PL240365B1

PL240365B1 - Sposób produkcji form ceramicznych do odlewania precyzyjnego

Info

Publication number: PL240365B1
Application number: PL423660A
Authority: PL
Inventors: Ireneusz Słodkowski; Bartosz Łuczak
Original assignee: Qbig Ireneusz Slodkowski I Wspolnicy Spolka Komandytowa
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2022-03-21
Also published as: PL423660A1

Description

PL 240 365 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób produkcji cienkościennych form ceramicznych do odlewania precyzyjnego.

Znany jest powszechnie sposób precyzyjnego odlewania przedmiotów z zastosowaniem form odlewniczych, które wykonywane są tzw. metodą traconego wosku. Model przedmiotu, który ma być wykonany technologią odlewania, robi się z wosku. Woskowy model otacza się specjalną ceramiczną masą ogniotrwałą, która wiernie, z bardzo dużą dokładnością pokrywa model, odwzorowując najdrobniejsze szczegóły. Pierwsza warstwa masy ceramicznej, ta która kontaktuje się z modelem, wykonana jest z najdrobniejszych frakcji, każda kolejna z użyciem frakcji o większej ziarnistości. Nakładanie masy ceramicznej prowadzi się w procesie kilkufazowym, susząc za każdym razem nałożoną warstwę masy. Po wysuszeniu i zastygnięciu masy, tym samym usunięciu z niej wody woskowy model wytapia się przez podgrzanie formy np. gorącą wodą lub gorącym powietrzem wraz ze znajdującym się wewnątrz woskowym modelem, przez co wosk wypływa z wnętrza formy, pozostawiając pustą przestrzeń na metal - forma jest gotowa. Z chińskiego opisu patentowego nr CN201432078 znany jest sposób wytapiania wosku przez poddawanie go wraz z formą działaniu mikrofal. Suszenie formy trwa stosunkowo długo, gdyż wszelkie próby przyspieszenia odparowania wody, np. przez podgrzanie przed zastygnięciem formy, mogą doprowadzić do wytopienia się wosku i przez to niedokładnego odtworzenia modelu, a zatem zniszczenia formy. Podstawowym czynnikiem przyspieszającym suszenie form jest stosowanie nadmuchu, dodatkowo wspomagane promieniowaniem podczerwonym. Usunięcie wody z formy jest konieczne ze względu na bezpieczeństwo w takcie odlewania - w razie pozostawienia w formie resztek wody w trakcie zalewania gorącym metalem forma może eksplodować. Znany jest też sposób produkcji form ceramicznych, gdzie stosuje się modele wykonane ze styropianu (spienionego polistyrenu), w którym model wypala się po otoczeniu go warstwami ceramicznej masy formierskiej i ich wysuszeniu. Z opisu US4180918 znany jest sposób, w którym nakładane warstwy poddaje się działaniu mikrofal, jednocześnie poddając chłodzeniu model, przy tym warstwy formy poddaje się działaniu mikrofal w sposób cykliczny z przerwami na odparowanie wody.

Według wynalazku sposób produkcji form ceramicznych do odlewania precyzyjnego polega na tym, że wykonany z tworzywa termoplastycznego model naprzemiennie otacza się warstwami formierskiej masy ceramicznej i wraz z poddawaniem działaniu mikrofal nakładane warstwy poddaje się działaniu promieniowania podczerwonego, po czym w końcowym etapie formę poddaje się wypalaniu.

Czas pracy generatora mikrofal w czasie suszenia jednej warstwy wynosi od 4 do 10 sekund a przerwy pomiędzy kolejnymi włączeniami generatora wynoszą od 8 do 5 sekund.

Moc mikrofal działających na formę wynosi minimum 900 W.

Częstotliwość mikrofal działających na formę wynosi 2,45 GHz ± 5%.

Modele do produkcji form wykonuje się z tworzywa termoplastycznego o porowatej strukturze, przy wypełnieniu struktury modelu 3-20%, przy zachowaniu ciągłych warstw wierzchnich modelu.

Najlepiej, gdy modele wykonuje się z polistyrenu lub poliwęglanu.

Wypalanie formy prowadzi się etapowo zależnie od użytego do wykonania modelu materiału termoplastycznego.

Dla modelu wykonanego z polistyrenu formę wypala się najpierw w temperaturze 200°C przez minimum 1,5 godziny, następnie w temperaturze 300°C przez minimum 1 godzinę, potem w temperaturze 350°C przez minimum 1 godzinę i w temperaturze 400°C przez minimum 0,5 godziny i w końcowym etapie w temperaturze 950°C przez minimum 1,5 godziny.

