221800_B1 - Wyszukiwarka Urzędu Patentowego Rzeczypospolitej

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)
OPIS PATENTOWY
(19)
PL
(21) Numer zgłoszenia: 403703
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
221800
(13) B1
(11)
(51) Int.Cl.
B22C 3/00 (2006.01)
B22C 1/12 (2006.01)
B22C 9/02 (2006.01)
(22) Data zgłoszenia: 29.04.2013
Dodatek do masy rdzeniowej
(54)
(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
S4F SERVICE FOR FOUNDRIES SPÓŁKA
Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ,
Gostyń, PL
10.11.2014 BUP 23/14
(72) Twórca(y) wynalazku:
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
ŁUKASZ KOSTRZEWSKI, Gostyń, PL
31.05.2016 WUP 05/16
(74) Pełnomocnik:
PL 221800 B1
rzecz. pat. Andrzej Witek
2
PL 221 800 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest dodatek do masy rdzeniowej, który ma zastosowanie w odlewnictwie.
Odlewy wykonane przy użyciu rdzeni wytworzonych z masy formierskiej charakteryzują się licznymi defektami. Po wykonaniu odlewu konieczne jest przeprowadzenie dodatkowej obróbki mechanicznej powierzchni celem nadania pożądanych kształtów i chropowatości wytworzonego odlewu.
Defekty te powstają na skutek rozszerzania temperaturowego masy rdzeniowej w kontakcie z płynnym
metalem. Powstają wówczas szczeliny między ziarnami rdzenia, które penetrowane są przez płynny
metal tworząc tzw. „żyłki” lub „szczurzy ogon”. Ponadto granice międzyziarnowe wykorzystanych materiałów ograniczają możliwe do osiągnięcia chropowatości wytworzonych odlewów. Celem zapewnienia odlewów pozbawionych wyżej wymienionych defektów oraz powierzchni o odpowiedniej gładkości
powszechnie stosuje się pokrycia na formy i rdzenie odlewnicze. Z opisu patentowego PL161276
znane jest pokrycie ochronne na piaskowe formy i rdzenie odlewnicze składające się z materiału
ogniotrwałego w formie pyłu cyklonowego, z nośnika w postaci glinki ogniotrwałej lub zmielonego bentonitu, spoiwa w postaci żywic syntetycznych, rozpuszczalnika w postaci wody lub alkoholu oraz z soli
sodowej karboksymetylocelulozy. Pokrycie nanosi się na rdzenie lub formy odlewnicze poprzez malowanie pędzlem, natryskiwanie lub zanurzanie. Uzyskanie odlewów o odpowiedniej właściwości powierzchni wymaga w tym przypadku zastosowanie dodatkowej czynności i specjalnie przygotowanej
mieszaniny na pokrycie ochronne, co znacząco wydłuża i komplikuje proces przygotowania form i rdzeni
odlewniczych. Opis patentowy PL143893 ujawnia natomiast sposób pokrywania ochronnego piaskowych i ceramicznych form i rdzeni odlewniczych. Pokrycie ochronne nanosi się na powierzchnię form
i rdzeni w procesie malowania, natryskiwania, względnie zanurzania. Pokrycie ochronne stanowi zawiesina materiałów ogniotrwałych w spoiwie z dodatkiem nośnika i rozpuszczalnika. Jako spoiwo-nośnik
stosuje się wodny roztwór soli sodowej terpolimeru maleinowo-styrenowo-akrylowego, kazeinę, mocznik,
wodny roztwór NH3 oraz wodę. Sposób według przytoczonego wynalazku wymaga dodatkowych czynności polegających na naniesieniu pokrycia ochronnego w osobnym procesie, co komplikuje i wydłuża
produkcję rdzeni i form odlewniczych. Z kolei w patencie PL139115 ujawniono środek ochronny na formy i rdzenie odlewnicze. Środek ochronny stanowi wodną zawiesinę najwyżej 80% wagowo produktu
termicznego ujednorodnienia piasku kwarcowego i koksu w temperaturze 2700 do 3000°C w czasie 5
do 25 godzin, zawierającą 14–45% wagowych koksu, 2 do 14% wagowych grafitu, 1–11% wagowo węglika krzemu, 4 do 16% wagowo krzemionki, 0,8–6,3% wagowo krzemu, 0,5–3% wagowo tlenku wapnia,
