Модельные составы

Исходные материалы

Парафин - смесь углеводородов предельного ряда с общей формулой CnH(2n+2), продукт возгонки нефти, бурого угля и горючих сланцев. Предоставляет собой белую массу с кристаллической структурой. Парафин придает моделям пластичность и устойчивость к образованию трещин. Он наиболее дешевый и недефицитный компонент модельного состава. К недостаткам парафина относятся: невысокая прочность, превышающих 28 ^oС, вспениваемости в расплавленном состоянии. Парафин хорошо сплавляется со стеарином при температуре 70-80 ^oС и буроугольным воском - при 100-110 ^oС.

Стеарин - смесь жирных кислот, продукт переработки растительных и животных жиров. Представляет собой аморфную беловато-желтую массу. Стеарин повышает теплостойкость и прочность моделей. Это дефицитный и дорогой материал (в 8 раз дороже парафина). Недостатками стеарина являются взаимодействие с этилсиликатном и омыление в воде.

Буроугольный воск - смесь воска, смолы и асфальтоподобных веществ, продукт переработки битумного бурого угля. Представляет собой однородную массу темно-бурого цвета. Служит основным заменителем стеарина. Буроугольный воск обладает высокой прочностью и твердостью, значительной хрупкостью, способствует образованию твердой блестящей поверхности модели. Недостатком буроугольного воска является его коксуемость в процессе выжигания в керамической форме при недостатке кислорода.

Церезин - смесь твердых высокомолекулярных углеводородов метанового ряда, получаемая в результате переработки и очистки озокерита или петролатума. Это - амфорная светло-желтого цвета. Недефицитный материал. Церезин обладает более высокой пластичностью и теплостойкостью, чем парафин и стеарин. Недостатки церезина - значительная линейная усадка, невысокие прочность и твердость. Церезин хорошо сплавляется с парафином и стеарином при температуре 70-80 ^oС, с буроугольным воском - при 100-110 ^oС, с канифолью - при 140 ^oС.

Кубовый остаток крекинга парафина - смесь высокомолекулярных предельных и непредельных углеводородов. Используется как пластификатор (повышает пластичность и упругость). При введении в модельный состав более8% кубового остатка уменьшает теплостойкость и прочность.

Этилцеллюлоза - разновидность простых эфиров целлюлозы. Это мелкокристаллический белый или светло-желтый порошок. Этилцеллюлоза применяется как пластификатор и упрочнитесь парафиностеариновых составов, а также составов с канифолью и церезином. Содержание этилцеллюлозы в модельном составе не должно превышать 5 %, иначе модельный состав будет прилипать к оснастке. Этилцеллюлоза хорошо смешивается с жидким стеарином, но не сплавляется с парафином.

Торфяной воск - смесь высокомолекулярных углеводородов, продукт обработки торфа различными растворителями. По сравнению со стеарином и парафином торфяной воск обладает более высокой прочностью и теплостойкостью. К недостаткам торфяного воска относятся хрупкость, повышенная вязкость в расплавленном состоянии.

Полиэтилен - синтетическое высокомолекулярное соединение, получаемое полимеризацией этилена (СН₂ - СН₂)_n под давлением (120-250 Мпа). Полиэтилен увеличивает термостойкость и прочность парафина в 1,5-2 раза. Недостатки полиэтилена - значительная усадка (до 3 %), повышенная вязкость в расплавленном состоянии, снижающая жидкотекучесть модельного состава. Полиэтилен хорошо сплавляется со стеарином и канифолью.

Канифоль состоит в основном из смоляных кислот. Это - хрупкая стекловидная масса. Применяется для придания модельным составам повышенной прочности и термостойкости. При большом содержании канифоли в модельном составе, он приобретает хрупкость, прилипает к оснастке, утрачивает технологические свойства при многократном использовании.

Полистирол - термопластичный материал, получаемый полимеризацией стирола. Используется не только в качестве самостоятельного материала для изготовления моделей, но и как компонент модельного состава, повышающий его теплостойкость и механическую прочность. Модель из полистирола плохо удаляется из керамических оболочек.

