PL228109B1 - Sposób precyzyjnego odlewania metali niezelaznych - Google Patents
Sposób precyzyjnego odlewania metali niezelaznychInfo
- Publication number
- PL228109B1 PL228109B1 PL414230A PL41423015A PL228109B1 PL 228109 B1 PL228109 B1 PL 228109B1 PL 414230 A PL414230 A PL 414230A PL 41423015 A PL41423015 A PL 41423015A PL 228109 B1 PL228109 B1 PL 228109B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- pattern
- ferrous metals
- precision casting
- shell
- hardener
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 45
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 title claims description 22
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 20
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 16
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical class OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 4
- CBOIHMRHGLHBPB-UHFFFAOYSA-N hydroxymethyl Chemical compound O[CH2] CBOIHMRHGLHBPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical group CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 5
- 235000013772 propylene glycol Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 239000002987 primer (paints) Substances 0.000 description 8
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 3
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical group C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100256290 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) SCS3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100256289 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) fit1 gene Proteins 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005270 abrasive blasting Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010981 drying operation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 235000019605 sweet taste sensations Nutrition 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, w którym wykorzystując metodę rapid prototyping 3D wykonuje się wzór z łatwo topliwego materiału, następnie na powierzchnię wzoru nanosi się powłokę ogniotrwałą, po czym całość poddaje się utwardzaniu do momentu otrzymania skorupy o wymaganej wytrzymałości na ściskanie, następnie całość podgrzewa się do momentu usunięcia z wnętrza skorupy zanieczyszczeń czy też resztek materiału, z którego wykonano wzór, po czym skorupę umieszcza się w przestrzeni wypełnionej materiałem podtrzymującym strukturę skorupy. Wnętrze skorupy pod niskim ciśnieniem wypełnia się ciekłym metalem. Na powłokę ogniotrwałą wzoru stosuje się roztwór ciekłego wodnego szkła o module krzemianowym M mieszczącym się w granicach 1,6 - 4,1 z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania, natomiast powłokę ogniotrwałą poddaje się utwardzaniu w atmosferze CO2. W masie na powłokę ogniotrwałą wzoru zawierającej roztwór ciekłego wodnego szkła z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania stosuje się utwardzacz na bazie estrów glikolu etylenowego H2OH•CH2OH w ilości równej lub mniejszej od 20% tej masy, przy czym modyfikator utwardzania stosuje się w ilości równej lub większej od 10% masy utwardzacza. Jako modyfikator utwardzania stosuje się metanol CH4O.
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych.
Technologia odlewania metodą traconego wosku pozwala na wytwarzanie z metalu elementów o skomplikowanych kształtach metalowych i stanowi uproszczenie procesu odlewania. W technologii tej roztopiony metal wlewa się do jednorazowych form, dokładnie przylegających do powierzchni modeli odtwarzających pożądany kształt metalu. Modele wykonuje się z wosku, który usuwa się w końcowym etapie procesu. Powszechnie technologię taką określa się jako precyzyjne odlewanie metodą traconego wosku.
Znany jest sposób odlewania metali metodą traconego wosku, w którym wykorzystuje się materiały ceramiczne. W sposobie tym z wosku lub innego łatwo topliwego materiału, który zostanie w następnym etapie usunięty poprzez wytopienie, wykonuje się najczęściej na bazie ceramicznego rdzenia (na bazie gipsu) model - wzornik. Wzornik zanurza się w gęstwie z ogniotrwałego materiału, która na jego powierzchni formuje cienką powłokę. Otrzymaną powłokę suszy się, a czynność zanurzania i suszenia powtarza się do momentu uzyskania powłoki o odpowiedniej grubości. Następnie pokryty powłoką wzornik umieszcza się w piecu, gdzie proces zalewania formy odlewniczej metalem można prowadzić różnymi metodami: w warunkach grawitacji, podwyższonego ciśnienia lub próżni. W warunkach próżni formę umieszcza się w próżnioszczelnej komorze i opuszcza się ją do zbiornika z ciekłym, stopionym metalem. W komorze wytwarza się próżnię, co powoduje wciągnięcie metalu do formy. Zanim odlew ulegnie zestaleniu, próżnia likwiduje się, co powoduje usunięcie nadmiarowego ciekłego metalu. Sposób ten pozwala na lepsze wykorzystanie metalu niż tradycyjne napełnianie form od góry, a ponadto zapewnia, że metal, który jest wciągany do formy poniżej szczytu zbiornika, nie zawiera popiołu i żużlu oraz posiada niższą gęstość. Różnica ciśnień pomaga uzyskać przepływ metalu do wszystkich skomplikowanych przestrzeni formy. Dodatkowo zastosowanie niższej temperatury poprawia strukturę uziarnienia metalu.