0,8–4,3% wagowo tlenku glinu, 0,3–3,1% wagowo tlenku magnezu oraz 30% wagowo łupka węglowego
zawierającego 0,5 do 12% wagowo węgla kamiennego, 0,1 do 3,5% wagowo tlenku żelaza, 0,1–3,5%
wagowo tlenku wapnia, 2,1 do 16% wagowo tlenku glinu, 8 do 21% wagowo krzemionki, 0,1–3,4% wagowo tlenków tytanu, sodu i potasu oraz dekstrynę i/lub bentonit w ilości do 10% wagowo. Uzyskana
powłoka wykazuje małą zwilżalność przez ciekły metal. Uzyskiwane odlewy charakteryzują się dużą
gładkością powierzchni bez względu na masę odlewu, czas stygnięcia jak i kształt. Przygotowanie
środka ochronnego wymaga jednak nagrzania mieszaniny piasku kwarcowego i koksu do temperatury
od 2700 do 3000°C w czasie 5 do 25 godzin. Proces ten jest długotrwały i energochłonny. Przygotowana mieszanina środka ochronnego wymaga aplikacji na powierzchni rdzeni w osobnym procesie
natrysku. Inny sposobem poprawy, jakości powierzchni wytwarzanych odlewów oraz uniknięcia problemów
„żyłkowania” jest zastosowanie specjalnych mas formierskich do wytwarzania rdzeni, które posiadają dodatki redukujące wymienione wady. W patencie PL190727 zastosowano masy formierskie zawierające
wydrążone mikrosfery z krzemianu glinu celem polepszenia jakości odlewów żelaznych. Zastosowane
w wynalazku mikrosfery dzięki wydrążonym wnętrzom absorbują zwiększoną objętość piasku krzemianu
na skutek rozszerzalności temperaturowej co zapobiega powstawaniu „żyłkowania”. Wydrążone mikrosfery
z krzemianu glinu pokrywają ponadto międzywęzłowe przestrzenie rdzenia polepszając powierzchnię
otrzymywanego odlewu. Dodatek w postaci wydrążonych mikrosfer jest jednak trudny w otrzymaniu oraz
dostępny jedynie u kilku dystrybutorów na świecie, przez co jego cena jest wysoka, co determinuje zwiększony koszt produkcji rdzeni i form odlewniczych oraz samych odlewów. Nadal poszukiwany jest dodatek
do masy rdzeniowej na bazie ekologicznych, naturalnych składników roślinnych, który zwiększy stopień
wypełnienia i elastyczność przestrzeni międzyziarnowych rdzeni w takim stopniu, aby wyeliminować potrzebę ich pokrywania dodatkową warstwą po wyjęciu z form w trakcie ich przygotowywania, a jednocześnie wytworzone rdzenie i formy odlewnicze będą pozwalały na otrzymywanie odlewów o bardzo gładkich
powierzchniach pozbawionych efektu „żyłkowania” przy relatywnie niskich nakładach finansowych. Nieoczekiwanie przedstawione problemy rozwiązał prezentowany wynalazek.
PL 221 800 B1
3
Przedmiotem wynalazku jest dodatek do masy rdzeniowej do wytwarzania rdzeni do wypełniania
przestrzeni międzyrdzeniowych zawierający naturalne włókno z roślin jednorocznych, grafit, piasek syntetyczny, ziarnisty tlenek żelaza, tlenek żelaza charakteryzujący się tym, że zawiera włókno roślinne
w ilości 25% wagowych, wodorowęglan sodu w ilości 20% wagowych, grafit w ilości 5% wagowych, piasek syntetyczny w ilości od 15% do 25% o średnicy 0,16 mm, mieszankę tlenków wybranych z grupy
zawierającej Fe3O4, AI2O3, TiO2 o wielkości ziarna 0,14 mm w ilości od 15% do 20% wagowych, oraz
Fe2O3 w postaci pylistej o średnicy 0,1 mm w ilości 10% wagowych i 65% roztwór żywicy fenolowej
w rozpuszczalnikach organicznych w ilości 2% wagowych. Przedmiotem wynalazku jest dodatek do rdzeni,
w postaci bardzo rozdrobnionej suchej mieszaniny, wykonywanych głównie w technologii cold-box, który
eliminuje problemy związane z powstawaniem żyłek oraz zmniejsza penetracje metalu w głąb rdzenia.
