Материалы для изготовления выплавляемых моделей

Материалы для изготовления выплавляемых моделей

 

Для создания рецептур отечественных модельных восков, которые могли бы заменить дорогостоящие и дефицитные импортные литейные воски, были исследованы свойства употребляемых в нашей промышленности материалов для изготовления выплавляемых моделей. В процессе их изучения было обнаружено, что ни один из них не пригоден для литья сплавов золота и серебра по выплавляемым моделям [32, 33].

Дальнейший характер исследований определялся принципом составления поликомпонентных восковых систем в качестве наиболее целесообразного пути при разработке композиций отечественных модельных воскоз. Согласно этому принципу, компоненты, входящие в состав восков, могут быть разделены на три группы — наполнители, упрочнители и пластификаторы.

Наполнители. Компоненты-наполнители являются структурообразующими. Они должны препятствовать усадке, снижать внутренние напряжения системы, обладать низкой температурой каплепадения, быть дешевыми и хорошо смешиваться с природными и синтетическими материалами других групп.

После многочисленных экспериментов перспективными были признаны два материала — парафин и пчелиный воск, основные свойства которых даны в табл. 21.

 

Таблица 21. Основные свойства компонентов-наполнителей

 

Материал Температура каплепадения, °С Температура затвердевания, °С Интервал затвердевания, °С Линейная усадка, % Твердость, ед. ТИР Хркпкость, см Плотность, г/см3
Парафин 52 51 1 0,22 77 22 0,918
Пчелиный воск 63,5 63

0,5

2,2 60 >40 0,937

 

В наибольшей степени отвечает требованиям, предъявляемым к веществам-наполнителям, парафин. Способность парафина образовывать с прочими компонентами литейных восков высококачественные массы, способность к образованию прочных, блестящих и эластичных пленок, защищающих составы от проникновения в них воды, паров и газов, а также минимальные значения линейной усадки, температур каплепадения и затвердевания делают его лучшим наполнителем. Парафиновые пленки, в противоположность пленкам пчелиного воска, не клейки, благодаря чему составы, содержащие парафин, почти не прилипают к резиновым пресс-формам.

Существенное влияние на технологические свойства литейного воска оказывают качественные характеристики парафина. Сопоставление физико-механических характеристик парафинов различных марок позволило установить, что оптимальными показателями обладает парафин высокоочпщенный микрокристаллический нефтяной марки А. Он представляет собой белую кристаллическую массу с температурой плавления 52°С и с содержанием масел и нейтрального жира не более 0,6%.

Упрочнители. В качестве упрочиителей литейных восков, т.е. веществ, повышающих их механические свойства, были опробованы различные природные и синтетические материалы. К природным упрочнителям относятся следующие вещества растительного, животного и минерального происхождения: горный воск, церезин-80, буроугольный воск, монтановый воск, торфяной воск, карнаубский воск и шеллачный воск [33, 34]. В результате изучения свойств компонентов-упрочнителей природного происхождения было установлено, что минеральные воски и воскоподобные продукты характеризуются в основном высокой зольностью (горный, буроугольный, метановый воски), значительной линейной усадкой (монтановый воск, церезнн-80) и прилипаемостью к прессформе. Использование карнаубского воска, обладающего ценными свойствами, в качестве упрочнителя модельного состава ограничено, поскольку карнаубскнй воск является импортируемым продуктом. Для составления би- и поликомпонентных систем переменного состава наибольший интерес из рассматриваемых природных восков представляет шеллачный воск.

Шеллачный воск — побочный продукт в производстве спиртовых и водно-спиртовых растворов шеллака. Он осаждается из этих растворов в виде шлама, отфильтровывается и сушится. Шеллачный воск по внешнему виду представляет собой твердое вещество коричневого цвета. В зависимости от технологии выделения шеллачного воска физико-механические характеристики последнего могут колебаться в следующих пределах: температура каплепадения  —  74—80°С, линейная усадка — 2,2 — 2,4%, твердость по ТИР — 88 — 99 ед., плотность — 0,97 — 0,980 г/см3; зольность — 0,12%.

Наряду с анализом компонентов-упрочнптелей природного происхождения целесообразно рассмотреть синтетические воскоподобные продукты, обладающие по сравнению с природными более стабильными свойствами [34].

Синтетические воски. Синтетическими восками, или по классификации Л. Ивановского «восками частичного синтеза», называют воски, являющиеся продуктами органического синтеза. К группе таких восков, используемых за рубежом в качестве упрочнителей модельных составов для точного литья по выплавляемым моделям, могут быть отнесены продукты, получаемые различными синтезами. Эти синтезы проводятся на основе конденсации таких соединений, как гликоли и одно- и двухосновные высшие жирные кислоты, полиэтиленгликоли и высшие жирные кислоты, циклические амиды и высшие жирные кислоты и т.д. Были изучены основные свойства амидовосков, воскоподобных полиэфиров, полиэтиленовых восков и церезина-100 (синтетического). Из рассмотренных синтетических упрочнителей следует отдать предпочтение полиэтиленовым воскам и церезину-100 (синтетическому), причем лучшими свойствами обладает церезин, имеющий при той же твердости меньшие значения линейной усадки и температуры каплепадения.