Znany jest sposób, w którym model wykonuje się z materiału termoplastycznego, takiego jak wosk, który w późniejszym etapie usuwa się poddając go całkowitemu stopieniu, odparowaniu lub spaleniu, tak aby ceramiczna forma nie zawierała zanieczyszczeń czy też resztek wosku. Model otrzymuje się poprzez wstrzyknięcie materiału termoplastycznego do negatywowej, segmentowej matrycy metalowej lub „narzędzia zaprojektowanego do wytwarzania modeli kształtu, wymiarów i wykończenia powierzchni, wymaganych dla metalowego odlewu. Tak otrzymany model zanurza się w zawiesinie, zawierającej drobne ziarna ogniotrwałe w wodnym roztworze stabilizowanego alkalicznie spoiwa z krzemionki koloidalnej, w celu utworzenia powłoki z materiału ogniotrwałego przylegającej do powierzchni modelu, a tak powstałą powłokę pokrywa się grubym ziarnem ogniotrwałym, po czym całość poddaje się suszeniu. Po wysuszeniu i utwardzeniu ogniotrwałej powłoki w formie skorupy usuwa się z niej model metodą termiczną, wykorzystując w tym celu rozgrzany piec lub autoklaw. Pozbawioną wosku skorupę formy wygrzewa się w temperaturze około 871,11-1093,3°C do momentu usunięcia lotnych resztek i utworzenia stabilnych wiązań ceramicznych w skorupie formy. Wygrzaną skorupę formy wyciąga się z pieca i umieszcza w miejscu przeznaczonym do jej zalewania roztopionym metalem. Po napełnieniu formy metalem schładza się ją w celu uzyskania zestalonego metalowego odlewu. Po zastygnięciu metalu formę rozbija się a odlewy oddziela się od materiału ceramicznego skorupy. Odlewy mogą być oddzielane od systemu wlewowego poprzez piłowanie lub cięcie przy użyciu dysków ściernych. Odlewy mogą być oczyszczone poprzez bębnowanie, śrutowanie lub oczyszczanie strumieniowo-ścierne.
Z opisu wynalazku do patentu polskiego numer PL 202025B1 znany jest sposób wytwarzania formy do odlewania metodą traconego wosku, w którym tworzy się pierwszą suchą blendę z włókna ogniotrwałego i włókna szklanego, tworzy się drugą suchą blendę z włókna ogniotrwałego i włókna szklanego, która może być taką samą lub inną suchą blendą niż pierwsza sucha blenda, miesza się pierwszą suchą blendę z mieszanką wodnej krzemionki koloidalnej z wypełniaczem ogniotrwałym i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki podkładowej, miesza się drugą suchą blendę z mieszanką wodnej krzemionki koloidalnej i wypełniaczem ogniotrwałym i tworzy się zawiesinę ogniotrwałą powłoki wierzchniej, która może być taką samą lub inną zawiesiną ogniotrwałą powłoki podkładowej, nanosi się powłokę z zawiesiny powłoki podkładowej na jednorazowy model z materiału termoplastycznego i tworzy się pokrytą powłoką podkładową preformę, nanosi się tynk z materiału ogniotrwałego na pokrytą powłoką podkładową preformę, wysusza się otrzymaną otynkowaną i pokrytą powłokę podkładową preformy, nanosi się powłokę z zawiesiny ogniotrwałej powłoki wierzchniej na otynkowaną
PL 228 109 B1 i pokrytą powłoką podkładową preformę i tworzy się preformę pokrytą ogniotrwałą powłoką wierzchnią, nanosi się tynk z materiału ogniotrwałego na pokrytą powłoką wierzchnią preformę i tworzy się otynkowaną i pokrytą powłoką wierzchnią preformę, wysusza się otynkowaną i pokrytą ogniotrwałą powłoką wierzchnią preformę, usuwa się jednorazowy modelu z pokrytej ogniotrwałą powłoką wierzchnią preformy i tworzy się świeżą formę skorupową, a także wygrzewa się świeżą formę skorupową w temperaturze wystarczającej do wytworzenia wypalonej ceramicznej formy skorupowej.