W pewnych określonych przypadkach, głównie cienkościenne odlewy z żeliwa sferoidalnego i szarego,
eliminuje konieczność stosowania pokryć ochronnych na rdzenie. Działanie to wynika z tego, że dodatek
ten mięknie i zmniejsza swoją objętość na skutek działania wysokiej temperatury ciekłego metalu a także
dzięki dużemu rozdrobnieniu uszczelnia przestrzenie międzyziarnowe piasku kwarcowego.
Przykład 1
Przygotowano dodatek do masy rdzeniowej wg poniższej receptury:
1. Naturalne włókno z roślin jednorocznych – 25 kg
2. Wodorowęglan sodu – 20 kg
3. Grafit – 5 kg
4. Piasek syntetyczny – 20 kg o następującym składzie:
Al2O3 – ok. 61%
SiO2 – ok. 36,5%
Fe2O3 – ok. 1,5%
Na2O – ok. 02%
MgO – ok. 0,15%
5. Mieszanka tlenków w postaci granulatu o średniej wielkości ziarna D 50 – 0,14 mm – 18 kg
o następującym składzie:
Fe3O4 90 % ; Al2O3 0,1%; TiO2 5,9%; Fe do 100%
6. Tlenek żelaza Fe2O3 w postaci pylistej, D50 – 0,1 mm – 10 kg
7. Żywica fenolowa w organicznym rozpuszczalniku – 2 kg.
Przykład 2
Do typowej masy rdzeniowej o następującym składzie:
- 100 cz. w piasek kwarcowy o średniej wielkości ziarna D50 – 0,24 mm;
- 0,8 cz. w syntetycznej żywicy fenolowej, typu Gasharz 6348 firmy Huettenes Albertus;
- 0,8 cz. w modyfikowanego poliizocyjanianu zawierającego rozpuszczalnik, typu Aktivator 6324
firmy Huettenes Albertus
dodano 2% dodatku wg wynalazku z przykładu 1. Następnie przygotowano kilkadziesiąt rdzeni
metodą cold box.
Rdzenie wykonane z zastosowaniem dodatku wg wynalazku, nie były pokrywane żadnym pokryciem, zostały zaformowane w klasycznych masach formierskich i zalane żeliwem sferoidalnym.
Mimo braku pokrycia na rdzeniach otrzymano gładką powierzchnie na odlewach bez wad typu przypalenia i żyłki. Pozwala to na wyeliminowanie procesu pokrywania rdzeni oraz zmniejsza w sposób istotny pracochłonne wykańczanie odlewów polegające na usuwaniu żyłek i przypaleń na odlewach.
Zastrzeżenie patentowe
1. Dodatek do masy rdzeniowej do wytwarzania rdzeni do wypełniania przestrzeni międzyrdzeniowych zawierający naturalne włókno z roślin jednorocznych, grafit, piasek syntetyczny, ziarnisty tlenek żelaza, tlenek żelaza, znamienny tym, że zawiera włókno roślinne w ilości 25% wagowych, 10 wodorowęglan
sodu w ilości 20% wagowych, grafit w ilości 5% wagowych, piasek syntetyczny w ilości od 15% do 25%
o średnicy 0,16 mm, mieszankę tlenków wybranych z grupy zawierającej Fe 3O4, AI2O3, TiO2 o wielkości ziarna 0,14 mm w ilości od 15% do 20% wagowych, oraz Fe 2O3 w postaci pylistej o wielkości
ziarna 0,1 mm w ilości 10% wagowych i 65% roztwór żywicy fenolowej w rozpuszczalnikach org anicznych w ilości 2% wagowych.
4
PL 221 800 B1
Departament Wydawnictw UPRP
Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)