Введение к работе
Актуальность темы. Литейное производство является основной заготовительной базой машиностроения v одной из самых материало-емких отраслей народного хозяйства. Состояние литейного производства в стране указывает на необходимость коренного улучшения использования всех материальных ресурсов, внедрения технологических процессов, обеспечивающих улучшение качества выпускаемой продукции, охрану труда и окружающей среды.
Опыт изготовления отливок в нашей стране и за рубежом показывает, что одним из основных путей решения проблемы повышения качества отливок, снижения себестоимости при выполнении требования экологии, является разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов изготовления литья с применением самотвердеющих смесей, процессов получения стершей непосредственно в холодной и нагреваемой оснастках. Широкое внедрение холоднотвердеющих смесей на органической основе с использованием в качестве связующих различных смол сдерживается из-за высокой токсичности связующих, сложности улавливания продуктов полимеризации и разложения. В условиях каждого конкретного производства стоит проблема разработки оптимальных составов стержневых и формовочных смесей, обеспечивающих высокую термостойкость, прочность в отверж-денном состоянии, достаточную податливость и удовлетворительную выбиваемость. йидкое стекло находит широкое применение как связующий материал при изготовлении, стержней и форм. Преимущества жидкого стекла по сравнению с другими связующими материалами очевидны, но при этом основной проблемой является затрудненная выбиваемость кидкостекольных смесей. Из известных типов стержневых смелей в наибольшей степени удовлетворяют указанным требованиям фос-Ьаткые смеси. Трудами отечественных ученых Ю.Ф. Боровского, П.А. Ворсука, И.В. Валисовского, Ю.П. Васина, Е.С. Гамова, Б.Б. Гуляева, С.П. .Дорошенко, С.С. Жуковского, И.Е. Илларионова, И.В. Матве-енко, Ю.П. Поручикова и многих других внесен существенный вклад в теорию и практику формообразования и получения высококачественных отливок современного литейного производства с применением фосфатных связующих материалов.
Применение органических материалов резко ухудшает санитарно -гигиенические условия труда. В связи с этим разработка и внедрение высокоэффективных, малоотходны): и безотходных технологий с применением фосфатных и других неорганических материалов имеют важное
социально-экономическое и народнохозяйственное значение .
Цель работы - разработка и внедрение формовочных и стержневых ресурсосберегающих смесей пониженной токсичности на основе алюмохромфосфатного связующего и технологии получения стершей и форм, обеспечивающих получение отливок высокого качества.
Практическая значимость этой работы заключается в том, что разработка и применение экологически безопасных технологически: процессов на металлофосфатных связующих материалах с использові ниєм неорганических добавок, обладающих комплексом требуемых л: тейных свойств, позволит повысить уровень и качество ЛИТЬЯ, CH1 зить себестоимость у, улучшить санитарно-гигиенические условия труда на производственных участках литейных цехов. Особое внимание уделено изучению поведения стержней при заливке металлом с помощью дилатометрирования образцов смесей при высокой темпе] туре и под нагрузкой, соответствующей давлению жидкого расплав; Сопоставление полученных данных по термостойкости связующего и деформации стержневых смесей под нагрузкой с качеством производимых отливок позволило сделать реальные выводы по эффективное^ разработанных технологий v. процессов, показать технологические свойства фосфатных смесей в сравнении с ткидкостекольными и орп ческими. смесями на синтетических смолах.
Исходя из вышеизлояазнного в работе поставлены следующие основные задачи:
- разработка новых литейных смесей пониженной токсичности
с применением алшохромфосфатного связующего, обеспечивающих пс лучение средних и крупных отливок высокого качества из стали v чугуна;
исследование процессов отверждения, формирования структурі и свойств фосфатных смесей с применением неорганических и органических добавок, отходов металлургического, химического и других производств;
разработка v внедрение в промышленность технологических процессов изготовления стержней и форм с применением алюмохром-
фосФагного связующего и эффективных добавок для достижения высоких технологических свойств;
~ санитарно-гигиеническая оценка разработанных технологических процессов получения отливок с применением смесей на основе алшохромфосфатного связующего.
Научная новизна работы. Разработаны новые и уточнены имеющиеся представления о структуре и свойствах фосфатных формовочных и. стержневых смесей. Разработаны методы и приборы для комплексной оценки процессов отверждения холоднотвердеющих смесей, проверки активности порошкообразных отвердителей и способы управления скоростью набора прочности в зависимости от количества и состава добавок.