Celem wynalazku jest rozwiązanie pozwalające na uzyskanie wysokiej dokładności odlewu, przy możliwym zmniejszeniu, w odniesieniu do znanych sposobów szkodliwego oddziaływania procesu odlewania na środowisko.
Istota sposobu precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, w którym zgodnie z wynalazkiem wykonuje się wzór z łatwo topliwego materiału, następnie na powierzchnię wzoru nanosi się powłokę ogniotrwałą, po czym całość poddaje się utwardzaniu do momentu otrzymania skorupy o wymaganej wytrzymałości na ściskanie, następnie całość podgrzewa się do momentu usunięcia z wnętrza skorupy zanieczyszczeń czy też resztek materiału, z którego wykonano wzór, po czym skorupę umieszcza się w przestrzeni wypełnionej materiałem podtrzymującym strukturę skorupy, a następnie wnętrze skorupy wypełnia się ciekłym metalem, charakteryzuje się tym, że na powłokę ogniotrwałą wzoru stosuje się roztwór ciekłego wodnego szkła o module krzemianowym M mieszczącym się w granicach 1,6-4,1 z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania, natomiast powłokę ogniotrwałą poddaje się utwardzaniu w atmosferze CO2. Według innej, korzystnej cechy wynalazku w masie na powłokę ogniotrwałą wzoru zawierającej roztwór ciekłego wodnego szkła z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania stosuje się utwardzacz na bazie estrów glikolu etylenowego H2OH-CH2OH w ilości równej lub mniejszej od 20% tej masy, przy czym modyfikator utwardzania stosuje się w ilości równej lub większej od 10% masy utwardzacza. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku jako modyfikator utwardzania stosuje się metanol CH4O. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku jako modyfikator utwardzania stosuje się glikol propylenowy C3H8O2. Według innej, korzystnej cechy wynalazku jako modyfikator utwardzania stosuje się glikol etylenowy C2H6O2. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku jako modyfikator utwardzania stosuje się etanol C2H6O. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku jako modyfikator utwardzania stosuje się aceton C3H6O. Według innej, korzystnej cechy wynalazku jako modyfikator utwardzania stosuje się dimetylosulfotlenek C2H6OS. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku jako modyfikator utwardzania stosuje się dimetyloformamid C3H7NO. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku w procesie wykonuje się odlew pod niskim ciśnieniem. Według innej, korzystnej cechy wynalazku wzór wykonuje się wykorzystując metodę rapid prototyping 3D. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku wzór wykonuje się wykorzystując metodę rapid precision modeling 3D. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku powłokę ogniotrwałą wzoru na powierzchnię wzoru nanosi się za pomocą drukarki 3D w trakcie druku rozpylonym roztworem ciekłego wodnego szkła z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania, natomiast utwardzanie w atmosferze CO2 realizuje się w drodze nadmuchu, przy czym nanoszenie powłoki ogniotrwałej do czasu uzyskania jej grubości w zakresie 0,5 mm do 8 mm. Według innej, korzystnej cechy wynalazku powłokę ogniotrwałą wzoru na powierzchnię wzoru nanosi się poprzez zanurzenie w roztworze ciekłego wodnego szkła z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania. Według kolejnej, korzystnej cechy wynalazku jako przestrzeń wypełnioną materiałem podtrzymującym strukturę skorupy stosuje się tuleję odlewniczą lub inny zasobnik wypełniony piaskiem kwarcowym (SiO2) o gęstości nasypowej 1.4-1.6 kg/dm3, zagęszczonym w kontrolowanej temperaturze w zakresie 20-40°C oraz przy względnej wilgotności w zakresie 30%-45%. Według następnej, korzystnej cechy wynalazku piasek kwarcowy (SiO2) w tulei odlewniczej lub w innym zasobniku zagęszcza się metodą drgań.
