим на основе этилсиликата;
отсутствие пригара на металле.
Основные физико-химические показатели «Армосила» (ТУ 2145-005- 95412478-2006) приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Основные физико-химические показатели «Армосила»
Параметр Показатель
Внешний вид
жидкость слабо-желтого или серого цвета без видимых механических примесей и
включений Массовая доля диоксида кремния SiO2, % 19,00…25,00
Массовая доля Na2O, % 3,60…4,50
Плотность, г/см3 1,13…1,17
рН при 20°С 9,50…10,50
Кинематическая вязкость, не более, сст 10,00 Краевой угол смачивания, не более, град 70,00
«Армосил» способен смешиваться со всеми огнеупорными материалами.
Суспензию на основе водного связующего «Армосил» можно наносить на модельные блоки воскового состава, не содержащие мочевину. При использовании
«Армосила» на первые два слоя керамической формы он выполняет роль противопригарного покрытия. Наличие ПАВ в «Армосиле» обеспечивает режим смачивания модельных блоков и обсыпочного материала во всем интервале вязкости суспензии. Вязкость зависит от коэффициента наполнения суспензии пылевидным огнеупорным материалом и выбирается в зависимости от габаритов и конфигурации деталей, а также от номера наносимого слоя.
Температура в помещении, где происходит изготовление керамических форм на основе водного связующего «Армосил» , не должна быть выше 30 °С, т.к. при повышенной температуре снижается вязкость и нарушается режим нанесения суспензии.
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 64
Существуют определенные требования к оборудованию сушильных камер. На графике, изображенном на рисунке 4.1, приведена зависимость прочности на изгиб керамических форм на основе суспензии «Армосил» – плавленый кварц в зависимости от режима сушки.
Сушку керамических форм следует проводить с максимальной интенсивностью для всех слоев. Для связующего «Армосил» жесткие условия удаления влаги являются нормальным технологическим параметром. В процессе коагуляции связующего образуются гели с очень низкими остаточными напряжениями.
Относительная влажность воздуха не должна превышать 70 %. Однако более высокая влажность не критична, а лишь увеличивает время сушки.
Температура воздуха определяется маркой модельного состава, в большинстве случаев подходит интервал 25 ... 35 °С.
Скорость движения воздуха максимально возможная, ограничивается только разрушением модельного блока. В среднем ветровой поток при сушке составляет от 3 до 7 м/сек.
Рисунок 4.1 – Зависимость прочности на изгиб керамических форм на основе суспензии «Армосил» – пылевидный кварц в зависимости от режима сушки
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 65
Ряд 1 – Каждый слой оболочки подвергался сушке 2 часа при температуре 18°С и относительной влажности 80 % без принудительного обдува
Ряд 2 и 3 – Каждый слой оболочки подвергался сушке 2 часа при температуре 25°С, относительной влажности 60 % с принудительным обдувом.
Ряд 1 и 2 – Вытопка модельного состава проводилась в воде.
Ряд 3 – Вытопка модельного состава проводилась в печи сопротивления
Готовность формы к нанесению следующего слоя или удалению модельного состава определяется влажностью воздуха на входе и на выходе сушильной камеры. Если они совпадают, то формы готовы к следующей операции.
При высыхании, «Армосил» твердеет необратимо, поэтому вытопку модельного состава можно производить всеми способами, в том числе в жидком расплаве модельного состава. Прочность оболочек при вытопке в печи сопротивления или в кипящей воде меняется на 2…3 %.
Прокалка форм осуществляется при 800…900 °С. В силу опережающего роста затрат на энергоносители можно рекомендовать некоторую особенность температурного режима связанного с природой связующего. Керамические формы на связующем «Армосил» позволяют снизить температуру прокалки до 500...600 °C при заливке медных и алюминиевых сплавов. Прочность на изгиб керамических форм на связующем «Армосил» показана на рисунке 4.2.
Выбиваемость форм после заливки удовлетворительная. При наличии узких отверстий и протяженных карманов отливки подвергаются выщелачиванию для окончательного удаления остатков керамики.
«Армосил» можно применять для изготовления как единых многослойных оболочковых форм ЛВМ, так и комбинированных с этилсиликатными и/или жидкостекольными слоями.
Кремнезем в «Армосил» – аморфный (не кристаллический SiО2) подобный плавленому кварцу, часто используемому в качестве огнеупора в промышленности.
Поэтому у него очень низкий коэффициент термического расширения, подобный плавленому кварцу.
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 66
Рисунок 4.2 – Прочность на изгиб керамических форм на связующем
«Армосил»: 1 – сушка 2 ч при температуре 28°С и принудительном обдуве воздухом; 2 – сушка 2 ч при температуре 18°С и естественной конвекции
В отличие от жидкого натриевого стекла, густого и вязкого, вязкость
«Армосил» практически соответствует вязкости воды. При этом большая часть марок «Армосил» содержит не менее 25 % SiО2 (по весу).
«Армосил» выполняет две функции в процессе литья по выплавляемым моделям:
из-за своей низкой вязкости, он является отличным связующим, в котором наполнитель из огнеупорных оксидов находятся во взвешенном состоянии. Из-за низкой вязкости в «Армосил» можно загрузить большее количество огнеупорного материала для достижения требуемой вязкости по сравнению с другими связующими;
после испарения воды частицы связываются с керамическими частицами и друг с другом, образуя «клей», который скрепляет оболочку. Сформировавшись, эта связка становиться водонерастворимой, что позволяет наносить следующие слои.
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 67
Связка сохраняется и даже улучшается после прокалки оболочки перед заливкой металлом. Чего невозможно достичь, используя традиционные силикатные растворы в частности жидкое стекло, поскольку форма подвержена разрушению при вытопке воскового состава в воде.
В настоящее время в литье по выплавляемым моделям часто используется этилсиликат в качестве связующего. Он обладает хорошими огнеупорными и связующими свойствами, но коллоидные кремнезоли «Армосил» более предпочтительны, потому что:
они на водной основе, невоспламеняемы, нетоксичны, идеальны с точки зрения экологии;
суспензии на их основе обладают большим сроком живучести, более постоянными свойствами и требуют минимального обслуживания, седиментационная устойчивость в сравнении с этилсиликатными выше;
обеспечивают повышенную газопроницаемость форм и меньшую склонность их к растрескиванию;
это готовый продукт, не требующий дополнительных химической операцией приготовления связующего из этилсиликата (ЭТС-40, ЭТС-32) путем его гидролиза водой в присутствии спиртов и ацетона.
К готовому термостойкому связующему на основе коллоидных кремнезолей предъявляются следующие требования:
высокие физико-механические свойства суспензии которые обеспечивают:
применение необходимых добавок для улучшения реологических свойств;
требуемой дисперсности и огнеупорности наполнителя суспензии.
обеспечение хорошей смачиваемости поверхности восковых моделей;
обеспечение прочности керамических форм при изгибе в процессе сушки, выплавления модельной массы, прокаливания и при заливке металлом;
минимальная перестройка существующего технологического процесса при переходе на новое связующее.
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 68
Кремнезоли, вследствие высокого поверхностного натяжения, плохо смачивают восковые модели типа «МВС-3А», «МВС-3Б» и т.п.
Хорошая смачиваемость «Армосила» модельного состава делает возможным получение плотной чистой поверхности отливок. Хорошая смачиваемость особенно необходима для восковых моделей с глубокими изолированными зонами или полостями. Но применение только смачивателей вызывает обильное пенообразование, что мешает получению чистой поверхности отливок. Во избежании этого мы используем высокоэффективные пеногасители [14].
Сравнительная характеристика свойств суспензии и форм на ЭТС и
«Армосила» приведена в таблице 4.2.
Таблица 4.2 – Сравнительная характеристика свойств суспензии и форм на ЭТС и
«Армосила»
Характеристики ЭТС «Армосил»
Прочность на изгиб, кг/см2
при 20°С 4,6…5,4 7,0…10,0
при 900°С 5,4…6,4 3,0…5,0
Вязкость суспензии, с 50…70 10
Остаточная прочность,
кг/см2 4,3…4,5 2,0…4,0
Время сушки формы, ч 3,0 0,5
22.03.02.2020.786.00.00 ПЗ
лист.
Изм Лист № докум. Подп. Дата 69
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