Спосіб виготовлення форм по легкоплавких моделях

1. Спосіб виготовлення ливарних форм по легкоплавких моделях, що включає нанесення на модель, виконану з замороженої води, матеріалів і виготовлення з них облицювальної вогнетривкої C2 2 (11) 1 3 Заморожену нероз'ємну модель, що складається з льоду, можна віднести до виплавлюваних, що газифікуються (якщо вона тонкостінна порожниста) або що розчиняються. І тому найбільш близькими по технічній сутності й ефектові, що досягається, є процеси, засновані на способі виготовлення ливарних форм по легкоплавких моделях, що включають нанесення на модель матеріалів і виготовлення з них облицювальної вогнетривкої оболонки, додаткове зміцнення оболонки або формування її в контейнері з наповнювачем, описані в монографії [2]. Литье по выплавляемым моделям/ под. ред. Я. И. Шкленника и В. А. Озерова. М., 1961. Машгиз. С. 9,209-213. Ці способи мають ті недоліки, що описують технологію формування при традиційних температурах близько 293 К, а виготовлення форм по крижаній моделі при цих температурах практично неприпустимо, тому що танення моделі при контакті з матеріалами, що наносяться на неї, і навколишнім середовищем приведе до дефектів на виливках. Мета винаходу - підвищення якості виливків. Поставлена мета досягається тим, що в способі виготовлення ливарних форм по легкоплавких моделях, що включає нанесення на модель, виконану з замороженої води, матеріалів і виготовлення з них облицювальної вогнетривкої оболонки, додаткове зміцнення оболонки або формування її в контейнері з наповнювачем, відповідно до винаходу, матеріали, з яких виготовляють облицювальну вогнетривку оболонку, перед нанесенням охолоджують до температури нижче температури плавлення моделі, а загальна тривалість виготовлення облицювальної вогнетривкої оболонки не перевищує часу нагрівання при взаємодії з навколишнім середовищем поверхні моделі вище температури її плавлення. Крім того, відповідно до винаходу, час нагрівання при взаємодії з навколишнім середовищем - повітрям поверхні моделі до температури її плавлення, яким обмежена тривалість виготовлення облицювальної вогнетривкої оболонки, визначають по залежності: t = (m×c×d/ Nu • l • S) • In [(Тс - To) / (Тс - T)], де t - час нагрівання зовнішньої поверхні моделі, с; m - маса моделі, кг; с - питома теплоємність моделі, Дж/(кг • К); d приведена товщина моделі, м; Nu - критерій Нуссельта для вільного руху повітря; А, - коефіцієнт теплопровідності навколишнього середовища, Вт/(м • К); S - площа поверхні моделі, м2; Тс - температура навколишнього середовища, К; То - початкова температура моделі, К; Т - температура зовнішньої поверхні моделі, рівна температурі її плавлення, К. Облицювальні вогнетривкі оболонки, наносяться на модель по відомих технологіях з тією тільки різницею, що застосовувані хімічно твердючі суспензії, піски для обсипання, протипригарні фарби і т.п. матеріали попередньо охолоджують у холодильних установках. Ці оболонки фіксують форму моделі, але їхня міцність мала для взаємодії з металом, що заливається. Вони надалі не можуть застосовуватися самостійно, а лише з опорою, котру отримують на наступних технологічних операціях. Здійснення винаходу дає можли 80372 4 вість одержувати з охолоджених матеріалів, як мінімум, для трьох видів форм облицювальні * вогнетривкі оболонки на моделі з необхідними для подальших операцій властивостями, а наступні операції здійснюються з матеріалами при традиційних цехових температурах. З оболонок можуть виплавлятися моделі, і потім оболонки можуть формуватись в контейнері з наповнюючою сумішшю з в'яжучим (один вид форми), або піддаватися нанесенню на них ще декількох зміцнювальних шарів і застосовуватися без наповнюючих сумішей, як чисто оболонкові форми (другий вид). А також при нанесенні на