Церезин-100 (синтетический) представляет собой воскоподобный, твердый продукт желтого цвета, получаемый синтезом окиси углерода и водорода, с температурой каплепадения 100°С, твёрдостью до ТИР 93 ед., линейной усадкой 3,4% и плотностью 0,936г/см3. Синтетический церезин имеет мелкокристаллическую структуру и характеризуется отсутствием слоистости, присущей парафину. Он хорошо совмещается с парафином, стеарином, шеллачным воском, канифолью и другими воскоподобными материалами.

Таким образом, для составления двойных систем наполнитель-упрочнитель в качестве компонентов-упрочнителей были выбраны из восков природной группы — шеллачный воск, а из синтетических — церезин-100. Физико-механические характеристики систем парафин — шеллачный воск и парафин — церезин-100 сведены в табл. 22 и 23.

 

Таблица 22. Основные свойства двухкомпонентной системы парафин — церезин-100

Массовое содержание компонентов системы, % Температура каплепадения, °С Температура затвердевания, °С Интервал затвердевания, °С Линейная усадка, % Твердость, ед. ТИР Хрупкость. см Плотность, г см3

(при 20 °С)

5/95 60,5 58,5 2 0,94 80-82 17
10/90 75 60,5 14,5 0,76 79-80 16 0,920
15/85 79 69,5-70 9,5-9 1,38 81-82 16
20/80 81 68-69 13-12 1,62 84-85 7-11 0.912
30/70 85 76 9 1,6 85 14 0,918
40/60 89 78 11 2,92 84-86 9 0,923
50/50 91 82 9 1,63 87 7-8 0,915
60/40 93 84 9 2,86 87-89 9 0,929
70/30 95 85,5 9,5 3,75 91-93 6 0,924
80/20 97 87 10 4,49 93-94 9 0,926
90/10 99 89 10 2,85 91-92 10

0,931

 

Примечание

В числителе — церезин-100, в знаменателе — парафин.

 

Таблица 23. Основные свойства двухкомпонентной системы: парафин — шеллачный воск

 

 

Массовое содержание компонентов системы, % Температура каплепадения, °С Температура затвердевания, °С Интервал затвердевания, °С Линейная усадка, % Твердость, ед. ТИР Хрупкость. см Плотность, г см3

(при 20 °С)

20/80 69 60 9 0,7 90 16 0,923
40/60 71 65 6 1,3 93 10 0,937
60/40 73,5 68,5 5 1,6 94 6 0,952
80/20 75,5 71,5 4 3,2 95 5 0,962

Примечание

В числителе — шеллачный воск, в знаменателе — парафин.

 

Анализ свойств систем: парафин — шеллачный воск и парафин — церезин-100 позволил установить оптимальные соотношения компонентов в рассматриваемых композициях.

Исходя из полученных результатов, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к свойствам оптимального модельного состава, были сделаны следующие выводы: 1) введение шеллачного воска в модельную систему целесообразно в количестве до 50% от ее веса; 2) содержание синтетического церезина марки 100 в модельной системе не должно превышать 30% веса всей системы. В качестве компонента-пластификатора в результате исследования свойств двойных систем «наполнитель-пластификатор» был выбран сополимер этилена с винилацетатом (табл. 24).

После проведения опытно-промышленных испытаний для использования на производстве в качестве полноценных заменителей импортных литейных восков были взяты две композиции, рецептура и физико-механические свойства которых даны в табл. 25.

Данные о технологическом процессе производства отечественных литейных восков, исходных материалах, применяемом оборудовании и методике определения физико-механических свойств готового воска даны в приложении 2.

 

Таблица 24. Основные физико-механические свойства двухкомпонентной системы: пластификатор-наполнитель (сополимер — парафин)

 

Весовые %

Температура каплепадения, °С Температура затвердевания, °С Интервал затвердевания, °С Линейная усадка, % Твердость, ед. ТИР Хрупкость. см Плотность, г см3

(при 20 °С)

5/95 54 53 1 0,75 81,82 >37  0,913
10/90 57,5 54,5 3 0,88 84  >40 0,919
15/85 59 55,5 3,5 0,90 85,86 >40 0,920
20/80 61 56 5 1,25 87,88 >40 0,918
25/75 62 56,5 5,5 2,03 91 >40 0,918
30/70 66,5 59 7,5 2,13 91 >40 0,928

Примечание

В числителе — сополимер, в знаменателе — парафин.

 

Таблица 25. Рецептура и физико-механические свойства отечественных модельных восков

Массовое содержание компонентов модельного воска, % Физико-механические свойства
Парафин Сополимер этилена Пчелиный воск Температура каплепадения, °С Температура затвердевания, °С Твердость ед. ТИР
63 12 25 64 69 >93
60 20 20 61 70 >92

 

Л.А. Гутов     Литье по выплавляемым моделям сплавов золота и серебра

Материалы для изготовления выплавляемых моделей
Пролистать наверх