Korzystnym skutkiem stosowania wynalazku jest to, że nie powoduje zużycia materiału nierecyklingowanego (gipsu jednorazowego) z wykorzystaniem materiałów 100% odzyskiwalnych, dlatego sposób ten jest przyjazny ekologicznie.
Niezależnie od tego korzystnymi skutkami stosowania wynalazku są:
- możliwość uzyskania dokładności odtworzeniowej z modelu woskowego lub żywicznego do 0,3 mm,
- metoda odlewania wosku utwardzana szkłem wodnym pozwala na redukcję kurczliwości poniżej 2%, a w niektórych przypadkach przy kontrolowanej temperaturze i ciśnieniu do poniżej 1%,
- metoda utwardzania szkłem w tulei z piaskiem krzemowym w procesie odlewniczym wykazuje nadprzeciętną jakość materiału i redukcję nanopęknięć o 80%,
PL 228 109 B1
- znikoma chropowatość wytworzonej powierzchni co w dalszym procesie wykańczania produktów redukuje koszty,
- zastosowana metoda z użyciem piasku kwarcowego jako wypełnienia tulei odlewniczej wykazuje 97% odzyskiwalność materiałów użytych w procesie formowania,
- stosowanie procesu odlewniczego opiera się na materiałach do ponownego odtworzenia, a co za tym idzie jest opłacalna ekonomicznie, a dodatkowym wskaźnikiem jest brak obciążeń środowiskowych w tego typu procesach,
- możliwość wyeliminowanie kosztownego procesu formierczego bazującego na gipsowych masach formierskich, pozwalające na szybsze przejście od koncepcji wyrobu wykonanego w modelu Rapid 3D do gotowego odlewu.
Sposób według wynalazku zostanie bliżej wyjaśniony za pomocą przykładów jego realizacji, zilustrowanych rysunkiem, na którym fig. 1 jest schematem stanowiska do realizacji sposobu z użyciem drukarki 3D, a fig. 2 - schematem formy odlewniczej.
P r z y k ł a d realizacji wynalazku
Według pierwszego z przykładów realizacji wynalazku wzór wykonuje się w technologii Rapid prototyping 3D obejmującej wszelkie techniczne i organizacyjne przedsięwzięcia, poczynając od sformułowania koncepcji wyrobu do jego wytworzenia. Dzięki zastosowaniu tej technologii uzyskuje się przyspieszone przejście od koncepcji wyrobu do gotowego odlewu. Szybkie prototypowanie (przyrostowe) można włączać w dowolnym etapie procesu produkcyjnego, tj. w etapie opracowywania koncepcji modelu, prototypów geometrycznych i funkcjonalnych, bądź prototypów sprzedaży lub wzorów. Wszystkie dostępne obecnie technologie pozwalają na wytworzenie prototypu na podstawie rysunku trójwymiarowego. W procesie tym wykorzystuje się drukarkę przystosowaną do wydruku filamentami woskowymi lub żywicznymi w technologii rapid 3D. Wykonanie wzoru ma podstawowe znaczenie w realizacji technologii odlewniczej, ponieważ jakość produkowanych odlewów nie może być lepsza od jakości modeli stosowanych w tej produkcji, a typowymi materiałami do wytworzenia modeli w procesach wykonywania odlewów techniką wytapianych modeli są wosk i żywice. Za pomocą drukarki 3D na powierzchnię wzoru nanosi się drogą nadruku powłokę ogniotrwałą wykorzystując masę stanowiącą roztwór ciekłego wodnego szkła o module krzemianowym M mieszczącym się w granicach 1,6-4,1 z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania. Wykorzystuje się utwardzacz w postaci dioctanu glikolu etylowego, w ilości równej 10% tej masy, przy czym jako modyfikator utwardzania stosuje się metanol CH4O w ilości równej 10% masy utwardzacza. Nanoszenie powłoki ogniotrwałej prowadzi się do czasu uzyskania jej grubości wynoszącej do 0,8 mm. Do sporządzenia ciekłej masy samoutwardzalnej na powłokę ogniotrwałą wykorzystuje się dostępne w handlu gatunki sodowego szkła wodnego, piasku kwarcowego, utwardzacza i modyfikatora. Powłokę ogniotrwałą poddaje się utwardzaniu za pomocą nadmuchu CO2 przez około 30 sekund pod ciśnieniem gazu 0,02 MPa. Zastosowana masa bezpośrednio po sporządzeniu charakteryzuje się dobrą płynnością, ale małą wytrzymałością. Wytrzymałość masy wzrasta wraz z upływem czasu i po 24 godzinach osiąga wartość powyżej 1,5-2,5 MPa. Wykorzystaną masę charakteryzuje niska skłonność do wydzielania gazów i toksyczność, nie zawierają siarki, azotu i fosforu.