Пенополистирол - термопластичный материал в виде гранул, получаемый суспензионной полимеризацией стирола (С₆Н₅ - СН= СН₂) - в присутствии летучего пенообразователя. Является исходным материалом для изготовления моделей.

Карбамид - СО(NH₂)₂ техническая мочевина - кристаллический материал, получаемый путем нагрева аммиака и углекислого газа при температуре 150 ^oС и давлении 450 МПа. При нагреве карбамид не проходит стадию размягчения. Является основным компонентом, растворяемых в воде модельных составов. Обеспечивает малую линейную усадку и высокую прочность модели.

Борная кислота - блестящие чешуйки или бесцветные мелкие кристаллы - является компонентом растворимого в воде модельного состава.

Таблица 1. Основные свойства исходных материалов

Примечание. Зольность (массовая доля оснастка материала после удаления модели и прокаливания формы) исходных материалов в пределах 0,05-0,01% (не более). Зольность полиэтилена доходит до 0,10%.

Требование к модельным составам

Модельные составы должны отвечать следующим требованиям: хорошо заполнять полости пресс- норм и четко их воспроизводить; не вступать во взаимодействие с материалами пресс-форм и огнеупорных покрытий; не прилипать к поверхности пресс-форм, инструменту и рукам рабочего; хорошо смачиваться огнеупорной суспензией; обладать после затвердевания прочностью и твердостью, достаточными для того, чтобы исключить повреждения моделей; иметь малую и стабильную усадку и соответственно малое расширение при повышенных температурах, чтобы исключить растрескивание керамической оболочки; сохранять свои свойства при всех технологических операциях, причем при многократном использовании; не выделять газов и паров при нагревании и сгорании.

Желательно, чтобы температура плавления модельного состава была в пределах 60-100 ^oС, тогда его будет проще удалить из керамической оболочки. Температура начала размягчения должна превышать максимальную положительную температуру воздуха в рабочих помещениях на 10-15 ^oС и составлять примерно 35-40 ^oС.

В машиностроении наибольшее распространение получили модельные составы четырех групп.

К первой группе относятся модельные составы, представляющие собой спав высокоподобных материалов, содержащий в ряде случаев улучшающие добавки. Основными компонентами составов этой группы являются парафин, стеарин, церезин, буроугольный и торфяной воск, сложные эфиры высших кислот. В качестве добавок, повышающих пластичность, прочность, теплостойкость, используют этилцеллюлозу, кубовый остаток крекинга парафина, полиэтилен и др.

Таблица 2. Основные свойства модельных составов на основе воскоподобных материалов

В маркировке модельных составов буквы обозначают наименования компонентов: П - парафин; С - стеарин; Ц - церезин; Б - буроугольный воск; Ко - кубовый остаток крекинга; Т - торфяной воск; Тр - триэтаноламин; Пс - полистирол; Пэв - полиэтиленовый воск; Кб - карбамид; Бк - борная кислота; Нк - нитрат калия; К - канифоль; Св - сибирский воск. Цифры в маркировке указывают массовую долю (%) компонентов в составе.

Во вторую группу входят модельные составы на основе натуральных и синтетических смол, термопластов (например, полиэтилена, полистирола) с добавками воскообразных материалов (церезина, парафина и др.) От составов первой группы они отличаются более высокой прочностью и теплоустойчивостью. Однако высокая температура плавления ограничивает выбор технологического оборудования. Например, модели не выплавляются в горячей воде. Характерным составом второй группы является КПЦ 50-30-20 с температурой каплепадения 140 ^oС.

Третья группа включает водорастворимые модельные составы на основе карбамида, азотных и азотокислотных солей щелочных металлов. Поливинилового спирта и других материалов, плавящихся при температуре не выше 350 ^oC. Эти составы обладают малой усадкой (около 0,20%), высокой прочностью, хорошо растворяются в воде. Их недостатки - хрупкость и гигроскопичность. Наиболее распространены составы КБ 98-2 и КН 90-10.

К четвертой группе относятся выжигаемые модельные составы. Наибольшее распространение получил вспенивающийся полистирол ПСВ - ЛД. Плотность изготовленных из него моделей составляет 0,24-0,30 г/см³, прочность при изгибе - 10-14 МПа, усадка - 0,2-0,3%.