Sposób według wynalazku pozwala na przyspieszenie suszenia nakładanych warstw i w efekcie na skrócenie procesu odlewania precyzyjnego o ok. 30%. O ile w przypadku zastosowań przemysłowych takie skrócenie procesu nie ma dużego wpływu na tenże proces, o tyle w innych zastosowaniach, takich jak wytwarzanie prototypów, wytwarzane pojedynczej formy powinno się odbyć w jak najkrótszym czasie. Siedmiowarstwową formę otrzymuje się po ok. 5 godzinach. Jednocześnie obserwuje się zwiększenie wytrzymałości formy. Przy tym każda warstwa już nałożona jest ciepła i przyczynia się do skrócenia czasu suszenia kolejnej nakładanej warstwy (warstwy wewnętrzne ogrzewają warstwy nowe od wnętrza i przyspieszają proces suszenia), gdyż woda z kolejnych warstw nie dyfunduje z powrotem do warstwy, która już wyschła. Cała forma suszy się równomiernie. Nagrzewanie formy w trakcie suszenia nie grozi zniszczeniem modelu.

W przykładowym sposobie wykonany z polistyrenu model otacza się warstwami formierskiej masy ceramicznej a następnie, stosując mikrofale o mocy 1200 W przy częstotliwości 2,45 GHz, każdą

Claims

PL 240 365 B1 z warstw suszy się w cyklu o zmiennym czasie pracy mikrofal i stałym czasie przerw. Przy czasie przerw wynoszącym 5 sekund czas pracy mikrofal zmienia się od 6 do 10 sekund. Możliwe jest też suszenie warstw w cyklu o stałym czasie pracy mikrofal i zmiennym czasie przerw. Temperatura suszonej formy wzrasta wraz z czasem suszenia i mocą mikrofal, przez to wewnętrzne warstwy formy, które już są wysuszone, wspomagają proces suszenia świeżo nałożonych warstw zewnętrznych. Warstwy formy ceramicznej uznaje się za wysuszone po 30 minutach, a przy większych mocach generatora nawet do 20 minut. Wytrzymałość na zginanie form suszonych mikrofalami jest o co najmniej 0,5 MPa wyższa od tych samych próbek suszonych w temperaturze otoczenia. Po wysuszeniu formy prowadzi się jej wypalanie. Zależnie od użytego do wykonania modelu materiału termoplastycznego wypalanie prowadzi się etapowo dla poprawnego wypalenia modelu. Przykładowo dla modelu wykonanego z polistyrenu formę wypala się najpierw w temperaturze 200°C przez 1,5 godziny, następnie w temperaturze 300°C przez 1 godzinę, potem w temperaturze 350°C przez 1 godzinę i w temperaturze 400°C przez 0,5 godziny i w końcowym etapie w temperaturze 950°C 1,5 godziny. W temperaturze 200°C model z polistyrenu się uplastycznia a w przedziale temperatur 300-400°C następuje jego odparowanie, podczas narastania temperatury do 950°C następuje jego zgazowanie i utwardzenie masy formierskiej - forma jest gotowa.

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób produkcji form ceramicznych do odlewania precyzyjnego z zastosowaniem modeli usuwanych z wnętrza formy przez poddanie ich działaniu wysokiej temperatury, z wykorzystującym działanie mikrofal suszeniem warstw formierskiej masy ceramicznej nakładanych na model, przy czym warstwy formierskiej masy ceramicznej poddaje się działaniu mikrofal w ten sposób, że w czasie suszenia każdej warstwy generator mikrofal włącza się cyklicznie na przemian z przerwami na odparowanie wody, znamienny tym, że wykonany z tworzywa termoplastycznego model naprzemiennie otacza się warstwami formierskiej masy ceramicznej i wraz z poddawaniem form działaniu mikrofal nakładane warstwy poddaje się działaniu promieniowania podczerwonego, po czym w końcowym etapie formę poddaje się wypalaniu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas pracy generatora mikrofal w czasie suszenia jednej warstwy wynosi od 4 do 10 sekund, a przerwy pomiędzy kolejnymi włączeniami generatora wynoszą od 8 do 5 sekund.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że moc mikrofal działających na formę wynosi minimum 900 W.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że częstotliwość mikrofal działających na formę wynosi 2,45 GHz ± 5%.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że modele do produkcji form wykonuje się z tworzywa termoplastycznego o porowatej strukturze, przy wypełnieniu struktury modelu 3-20%, przy zachowaniu ciągłych warstw wierzchnich modelu.
6. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że modele wykonuje się z polistyrenu lub poliwęglanu.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wypalanie formy prowadzi się etapowo zależnie od użytego do wykonania modelu materiału termoplastycznego.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla modelu wykonanego z polistyrenu formę wypala się najpierw w temperaturze 200°C przez minimum 1,5 godziny, następnie w temperaturze 300°C przez minimum 1 godzinę, potem w temperaturze 350°C przez minimum 1 godzinę i w temperaturze 400°C przez minimum 0,5 godziny i w końcowym etapie w temperaturze 950°C przez minimum 1,5 godziny.