Po utwardzeniu powłoki ogniotrwałej mającej już formę skorupy usuwa się z niej wzór metodą termiczną, wykorzystując w tym celu rozgrzany piec do momentu usunięcia lotnych pozostałości po filamencie. Gotową skorupę umieszcza się w tulei odlewniczej z piaskiem kwarcowym (SiO2) o gęstości nasypowej 1.4-1.6 kg/dm3, zagęszczonym metodą drgań w kontrolowanej temperaturze 25°C oraz przy względnej 30% wilgotności. W odlewaniu pod niskim ciśnieniem stosuje się wcześniej wytworzoną formę, zawierającą skorupę na bazie szkła wodnego i tuleję. Do formy tej wlewa odpowiednio przygotowaną mieszanką drugiej próby złota zawierającą 75% czystego złota w atmosferze niskiego ciśnienia (15-100 kPa), przy użyciu kadzi syfonowej, gdzie zapora wykonana z materiału ogniotrwałego przed dziobem kadzi zapewnia, żeby ciekły metal był zabierany z dna kadzi, więc jego strumień był wolny od żużla, i był czystszy aniżeli po zastosowaniu kadzi otwartej. W momencie doprowadzenia powietrza do pieca będącego pod niskim ciśnieniem ciekły metal podnosi się wewnątrz rury doprowadzającej i wpływa do komory formy z przepływem o bardzo małej turbulencji.
Dzięki zastosowaniu niskiego ciśnienia, po wypełnieniu formy ciekłym metalem, pozostały metal został odcięty i spływa z powrotem do kadzi. Po czasie wynoszącym 20 minut odlew schładza się w celu umożliwienia jego krystalizacji, a następnie usunięcia z formy z zastosowaniem ruchu wibracyjnego dla dalszego chłodzenia i obróbki. Ze względu na brak wlewów doprowadzających i nadlewów uzyskiwany w tej technologii uzysk metalu jest nadzwyczaj wysoki i wynosi powyżej 99,8%. W wyniku
PL 228 109 B1 odlewania pod niskim ciśnieniem uzyskuje się odlewy o dużej dokładności wymiarowej i doskonałej jakości powierzchni. Możliwe było również wykonywanie skomplikowanych odlewów. Ze względu na bardzo szybki proces krzepnięcia, odlew wykonany w formach trwałych charakteryzował się gęstą, drobnoziarnistą strukturą, o doskonałych właściwościach fizycznych dla dalszej obróbki, co zostało potwierdzone mikroskopijnie.
W toku prowadzonych prac i testów zauważono, iż udoskonalanie procesu technologicznego polegającego na utwardzaniu w trakcie druku rozpylonym wodnym szkłem wykorzystując w procesie CO2, modele żywiczne wykazywały wysoką jakość dokładności sięgającą do >0,1 mm. Niezależnie od użytego wosku ani żywicy metoda ta pozwoliła na bardzo wysoką dokładność projektową poniżej 0,1 mm.
P r z y k ł a d 2 realizacji wynalazku
Według kolejnego z przykładów realizacji wynalazku wzór wykonuje się metodą tradycyjną z wosku. Na powierzchnię wzoru nanosi się powłokę ogniotrwałą, zanurzając go w masie stanowiącej roztwór ciekłego wodnego szkła o module krzemianowym M mieszczącym się w granicach 1,6-4,1 z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania. Stosuje się utwardzacz w postaci dioctanu glikolu etylowego, w ilości równej 20% tej masy, przy czym jako modyfikator utwardzania stosuje się aceton C3H6O w ilości równej 10% masy utwardzacza. Nanoszenie powłoki ogniotrwałej prowadzi się powtarzając zanurzanie do czasu uzyskania jej grubości wynoszącej 0,8 mm.
