Выбор материала модели для метода ЛГМ

Выбор материала модели для метода ЛГМ

В основном в качестве материала модели в настоящее время используют

100 % литейный пенополистирол, который обеспечивает высокое качество готовой продукции.

Однако, использование 100% литейного пенополистирола приводит к высокой себестоимости модели и отливки, что связано с высокой стоимостью такого полистирола. Поэтому многие предприятия отказываются от дорогостоящего литейного полистирола, заменяя его дешевым строительным. Однако такая необоснованная замена приводит к ухудшению свойств модели, науглероживанию поверхности отливки и потере качества продукции в целом. В связи с этим перед нами стояла задача - поиск материала модели, который обеспечил бы ее высокое качество и обладал бы относительно низкой стоимостью.

Нами были проведены исследования по подбору композиции, состоящей из строительного и литейного полистирола разных фракций и в разных количественных соотношениях.

Материалом для изготовления моделей при литье ЛГМ в настоящее время является литейный полистирол мелких фракций порядка 0,4-0,7 мм [76, 77]. Такая величина фракции необходима для устранения склонности вспененного

полистирола к слипанию, возникающего в результате взаимодействия между гранулами. Модели, получающиеся в результате использования этого материала, отличаются хорошей прочностью, высокой газопроницаемостью и качеством поверхности, что обеспечивает в дальнейшем высокое качество отливки. Недостатком этого материала является его достаточно высокая стоимость, что определяет и последующую относительно высокую стоимость отливки, полученной методом ЛГМ.

В ряде исследований [78-80] предлагается использовать в качестве материала смесь литейного полистирола и вторичного, переработанного из отходов строительного полистирола. Количество вторичного полистирола варьируется в зависимости от размера и массы модели, рекомендуемая фракция

– 0,3-0,5 мм.

Целью данного исследования являлось изучение влияния количества строительного полистирола марки ПСБ-25 [81] в составе материала для производства моделей при ЛГМ на некоторые параметры получаемых моделей. Результаты исследований приведены в таблице 5.1. В эксперименте данная технология реализовалась при изготовлении модели для отливки «печной ролик».

Таблица 5.1 – Свойства моделей с разным содержанием вторичного полистирола

Номер образца	Количество вторичного полистирола, % масс	Скорость сгорания, г/с	Предел прочности на сжатие, МПа
0	0%	3,4	0,58
1	10%	2,9	0,56
2	20 %	2,3	0,50
3	30 %	2,2	0,48
4	40 %	2,0	0,46

Анализ данных таблицы 5.1 показал, что наиболее оптимальным является состав 4, т.е. сочетание 60 % литейного полистирола мелких фракций 0,3-0,6 мм и 40% строительного пенополистирола фракций 0,6-0,7мм. Увеличение доли строительного полистирола приводит к снижению прочности на сжатие, но зато обеспечивает высокую скорость сгорания модели, что положительно сказывается на качестве отливки. На данный состав материала модели получен патент РК [82] (Приложение Д, Е).

Это объясняется низкой вспенивающей активностью вторичных гранул оказавшихся на поверхности формируемой модели.

Заливку металла производим в полистирольные стояки. Горячий металл выжигает полистирол и занимает его место. Выделяющиеся газы отсасываются через слой краски в песок вакуумной системой. При этом металл точно повторяет форму полистирольного блока с моделями. Полученные таким образом отливки имели высокую геометрическую точность (отсутствовала

необходимость в литейных уклонах и припусках на механическую обработку). К тому же вследствие более низкой стоимости строительного полистирола, общая стоимость модели и, следовательно, отливки, снизилась по сравнению с использованием для изготовления модели 100% литейного полистирола.

Проведенные ранее опыты по заливке отливок показывают, что антипригарное покрытие влияет на качество поверхности, на параметры процесса, такие как, скорость заполнямости формы металлом и температура заливки.

Установлено, что с увеличением толщины антипригарного покрытия, снижением газопроницаемости увеличивается поверхностное науглероживание поверхности отливки [83].

Толщина и состав антипригарного покрытия (краска) [83, с.44; 84] оказывают непосредственное влияние на качество поверхности, что связано с газопроницаемостью покрытия, что в свою очередь определяет скорость выгорания модели. Для определения оптимальной толщины нанесения антипригарного покрытия были проведены исследования взаимосвязи между толщиной покрытия (краски), временем сушки [85] покрытия, газопроницаемостью покрытия и шероховатостью поверхности отливки.

Противопригарное покрытие наносили на полистироловую модель с помощью установки для нанесения покрытия и кисти. Толщина покрытия варьировалась в пределах от 0,75 до 2 мм. Сушку моделей с краской осуществляли в специальном сушиле в потоке горячего воздуха, время сушки меняли от 0,5 до 5 часов. В таблице 5.2 приведен оптимальный состав противопригарной краски для отливок из жаропрочного сплава [86]. На рисунке 5.1 приведен зависимость шероховатости отливки от толщины слоя краски на полистироловой модели.

Рисунок 5.1 – Зависимость шероховатости отливки от толщины слоя краски на полистироловой модели

Шероховатость измеряли портативным измерителем шероховатости TR 100, по ГОСТ 2789–73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. Газопроницаемость модели со слоем краски определяли на приборе для определения газопроницаемости модели 04315М (ГОСТ 29234.11- 91). На рисунке 5.2. приведена зависимость шероховатости отливок от шероховатости моделей. На рисунке 5.3. приведена зависимость шероховатости отливок от шероховатости моделей.

Зависимость шероховатости поверхности отливки от шероховатости поверхности модели имеет линейный характер и выражается зависимостью: