RU2055678C1

RU2055678C1 - Method of making laminate shell ceramic molds with use of disposable patterns

Info

Publication number: RU2055678C1
Authority: RU
Inventors: Т.М. Кириллова; Б.Ш. Танкелевич; Т.В. Иванова; А.В. Абадаев
Original assignee: Научно-исследовательский институт металлургической технологии
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1996-03-10

Abstract

FIELD: casting production. SUBSTANCE: method comprises steps of applying on it layer-by-layer a refractory suspension and sprinkling it by a refractory material; drying the protective coating in air at least over time period, being no less, than 2-3 hours upon a percentage humidity value, being no less, than 40%; using as the protective coating the suspension, containing a product of partial hydrolysis and condensation of ethylsilicate - 40 in an organic solvent with pH 5-7 and pulverized refractory material with a ratio 1: (0.8-1.6). The invention allows to enhance reproducibility of surface microrelief and configuration of patterns upon making ceramic molds, to eliminate spherical swelling and flashes of metal at producing castings. EFFECT: enhanced quality of castings with use of such molds. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам изготовления многослойных оболочковых керамических форм, получаемых по удаляемым моделям, и может быть использовано для получения отливок с узкими протяженными канавками, например, для деталей типа "Двигатель материала", применяемых в швейных машинах. The invention relates to foundry, and in particular to methods of manufacturing multilayer shell ceramic molds obtained by removable models, and can be used to produce castings with narrow long grooves, for example, for parts such as "Material engine" used in sewing machines.

Известен способ изготовления многослойных оболочковых форм по выплавляемым моделям, включающий нанесение на модель суспензии на этилсиликатном связующем, последующую ее послойную обсыпку огнеупорным материалом, сушку, удаление модели и прокалку оболочковых форм. A known method of manufacturing multilayer shell molds according to investment casting, including applying to a model a suspension on an ethyl silicate binder, its subsequent layer-by-layer coating with refractory material, drying, removing the model and calcining the shell forms.

Повышение качества отливок с узкими протяженными незамкнутыми канавками достигают, обдувая сжатым воздухом, два первых слоя огнеупорной формы после обсыпки огнеупорным материалом. При этом для упомянутых слоев оболочки используют суспензию следующего состава, мас. этилсиликат 17,5-21,23; органический растворитель 11,7-14,25; дистиллированная вода 0,40-0,42; соляная концентрированная кислота 0,20-0,22; серная концентрированная кислота 0,33-0,36; авиационный бензин 0,09-0,11; глицерин 0,08-0,11; маршалит остальное [1]
Известный способ не обеспечивает качество внутренней поверхности оболочковой формы, вследствие наличия раковин в слое покрытия, что приводит к появлению дефектов на поверхности отливок в виде шаровых наплывов металла, особенно в острых углах, протяженных каналах.Improving the quality of castings with narrow extended open grooves is achieved by blowing with compressed air the first two layers of the refractory form after sprinkling with refractory material. Moreover, for the mentioned layers of the shell using a suspension of the following composition, wt. ethyl silicate 17.5-21.23; organic solvent 11.7-14.25; distilled water 0.40-0.42; hydrochloric concentrated acid 0.20-0.22; concentrated sulfuric acid 0.33-0.36; aviation gasoline 0.09-0.11; glycerin 0.08-0.11; marshallite rest [1]
The known method does not ensure the quality of the inner surface of the shell form, due to the presence of shells in the coating layer, which leads to the appearance of defects on the surface of castings in the form of spherical metal flows, especially in sharp corners, extended channels.

Известен способ изготовления многослойных оболочковых форм, по которому на блок моделей перед послойным нанесением на него огнеупорной суспензии наносят защитный слой покрытия на основе нитроцеллюлозного лака [2] Известный способ вследствие низкой адгезии огнеупорной суспензии к покрытию на основе нитроцеллюлозного лака не обеспечивает точное воспроизведение микрорельефа поверхности моделей, что ведет к ухудшению качества поверхности отливок за счет образования шаровых наплывов металла, особенно в острых углах, пазах, отверстиях. A known method of manufacturing multilayer shell molds, in which a protective layer of a coating based on nitrocellulose varnish is applied to a block of models before layer-by-layer application of a refractory suspension [2] The known method, due to the low adhesion of the refractory suspension to a coating based on nitrocellulose varnish, does not accurately reproduce the surface microrelief of the models , which leads to a deterioration in the surface quality of castings due to the formation of spherical sagging of the metal, especially in sharp corners, grooves, holes.

Задачей, решаемой предполагаемым изобретением, является улучшение воспроизводимости микрорельефа поверхности и конфигурации моделей при получении керамических форм, что приведет к повышению качества их поверхности и как следствие, позволит ликвидировать шаровые наплывы и "заливы" металла при получении отливок. The problem solved by the proposed invention is to improve the reproducibility of the surface microrelief and the configuration of the models upon receipt of ceramic molds, which will lead to an increase in the quality of their surface and, as a result, will eliminate spherical influxes and "gulfs" of the metal upon receipt of castings.

Указанная задача достигается тем, что в способе изготовления многослойных оболочковых керамических форм, включающем нанесение защитного покрытия на удаляемую модель, послойное нанесение огнеупорной суспензии и обсыпку огнеупорным материалом, сушку, удаление модели и прокалку оболочковых форм, в качестве защитного покрытия используют суспензию продукта частичного гидролиза и конденсации этилсиликата-40 в органическом растворителе с рН среды 5-7 и пылевидного огнеупорного материала при соотношении 1:(0,8-1,6), а сушку защитного покрытия производят на воздухе при относительной влажности не менее 40% и 2-3 часов. This problem is achieved by the fact that in the method of manufacturing multilayer shell ceramic molds, including applying a protective coating to the removed model, layer-by-layer application of refractory slurry and sprinkling with refractory material, drying, model removal and calcination of shell molds, a suspension of a partial hydrolysis product is used as a protective coating and condensation of ethyl silicate-40 in an organic solvent with a pH of 5-7 and dust-like refractory material at a ratio of 1: (0.8-1.6), and drying of the protective coating they are harassed in air at a relative humidity of at least 40% and 2-3 hours.

Защитное покрытие суспензии на основе продукта частичного гидролиза и конденсации этилсиликата-40 в органическом растворителе и пылевидного огнеупорного материала, наносимое на модельный блок, имеет высокую адгезию, как к модельному составу, так и к огнеупорной суспензии первого слоя покрытия формы, вследствие наличия полярных функциональных групп, способных к взаимодействию. В результате чего суспензия защитного покрытия и суспензия первого слоя керамической формы хорошо прилипают к поверхности модели, точно воспроизводя микрорельеф и конфигурацию последней. Нанесение защитного покрытия на основе продукта частичного гидролиза и конденсации этилсиликата-40 в органическом растворителе в соотношении с огнеупорным материалом 1:(0,8-1,6) обеспечивает равномерное покрытие на поверхности блока выплавляемых моделей, а значит и улучшение воспроизводимости поверхности и конфигурации моделей. The protective coating of the suspension based on the product of partial hydrolysis and condensation of ethyl silicate-40 in an organic solvent and dust-like refractory material applied to the model block has high adhesion both to the model composition and to the refractory suspension of the first coating layer of the form, due to the presence of polar functional groups capable of interacting. As a result, the suspension of the protective coating and the suspension of the first layer of the ceramic mold adhere well to the surface of the model, accurately reproducing the microrelief and the configuration of the latter. The application of a protective coating based on the product of partial hydrolysis and condensation of ethyl silicate-40 in an organic solvent in relation to a refractory material of 1: (0.8-1.6) ensures uniform coating on the surface of the block of investment models, and therefore improves reproducibility of the surface and configuration of models .

При соотношении менее 1-0,8 образуется тонкая пленка покрытия, которая не обеспечивает высокую адгезию суспензии первого слоя керамической формы к защитному покрытию, что приведет к ухудшению воспроизводимости микрорельефа поверхности и конфигурации моделей. При соотношении более 1-1,6 образуется покрытие неравномерное с подтеками, что ведет к образованию раковин в слое оболочки и таким образом также к ухудшению воспроизводимости микрорельефа поверхности и конфигурации моделей. Оптимальная среда защитного покрытия составляет рН 5-7, т.к. при более кислой среде при сушке происходит отслоение защитного покрытия от модели или трещинообразование, что приведет к ухудшению качества поверхности отливок, а при более щелочной среде происходит омыление модельного состава. At a ratio of less than 1-0.8, a thin coating film is formed that does not provide high adhesion of the suspension of the first layer of the ceramic mold to the protective coating, which will lead to a deterioration in reproducibility of the surface microrelief and model configuration. At a ratio of more than 1-1.6, a coating forms unevenly with smudges, which leads to the formation of shells in the shell layer and thus also to the deterioration of reproducibility of the surface microrelief and configuration of the models. The optimal environment for the protective coating is pH 5-7, because in case of a more acidic environment during drying, the protective coating peels off from the model or cracking occurs, which will lead to a deterioration in the surface quality of castings, while in a more alkaline environment the model composition is saponified.