Do sporządzenia ciekłej masy samoutwardzalnej na powłokę ogniotrwałą wykorzystuje się dostępne w handlu gatunki sodowego szkła wodnego, piasku kwarcowego, utwardzacza i modyfikatora. Powłokę ogniotrwałą poddaje się utwardzaniu za pomocą nadmuchu CO2 przez około 30 sekund pod ciśnieniem gazu 0,02 MPa. Zastosowana masa bezpośrednio po sporządzeniu charakteryzuje się dobrą płynnością, ale małą wytrzymałością. Wytrzymałość masy wzrasta wraz z upływem czasu i po 24 godzinach osiąga wartość powyżej 1,5-2,5 MPa. Po utwardzeniu powłoki gotową skorupę wraz ze wzorem umieszcza się w piecu, gdzie w próżnioszczelnej komorze opuszcza się ją do zbiornika z odpowiednio przygotowaną mieszanką próby 925 zawierającą 92,5% czystego srebra. Następnie w komorze wytwarza się próżnię, co powoduje wciągnięcie metalu do formy i wytopienie wzoru. Zanim odlew ulegnie zestaleniu, próżnia likwiduje się, co powoduje usunięcie nadmiarowego ciekłego metalu. Technika ta pozwala na lepsze wykorzystanie metalu niż tradycyjne napełnianie form od góry, a ponadto zapewnia, że metal, który jest wciągany do formy poniżej szczytu zbiornika, nie zawiera popiołu i żużla i posiada niższą gęstość. Różnica ciśnień pomaga uzyskać przepływ metalu do wszystkich skomplikowanych przestrzeni formy. Dodatkowo zastosowanie niższej temperatury poprawia strukturę uziarnienia metalu. W procesie odlewania próżniowo-ciśnieniowego (VPC) dla polepszenia jakości odlewu i zminimalizowania jego porowatości stosuje się ciśnienie gazu oraz próżnię. Otrzymany produkt jest bez powierzchni chropowatych i jest łatwiejszy w późniejszej obróbce - polerowaniem.
W sposobie tym stosuje się maszynę do odlewania VPC składającej się z górnej i dolnej komory. Komora górna, zwana również komorą topienia, służy jako pomieszczenie dla tygla ze stopionym metalem, a w dolnej komorze znajduje się forma odlewnicza. Obie części połączone są małym otworem, wyposażonym w zawór. W dolnej komorze wytwarzana jest próżnia, a w górnej ciśnienie, i wówczas uruchamiany jest przepływ metalu. Układ ten cechuje się największą różnicą ciśnień, korzystną dla sprawnego napełnienia formy odlewniczej. Wosk (lub inny materiał modelowy) jest usuwany. Powstaje forma odlewnicza, którą można napełniać stopionym metalem i uzyskać finalny odlew. Sposób według przykładu realizacji wynalazku minimalizuje straty na materiale do 20%.
Powtarzalność rezultatu w stosowaniu wynalazku, w całym zakresie żądanej ochrony, potwierdzają wyniki przeprowadzonych prób z wykorzystaniem środków technicznych zestawionych poniżej.
Do przeprowadzonych prób wykorzystano następujące materiały:
Ligatury srebrne AG 927 C, SF 928 CH, SCS3, AG130, AG108M, LUX 118, LUX 128, GENIA 143,
Ligatury do złota OG130A, OR127 C, OB. 306 A, OG45GS, LSB 455
Masy formierskie gipsowe: SRS CLASSIC, SRS EUROVEST
Piasek krzemowy o różnej gradacji
Granulat złoty 99,9% - próba 999
Granulat srebrny 99,9% - próba 999
Granulat platyny 99,9% - próba 999
W badaniach przeprowadzono siedem prób po dwie serie z użyciem pięciu gatunków szkła wodnego.
