Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время оболочковые формы и монолитные стерж-и изготовляются в основном из песчано-смоляных смесей. Данные меси характеризуются большой прочностью и легкой выбиваемостью з отливок. Однако при заливке форм жидким металлом песчано-смо-яные смеси выделяют токсичные газообразные продукты, которые не олько загрязняют воздушную среду, но и способствуют повьшенному раку отливок по газовым дефектам, особенно при недостаточной ентиляции форм и стержней. Кроме того, синтетические смолы, при-еняемые для изготовления оболочковых форм, являются дорогими и ефицитными материалами, которые не производятся как на Украине, ак и во Вьетнаме. Поэтому замена смол доступными, недорогими и е токсичными связующими материалами является актуальной задачей ля дальнейшего развития литейного производства.
Жидкое стекло - один из таких перспективных материалов. Од-ако по удельной прочности традиционные жидкостекольные смеси ступают песчано-смоляным. Поэтому для успешной замены песча-о-смоляных жидкостекольными смесями необходимо повысить их дельную прочность. Другими словами, повышение прочности ' жид-остекольных смесей является актуальной задачей для замены ими есчано-смоляных смесей при производстве оболочковых форм.
Кроме того, опыт применения жидкого стекла в качестве связу-щего в литейном производстве показал, что основными недостатками меси на его основе являются их затрудненные выбиваемость и реге-ерация. Причина этого - расплавление силикатов натрия при нагре-е форм жидким металлом с последующим спеканием формовочной смеси ри охлаждении, что приводит к резкому повышению ее остаточной рочности. Поэтому изыскание и совершенствование методов улучйе-ия выбиваеыости жидкостекольных смесей является еше одной акту-льной задачей, без решения которой замена смоляных смесей на идклстекольные невозможна.
Целью диссертационной работы является развитие теоретических снов повышения прочности жидкостекольных смесей при их тепловом тверждешш, разработка на этой основе легковыбиваемых смесей и птимизация параметров пескодувного процесса производства оболоч-овых форм и монолитных стержней.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить сле-ующие задачи:
1. Исследовать закономерности формирования структуры жид-
- 4 -костекольных смесей на основе принципов поверхностных явлений дисперсных системах и разработать способы повышения связуюа сповобносгк жидкого стекла.
-
Изыскать эффективные разупрочняюшие добавки для улучшен выбиваемости жидкостекольных смесей из отливок.
-
Оптимизировать составы легковыбиваемых жидкостекольн смесей с показателями технологических свойств не ниже, чем д песчано-смоляных, для изготовления оболочковых .форм и монолитн стержней пескодувным способом.
-
Оптимизировать параметры пескодувного способа изготовл ния оболочковых форм и монолитных стержней из жидкосгекольні смесей.
5. Провести промышленные испытания разработанного технолог!
чесного процесса и оценить качество получаемых отливок.
6. Дать технико-экономическое и экологическое обоснован)
целесообразности замены песчано-смоляных смесей на жидкостекол)
ные.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
-
Созданы теоретические основы повышения прочности жш костекольных смесей, упрочняемых тепловой сушкой, за счет улуч» ния распределения связующего на зернах наполнителя путем уменьпк ния его вязкости и поверхностного натяжения и '." ввода ультрг дисперсных кремнеземнистых добавок с высокой реакционной спосо( ностыо к едкому натрию, увеличивающих количество связующих звеш ев в смеси в процессе ее приготовления.
-
Установлены закономерности, распределения на зернах наш» нителя жидкого стекла в зависимости от его вязкости и поверхноеэ ного натяжения, на основе чего теоретически и практически обоснс ваш повышение адгезионной составляющей прочности за счет' снюгс ния содержания связующего в смесях до 2.0 - Е.5 масс.ч.
-
Углублены представления о механизме упрочнения жидкости кольных смесей вводом в их состав ультрадисперсных кремнезеї
истых добавок. Установлено, что такие добавки характеризуютс высокой реакционной способностью по отношению к свободной №ХО\ жидкого стекла, чем обеспечивается дополнительное образован» связующего в процессе приготовления смеси. .
4. Обоснован принцип выбора алгамооксидных добавок для улу*
шения выбиваемости жидкостекольных смесей, заключающийся в ток
что они должны быть такими соединениями,которые бы разлагались г
температурах ниже температуры заливаемого металла и образующийс
ж этих условиях реакционно активный оксид алюминия или его )единения взаимодействует с силикатом натрия с образованием ту-шлавких алюмосиликатов.
6. Разработан технологический процесс производства оболочко-к форм и монолитных стержней из жидкостекольных смесей, обеспе-шающий получение качественных отливок из черных и цветных спла->в.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработан-ш технология производства оболочковых форм и монолитных стерж,-& из жидкостекольных смесей пескодувным способом заменяет тра-іционную технологию, основанную на применении песчано-смоляных ?есей, благодаря чему достигается снижение материальных затрат, 1вышается качество отливок, улучшаются санитарно-гигиенические їловия труда и резко уменьшается загрязнение токсическими газами :ругавдгй среды.
На завдту выносятся следующие положения:
-
Теоретические основы повышения прочности жидкостекольных іесей, упрочняемых тепловой сушкой, за счет повышения ее адгези-ной составляющей путем улучшения характера распределения связу->его на поверхности зерен наполнителя, достигаемого уменьшением о вязкости и снижением поверхности натяжения.
-
Механизм упрочнения жидкостекольных смесей за счет ввода них ультрадисперсных рентгеноамфорных игольчатых кремнезем-стых добавок типа порошка силикатного (ПС) - химического агента высокой реакционной способностью по отношению к едкому натрию, зволяодему в процессе приготовления смеси увеличить количество язующего в ней (функции армирования).
-
Механизм разупрочнении жидкостекольных смесей при повинных температурах путем ввода соединений оксида алюминия (нал-мер, гидроалюмосиликата), которые образуют с силикатом натрия и температурах прогрева формы залитым металлом тугоплавкие алю-силикаты.
-
Новые составы легковыбиваемых смесей с пониженным содер-нкем жидкого стекла (до 2.0 - 2.5 масс.ч.) и высокими прочност-ми свойствами.
-
Оптимальные параметры пескодувного процесса производства олочковых форм и монолитных стержней из разработанных жидкосте-льных смесей.
-
Техническая , экономическая и экологическая целесообраз-сть замены песчано-смоляных жидкоетекольными смесями при изго-
- б -товлении ободочковых форм и монолитных стержней.
методика исследований. При выполнении работы применялись стандартные методы испытания технологических свойств смесей, определение вязкости, поверхностного натяжения жидкого стекла и самостоятельно разработанные методы оценки характера распределения связующего на зернах наполнителя, конструкция установки для пескодувного способа производства оболочковых форм и монолитных стержней, различная оснастка для изготовления технологических образцов и оболочковых форм и др.
При проведении исследований использовались рентгеновский фазовый анализ, дифференциально-термический м оптический; методы математического планирования эксперимента с последующей их обработкой на ЭВМ.
Промышленная апробация. Разработанная технология успешно прошла лабораторные (в Киевском политехническом институте) и промышленные ( на Киевском мотоциклетном заводе) испытания, подтвердившие технические , экономические и экологические преимущества технологии перед базовой.
Публикация. По материалам диссертации имеется 4 публикации.
Структура и объем работы, диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Материалы работы изложены на 110 страницах машинописного текста, содержат 47 рисунков и 8 таблиц. Список литературы включает 81 наименование. Имеется 3 приложения на 21 странице.