Установлена зависимость физико-механических свойств фосфатных смесей от содержания связующего, температуры отверждения и. скорости отверждения холоднотвердеющих смесей. Увеличение АХФС в смеси с одновременным увеличением отвердителя ведет к увеличению прочности в первые полчаса отверждения, а затем идет снижение прочности. Завышенное содержание отвердителя приводит к повышенной скорости отверждения связующего и в итоге - к низкой живучести смеси, повышенной осыпаемости и снижению прочности.
Исследована зависимость вероятности возникновения дефектов в интервале высоких температур в процессе заливки форм металлом от деформационных характеристик смесей при тепловой обработке и приложенной нагрузки. Исследования проводились на высокотемпературном дилатометре фирмы "H.THetert " и специально разработанной установке с устройством наложения нагрузки и измерения температуры. Смеси при прогреве до высоких температур как правило снижают свою прочность с одновременным расширением, что приводит к противодействию усадке затвердевающей отливки.
Комплексные физико-химические исследования позволили разработать смеси с оптимальными технологическими характеристиками и физико-механическими свойствами для стального и чугунного литья.
Научная новизна и оригинальность разработок подтверждены шестью авторскими свидетельствами и пятью положительными решениями, полученными на заявки на выдачу патентов Российской Федерации.
Практическая значимость и внедрение в промышленность. Установленные закономерности позволили уточнить механизм Формирования структуры и свойств фосфатных смесей для стального и чугунного литья и на его основе создать технологии по получению отливок высокого качества. Разработанные методы экспрессного анализа определения активности порошкообразных отвердителей позволили регулировать скорость отверждения фосфатных смесей и корректировать содержание их в составе смеси. Разработанные технологические добавки для улучшения пластических свойств, повышения подат-
ливости и снижения осыпаемости позволяют улучшить качество смесе поверхность отливок, снизить брак литья по горячим трещинам и га зовым раковинам, расширить область применения новых прогрессивных методов изготовления форм и стержней с применением разделительных и противопригарных покрытий.
Основные разработки внедрены на Чебоксарском ГО "ЧЗПТ", Чебоксарском и Псковском машиностроительных заводах, Ульяновском литейном заводе "Центролит" и других предприятиях, что позволило уменьшить массу и брак отливок, сократить или полностью исключит применение высокотоксичных, дорогостоящих, дефицитных связующих, снизить расход топлива и электроэнергии в 2-3 раза, уменьшить трудоемкость, повысить производительность труда, улучшить качест во отливок и санитарно-гигиенические условия труда. Экономически эффект от внедрения разработок составил свыше 500 тыс. рублей (е ценах 1990 г.).
На защиту выносятся следующие положения:
механизм формирования свойств смесей с применением метал-лофосфатных связующих материалов, неорганических и органических добавок;
новые составы разработанных стержневых и формовочных смесей пониженной токсичности с применением неорганических связующих материалов, обеспечивающие получение отливок из стали и чугуна без пригара, горячих трещин, газовых раковин и других дефектов
в тракторостроении и других отраслях промышленности при высокомеханизированном производстве литья;
результаты исследований прочности, термостойкости, деформации стержневых смесей в зависимости от состава, температуры и нагрузки;
результаты опытно-промышленных испытаний и внедрений разработанных технологических процессов получения стержней и. форм;
результаты исследований влияния фосфатных смесей на основе алюмохромфосфатного связующего на состав воздушной среды в литер ных цехах и разработки практических рекомендаций по охране трудг
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на: научно-технических совещаниях литейщиков "Цроблє мы литейной оснастки и качества отливок"(Москва, 1961),"Пути рационального использования и экономии металла в литейном произво; стве"(Москва, 1981), "Перспективы развития литейного производства v совершенствование технологических процессов литейного произ-
водства"(Ташкент, 1961), научно-практической конференции по проблемам совершенствования подготовки инженерных кадров и научно-технического сотрудничества вузов и предприятий Чувашской ССР(Че-боксары, 1961), научно-техническом совещании литейщиков "Состояние и перспективы получения отливок на основе ресурсосберегающих формовочных смесей"(Москва, 1963), "Прогрессивные технологические процессы и охрана труда в литейно-металлургическом производстве" (Н.Новгород, 1991),"Рациональное использование материальных ресурсов в литейном производстве'ЧЧелябинск, 1991), научно-практической конференции "Современные технологические процессы и оборудование в машиностроении"(Чебоксары, 1992), а также региональных, областных, институтских совещаниях, конференциях и семинарах.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 20 статей, получены 6 авторских свидетельств СССР и получены 5 положительных решений по заявкам на выдачу патентов Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, обютх выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 129 страницах машинописного текста, включает 14 таблиц, содержит 37 рисунков и список литературы из 99 наименований.