Введение к работе
Актуальность темы. Главной технологической задачей в процессе производства отливок является получение готового литья с чистой поверхностью, исключающей или облегчающей последующие трудоемкие операции по повышению чистоты литых поверхностей, особенно внутренних, формуемых стержнями.
Стержни по сравнению с формами должны обладать существенно более высокой начальной прочностью, поэтому с целью повышения их прочностных свойств, улучшения выбиваемости, снижения прилипаемости и себестоимости стержневых смесей предлагаются различные варианты сочетания органических и неорганических связующих.
По доступности связующих, а также легкости сочетания с другими связующими, практический интерес представляют формовочные и стержневые смеси на основе лигносульфонатов (ЛСТ) и жидкого стекла (ЖС).
Как самостоятельное связующее теплового отверждения ЛСТ не получил широкого распространения, поскольку не обеспечивает высокую прочность стержней в отвержденном состоянии. Связующие свойства ЛСТ могут быть улучшены за счет его сочетания с другими связующими или органическими соединениями.
Основная задача в процессе производства отливок с использованием жидкостекольных стержневых смесей - получение стержней с высокой выбиваемостыо.
Наиболее эффективный способ улучшения выбиваемости жидкостекольных смесей заключается в уменьшении доли ЖС в смеси. Реализация этого способа возможна лишь в том случае, если уменьшение содержания ЖС не повлечет за собой снижение физико-механических и технологических свойств смеси, особенно ее начальной прочности.
Известные способы улучшения свойств стержневых смесей в ряде случаев оказываются малоэффективными и трудоемкими в осуществлении.
Поэтому мероприятия, направленные на повышение качества литейных стержней из стержневых смесей на основе ЖС и ЛСТ, разработка новых связующих композиций, а на их основе технологии приготовления стержневых смесей и изготовления литейных стержней, обеспечивающих получение качественных отливок, определяют актуальность проблемы.
Цель работы. Разработка технологии приготовления стержневых смесей на основе ЖС и ЛСТ с добавкой раствора пенополистирола (ПС) для улучшения выбиваемости и технологических свойств стержней.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
РОС НАЦИОНАЛАМИ*
БИбЛМОТеКА I
at о»
1) Провести анализ известных способов улучшения физико-
механических и технологических свойств стержневых смесей на основе
ЖС и лет.
2) Теоретически обосновать принципиальную возможность
повышения физико-механических и технологических свойств стержневых
смесей на основе ЖС и ЛСТ за счет ввода в их состав органических
добавок, в частности раствора ПС, полученного из отходов упаковочных
материалов, ранее считавшимся для этих целей непригодным.
-
Экспериментально исследовать технологию приготовления и комплекс свойств стержневых смесей с добавкой раствора ПС.
-
Разработать математический аппарат для прогнозирования прочностных характеристик стержневых смесей в зависимости от сочетания составляющих компонентов смеси.
-
Выполнить опытно-производственные испытания оптимальных составов стержневых смесей на основе ЛСТ и ЖС с добавкой раствора ПС при получении отливок из алюминия, стали и чугуна.
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались общепринятые методики исследований свойств формовочных и стержневых смесей. Экспериментальные данные обрабатывались с помощью пакетов прикладных программ (Microsoft Excel и STATISTICA)
Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально доказана принципиальная возможность повышения физико-механических и технологических свойств смесей на основе ЖС и ЛСТ добавкой в смесь раствора ПС, полученного из использованной пенополистирольной упаковки, ранее считавшейся непригодной для этих целей.
Установлены технологические особенности приготовления жидкостекольных стержневых смесей с добавкой раствора ПС для различных способов отверждения.
Установлена зависимость образования начальной и остаточной прочности стержневой смеси на основе ЖС или ЛСТ от количества и концентрации вводимой добавки раствора ПС.
Обосновано влияние технологических режимов изготовления литейных стержней на их физико-механические и технологические свойства в зависимости от концентрации и содержания раствора ПС, а также от содержания ЖС или ЛСТ связующего в стержневой смеси.
Получены уравнения регрессии для прогнозирования прочностных свойств стержневых смесей, представляющие собой взаимосвязь совместного влияния содержания компонентов смеси на ее прочностные показатели. Это позволяет определять возможные значения прочности стержневых смесей в зависимости от количества введенных в нее компонентов.
Предложены расчетные номограммы для практического их применения по определению необходимого количества ввода добавок для обеспечения минимально необходимой прочности образцов при различных способах отверждения. Номофаммы также позволяют определить коэффициент разупрочнения жидкостекольных стержней в зависимости от начальной и остаточной прочности
Экспериментально определены факторы влияния добавок раствора ПС на комплекс технологических и физико-механических свойств стержневых смесей на основе ЖС и ЛСТ
Практическая значимость работы.
Разработаны составы стержневых смесей для получения литейных стержней на основе ЖС и ЛСТ с добавкой раствора ПС.
Разработаны технические рекомендации по приготовлению стержневой смеси на основе ПС-связующего и жидкостекольных стержневых смесей в зависимости от способа отверждения.
Отработаны оптимальные технологии получения литейных стержней на основе ЖС и ЛСТ с добавкой раствора ПС.
Разработанные составы стержневых смесей с добавкой раствора ПС прошли опытно-промышленные испытания в литейных цехах ОАО «Амурский судостроительный завод», ОАО «Комсомольскос-на-Амуре авиационное производственное объединение», Хабаровский завод отопительного оборудования при получении стальных, чугунных и алюминиевых отливок, где показали свою работоспособность.
Результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре МТЛП ГОУВПО «КнАГТУ» и используются при выполнении научно-исследовательской работы студентами и аспирантами.
Ожидаемый экономический эффект от применения разработанного состава стержневых смесей на основе ЖС взамен используемых на предприятии ОАО «АСЗ», за счет снижения расхода материалов, в сумме 163 рубля на тонну смеси (по ценам 2004 г.).
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях студентов и аспирантов Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета в 2002-2005 годах.
Опытные образцы стержней, приготовленные по разработанному способу, экспонировались на международной торгово-промышленной ярмарке 2005 г. (г.Хабаровск).
На защиту выносятся следующие основные положения:
- Теоретический анализ факторов влияния раствора ПС на физико-механические и технологические свойства стержневых смесей на основе ЛСТ и ЖС Результаты исследования комплекса физико-механических и
технологических свойств стержневых смесей на основе ЖС и ЛСТ с добавкой раствора ПС.
Результаты аналитической и экспериментальной оптимизации составов стержневых смесей на основе ЖС и ЛСТ с добавкой раствора ПС.
Расчетные номограммы и уравнения регрессии, позволяющие прогнозировать прочностные характеристики смеси в зависимости от сочетания компонентов связующего и технологических режимов отверждения.
Публикации. Основное содержание работы отражено в семи печатных работах, в том числе пяти статьях в сборниках научных трудов и материалах докладов научно-практических конференций, двух статьях в журналах.
Объем работы и структура. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, приложений, списка литературы из 230 наименований. Работа изложена на 125 страницах печатного текста, включает 24 таблицы, 62 рисунка и приложения на 20 страницах.
