Использование вторичного полистирола в качестве компонента материала для изготовления моделей при ЛГМ

Abstract

Основным материалом для изготовления моделей при литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) в настоящее время является литейный полистирол мелких фракций порядка 0,4-0,7 мм. Недостатком этого материала является его достаточно высокая стоимость, что определяет и последующую относительно высокую стоимость отливки, полученной методом ЛГМ. Целью данного исследования являлось изучение возможности замены вторичного полистирола в составе материала для производства моделей при ЛГМ. Суть исследования заключалась в следующем: вторичный полистирол фракции 0,3-0,5 мм смешивается с литейным полистиролом марки T180F в соотношениях от 10 до 50 % по массе шихты. После перемешивания смесь подвспенивается паром и просушивается в течение 15 мин при температуре 30 °С. Затем вспененный полистирол вдувается в пресс-формы, после чего заполненные пресс-формы помещаются в автоклав и выдерживаются до полного спекания гранул полистирола. Готовые модели охлаждаются до комнатной температуры. Затем осуществляется окраска блоков моделей, которая производится в один слой специальным противопригарным покрытием путем окунания в ванну. Сушка окрашенных модельных блоков производится в сушильной камере при температуре 45-65 °С в течение 2,5-3,5 ч. Определено, что при увеличении доли вторичного полистирола до 50 % шероховатость поверхности модели резко возрастает (на 45 % по сравнению с эталоном), что исключает возможность его использования сверх указанного количества. Также были проведены исследования микроструктуры и распределение полей напряженности в отливках, полученных указанным способом. Проведенные анализы показали отсутствие явных внутренних дефектов, таких как пористости, раковины, зоны сегрегации неметаллических включений и дендритного строения. Таким образом, проведенные исследования показали возможность использования вторичного строительного полистирола в составе материала для моделей при ЛГМ. Оптимальным является количество порядка 40, что обеспечивает высокое качество отливки. Nowadays the main material for manufacturing the models for lost-foam casting (LFC) is foundry polystyrene of fine fractions of the order of 0.4-0.7 mm. The disadvantage of this material is its relatively high cost, which determines the subsequent relatively high cost of casting by the LFC method. The purpose of this study is to investigate the possibility of replacing recycled polystyrene in the composition of the material for manufacturing the LFC models. The essence of the study is as follows: the secondary polystyrene 0.3-0.5 mm fraction is mixed with cast polystyrene of the T180F grade in the ratios from 10 to 50 % by weight of the mixture. After mixing the mixture is foamed in steam and dried within 15 minutes at the temperature of 30 °C. Then the expanded polystyrene is injected into the molds, after which the filled molds are placed in the autoclave and kept until the polystyrene granules are completely sintered. The finished models are cooled down to the room temperature. Then the blocks of the models are painted, which is done in one layer with a special nonstick coating by dipping into the bath. The painted model blocks are dried in a drying chamber at the temperature of 45-65 °C within 2.5-3.5 hours. It has been determined that with the increase of the share of secondary polystyrene to 50 %, the surface roughness of the model increases sharply (by 45 % compared to the standard), which excludes the possibility of its use over a specified amount. There has also been studied the microstructure and the distribution of tension fields in the castings obtained by this method. The performed analysis has shown no obvious internal defects, such as porosity, shells, non-metallic inclusions, segregation zones and dendritic structures. Thus, the conducted research has demonstrated the possibility of using recycled polystyrene in the composition of the material for the LFC models. The optimal amount is about 40, which ensures high quality castings.