PL228 109 Β1
Rodzaj | 137 | 140 | 145 | 149 | 150 |
SiO2 / Na2O (moduł molowy) | 3,2 - 3,4 | 2,9-3,1 | 2,4-2,6 | 2,8-3,0 | 1,9-2,1 |
Na2O + SiO2 min % | 35,0 | 36,0 | 39,0 | 42,5 | 40,0 |
Gęstość (20 oC) g/cm3 | 1,37-1,40 | 1,40-1,43 | 1,45-1,48 | 1,49-1,51 | 1,50-1,53 |
Fe2O3 (% max) | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
CaO (% max) | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Lepkość (20 oC) min. P | 1 | 0,5 | 1 | 7 | 1 |
Subst. nierozp. w H2O max % | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Do każdej próby użyto innego modyfikatora, a w celu uzyskania powtarzalności wyników przeprowadzono drugą serię badań. W badaniu wzięto pod uwagę następujące modyfikatory:
Nazwa modyfikatora | Wzór sumaryczny | Masa molowa | Wygląd |
Glikol propulenowy | C3H8O2 | 76,09 g/mol | lepka, przezroczysta, bezbarwna, higroskopijna ciecz |
Glikol etylenowy | C2H6O2 | 62,07 g/mol | bezbarwna, gęsta, trująca ciecz o słodkim smaku, higroskopijna |
Etanol | C2H6O | 46,07 g/mol | bezbarwna, klarowna ciecz |
Metanol | CH4O | 32,04 g/mol | bezbarwna ciecz |
Aceton | C3H6O | 58,08 g/mol | lotna, przezroczysta, bezbarwna ciecz o ostrym zapachu |
Dimetylosulfotlenek | C2H6OS | 78,13 g/mol | higroskopijna bezbarwna ciecz lub kryształy |
Dimetyloformamid | C3H7NO | 73,09 g/mol | przezroczysta, bezbarwna ciecz |
Spis pozycji na rysunku
1. Tłoczek do filamentu woskowego lub żywicznego
2. Filament woskowy lub żywiczny w formie laski do wyciskania
3. Tabliczka (podstawa) ruchoma w 3 osiach
4. Natrysk kropelkowy wodnego szkła
5. Nadmuch CO2
6. Tuleja odlewnicza
7. Materiał woskowy lub żywiczny do wytopienia
8. Otulina z utwardzonego szkła wodnego
9. Zagęszczona masa z piasku kwarcowego
Claims (16)
1. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, w którym wykonuje się wzór z łatwo topliwego materiału, następnie na powierzchnię wzoru nanosi się powłokę ogniotrwałą, po czym całość poddaje się utwardzaniu do momentu otrzymania skorupy o wymaganej wytrzymałości na ściskanie, następnie całość podgrzewa się do momentu usunięcia z wnętrza skorupy zanieczyszczeń czy też resztek materiału, z którego wykonano wzór, po czym skorupę umieszcza się w przestrzeni wypełnionej materiałem podtrzymującym strukturę skorupy, a następnie wnętrze skorupy wypełnia się ciekłym metalem, znamienny tym, że na powłokę ogniotrwałą wzoru stosuje się roztwór ciekłego wodnego szkła o module krzemianowym M mieszczącym się w granicach 1,6-4,1 z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania, natomiast powłokę ogniotrwałą poddaje się utwardzaniu w atmosferze CO2.
2. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1, znamienny tym, że w masie na powłokę ogniotrwałą wzoru zawierającej roztwór ciekłego wodnego szkła z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania stosuje się utwardzacz na bazie estrów glikolu etylenowego H2OH CH2OH w ilości równej lub mniejszej od 20% tej masy, przy czym modyfikator utwardzania stosuje się w ilości równej lub większej od 10% masy utwardzacza.
3. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako modyfikator utwardzania stosuje się metanol CH4O.
4. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako modyfikator utwardzania stosuje się glikol propylenowy C3H8O2.
5. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako modyfikator utwardzania stosuje się glikol etylenowy C2H6O2.
6. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako modyfikator utwardzania stosuje się etanol C2H6O.
7. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako modyfikator utwardzania stosuje się aceton C3H6O.
8. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako modyfikator utwardzania stosuje się dimetylosulfotlenek C2H6OS.
9. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako modyfikator utwardzania stosuje się dimetyloformamid C3H7NO.
10. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w procesie wykonuje się odlew pod niskim ciśnieniem.
11. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wzór wykonuje się wykorzystując metodę rapid prototyping 3D.
12. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wzór wykonuje się wykorzystując metodę rapid precision modeling 3D.
13. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że powłokę ogniotrwałą wzoru na powierzchnię wzoru nanosi się za pomocą drukarki 3D w trakcie druku rozpylonym roztworem ciekłego wodnego szkła z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania, natomiast utwardzanie w atmosferze CO2 realizuje się w drodze nadmuchu, przy czym nanoszenie powłoki ogniotrwałej do czasu uzyskania jej grubości w zakresie 0,5 mm do 8 mm.
14. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że powłokę ogniotrwałą wzoru na powierzchnię wzoru nanosi się poprzez zanurzenie w roztworze ciekłego wodnego szkła z dodatkiem utwardzacza w połączeniu z modyfikatorem utwardzania.
15. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako przestrzeń wypełnioną materiałem podtrzymującym strukturę skorupy stosuje się tuleję odlewniczą lub inny zasobnik wypełniony piaskiem kwarcowym (SiO2) o gęstości nasypowej 1.4-1.6 kg/dm3, zagęszczonym w kontrolowanej temperaturze w zakresie 20-40 stopni Celsjusza oraz przy względnej wilgotności w zakresie 30%-45%.
16. Sposób precyzyjnego odlewania metali nieżelaznych, według zastrz. 1, znamienny tym, że piasek kwarcowy (SiO2) w tulei odlewniczej lub w innym zasobniku zagęszcza się metodą drgań.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL414230A PL228109B1 (pl) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | Sposób precyzyjnego odlewania metali niezelaznych |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL414230A PL228109B1 (pl) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | Sposób precyzyjnego odlewania metali niezelaznych |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL414230A1 PL414230A1 (pl) | 2017-04-10 |
PL228109B1 true PL228109B1 (pl) | 2018-02-28 |
Family
ID=58463626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL414230A PL228109B1 (pl) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | Sposób precyzyjnego odlewania metali niezelaznych |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL228109B1 (pl) |
-
2015
- 2015-09-29 PL PL414230A patent/PL228109B1/pl unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL414230A1 (pl) | 2017-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5143777A (en) | Ceramic mould material | |
CA2621005C (en) | Borosilicate glass-containing molding material mixtures | |
US8235092B2 (en) | Insulated investment casting mold and method of making | |
RU2551335C2 (ru) | Стержень на солевой основе и способ его изготовления | |
US7503379B2 (en) | Method of improving the removal of investment casting shells | |
CN110465625B (zh) | 一种改善高温合金定向凝固铸件物理粘砂的陶瓷型壳制备方法 | |
KR101492786B1 (ko) | 코어 및 코어 제조 방법 | |
EP0256609A2 (en) | Mold core for investment casting | |
CN106927798B (zh) | 一种水溶性陶瓷型芯及其制备方法 | |
CN105057594A (zh) | 一种熔模精密铸造工艺 | |
US2948935A (en) | Process of making refractory shell for casting metal | |
CN103752769A (zh) | 基于糖模的溶模铸造方法 | |
Liu et al. | Dimensional accuracy and surface roughness of rapid freeze prototyping ice patterns and investment casting metal parts | |
JP4918227B2 (ja) | 多層セラミックシェル鋳型を製造する方法とその使用 | |
US3426834A (en) | Expendable pattern for precision investment casting | |
JP2023548050A (ja) | 鋳造および成形プロセスのための組成物、中子および鋳型 | |
CA2539122C (en) | Molding composition and method of use | |
CN111940694A (zh) | 一种高压铸造用水溶性盐芯的制作方法 | |
PL228109B1 (pl) | Sposób precyzyjnego odlewania metali niezelaznych | |
US3169288A (en) | Coatings for patterns employed in cavityless casting process | |
US2851752A (en) | High strength investment casting mold | |
US3420644A (en) | Method for molding of glass and ceramic materials | |
Nor et al. | The effect of dewaxing and burnout temperature in block mold process for copper alloy casting | |
US2883724A (en) | Casting processes | |
US10987723B2 (en) | Process for manufacturing a shell mold |