тонкостінну порожнисту крижану модель облицювальної оболонки з низькою газопроникністю. Така оболонка може використовуватися аналогічно герметизувальній синтетичній плівці у вакуумній формі в контейнері з піщаним наповнювачем без зв'язуючих (третій вид), міцно утримуватися за рахунок присмоктування вакуумом до піщаного наповнювача, а тонкостінна модель газифікуватися при заливанні форми металом, або розплавлятися під температурою навколишнього середовища й усмоктуватися в піщаний наповнювач. Можливість розрахунку часу нагрівання крижаної моделі без танення до температури плавлення льоду заснована на наступних залежностях температури її зовнішньої поверхні від часу, отриманих з балансу для конвективного теплообміну [Грузман В. М., Иконников В. Я. Исследование нагрева замороженных форм./ Литейное производство. -1977.- №12, С. 16-17]. Т = Тс - (Тс - То) • е-кt, (1), де Т - температура зовнішньої поверхні моделі, К; Тс -температура навколишнього середовища, К; То - початкова температура моделі, К; t - час нагрівання зовнішньої поверхні моделі, с; к = (Nu • Xl• S) / (m • с • d), (2), де Nu - критерій Нуссельта для вільного руху повітря; l - коефіцієнт теплопровідності навколишнього середовища, Вт/(м • К); с - питома теплоємність моделі, Дж/(кг • К); S - площа поверхні моделі, м2; m - маса моделі, кг; d - приведена товщина моделі, м, що служить визначальним розміром, d =W / S, де W - об'єм моделі, м3, S - площа поверхні моделі, м2. Підставляючи рівняння (2) у рівняння (1) і визначаючи t, одержимо: t = (m×c×d/ Nu • l • S) • In [(Тс-To)/(Tc-T)],(3). Для конкретного прикладу розрахуємо т для крижаної моделі у виді циліндра висотою 0,1м, і діаметром 0,1м, тоді S = 0,047м2, m = 0,72кг при густині льоду 917кг/м3. При Тс = 293К для повітря X=0,0259Вт / (м • К). Окремо стосовно до повітря приміщення для вільної конвекції, розрахуємо Nu = 0,47 • Gr0,25 відповідно до посібника [Мамаев Н.И. Сборник практических заданий по теоретическим основам теплотехники.Ч.Ш: Учебное пособие. Махачкала: ИПЦ ДГУ, 2001], де Gr = b • d3 × g • DТ) / n 2, Gr - критерій Грасгофа, коефіцієнт об'ємного розширення повітря b = 1/Тс = 1/293 = 0,00341 (К1 ), d = =0,0167м, g = 9,81м/с 2, при То =253К різниця температур DT = Тс - То = 293 - 253 = 40 (К), коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря n = 15,06 • 10-6м2/с. Підставляючи значення, одержимо Gr = 0,0275 • 106; Nu = 6,05. 5 80372 З запропонованої умови винаходу, що поверхня крижаної моделі не повинна нагрітися вище температури її плавлення, випливає: Т = 273К, тоді обчислимо In [(Тс - То)/(Тс- Т)] =ln2 =0,693. Питома теплоємність льоду с = 2,1 • 103дж/(кг • К). Підставивши перераховані значення у рівняння (3), одержимо t = 2377,5с, або 39,6хв. Протягом цього часу наносили на модель з додаванням рідкого скла суспензію, охолоджену до 268...270К, обсипали піском, охолодженим до ~253К, після підсушування на повітрі операцію повторювали два рази, потім занурили модель з оболонкою у водний розчин хлористого амонію при ~270К, під дією якого оболонка тверділа протягом 3...5хв. Потім модель виплавляли в теплій воді, а оболон Комп’ютерна верстка В. Клюкін 6 ку формували в контейнері з формувальною піщаною сумішшю. Позитивні ефекти від запропонованого способу полягають у тому, що облицювальна вогнетривка оболонка, що визначає якість виливків, формуется в умовах, коли поверхня крижаної моделі не може нагрітися вище температури її плавлення, як від матеріалів, що на неї наносять, так і від навколишнього середовища. Тим самим гарантується підвищення якості виливків. Після того, як модель передала свою формотворну функцію облицювальній оболонці, подальші роботи з формування ведуть з матеріалами при традиційних цехових температурах. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601