Сушка защитного покрытия на воздухе при относительной влажности не менее 40% и не менее 2-3 ч позволяет получить пленку покрытия, которая не растворяется и не набухает при нанесении первого и последующих слоев покрытий керамической формы. При пониженной влажности сушки, т.е. менее 40% и менее 2-3 ч происходит частичное размывание пленки защитного покрытия при нанесении суспензии первого слоя, что также влияет на точное воспроизведение микрорельефа поверхности и конфигурации моделей. Drying the protective coating in air at a relative humidity of at least 40% and at least 2-3 hours allows you to get a coating film that does not dissolve and does not swell when applying the first and subsequent layers of ceramic coating. With reduced drying humidity, i.e. less than 40% and less than 2-3 hours, a partial erosion of the protective coating film occurs when applying the suspension of the first layer, which also affects the exact reproduction of the surface microrelief and model configuration.

При использовании в качестве огнеупорного пылевидного материала в составе защитного покрытия пылевидного кварца время сушки должно быть не менее 2-х ч; а при использовании микропорошков электрокорунда не менее 3-х ч. When used as a refractory pulverized material in the composition of the protective coating of pulverized silica, the drying time should be at least 2 hours; and when using micropowders of electrocorundum for at least 3 hours

Увеличение времени сушки экономически нецелесообразно. В качестве продукта частичного гидролиза и конденсации этилсиликата-40 в органическом растворителе могут быть использованы готовые связующие марок ГС-20Э, ГС-12, 5И. Increasing the drying time is not economically feasible. As a product of partial hydrolysis and condensation of ethyl silicate-40 in an organic solvent, ready-made binders of the grades GS-20E, GS-12, 5I can be used.

В качестве пылевидного огнеупорного материала могут быть использованы: пылевидный кварц, микропорошки электрокорунда и др. As pulverized refractory material can be used: pulverized silica, micron powders of electrocorundum, etc.

В табл.1 и 2 представлены параметры способа 2. In table 1 and 2 presents the parameters of method 2.

П р и м е р. Для изготовления керамических форм и отливок, как по предлагаемому, так и по известному способу использовали модели сложной конфигурации, имеющие узкие протяженные канавки, острые углы, насечки разной величины, модели детали "Двигатель материала". PRI me R. For the manufacture of ceramic molds and castings, both the proposed and the known method used models of complex configuration, having narrow long grooves, sharp angles, notches of different sizes, model parts "Material engine".

Предлагаемый способ изготовления оболочковых форм для получения отливок по удаляемым моделям осуществляется следующим образом: модельный блок погружают в огнеупорную суспензию, например, такого состава, мас. Продукт частичного гидролиза и конден- сации этилсиликата-40 в органическом раст- ворителе с рН 6 50 Пылевидный огне- упорный материал 50
затем выдерживают в ней при вращении в течение 10-15 с, вынимают из суспензии, поворачивая в различных направлениях для стекания излишков суспензии, затем блок помещают в камеру воздушной сушки, где слой огнеупорной сус- пензии сушат при влажности не менее 40% В качестве пылевидного огнеупорного материала в данной суспензии использовали пылевидный кварц (пример N 2, 3 табл.1) и микропорошка- электрокорунда (пример N 4, 5 табл.1). В качестве продукта частичного гидролиза и конденсации этилсиликата-40 использовали готовое связующее марки ГС-20Э, ТУ 6-02-1-583-88. После сушки защитного слоя покрытия на модельные блоки наносят первый слой огнеупорной суспензии на этилсиликатном связующем и сразу обсыпают огнеупорным материалом. Полученный слой высушивают в воздушной камере в течение 2-3-х часов при температуре 25-27^оС и относительной влажности 40-60% Последующие слои формы наносят аналогично первому. Суспензию для первого и последующих слоев покрытий при использовании кварцевого песка используют следующего состава, мас. Этилсиликат-40 15,0 Спирт 16,5 Азотная кислота 0,5 Вода 0,9 Пылевидный кварц Остальное а при использовании электрокорунда, мас. Этилсиликат-40 13,0 Спирт 14,0 Соляная кислота 0,24 Вода 0,9 Микропорошки электрокорунда Остальное Для изготовления моделей был использован модельный состав из МВС-3А (пример 2,3,4,5) и водорастворимый состав (пример 6,7).The proposed method for the manufacture of shell molds for producing castings for removable models is as follows: the model block is immersed in a refractory suspension, for example, of such a composition, wt. The product of partial hydrolysis and condensation of ethyl silicate-40 in an organic solvent with a pH of 6 50 Dusty refractory material 50
then they are kept in it during rotation for 10-15 s, removed from the suspension, turning in different directions to drain excess suspension, then the unit is placed in an air-drying chamber, where the layer of refractory suspension is dried at a humidity of at least 40%. As a dusty Refractory material in this suspension used pulverized silica (example N 2, 3 table 1) and micropowder-electrocorundum (example N 4, 5 table 1). As a product of partial hydrolysis and condensation of ethyl silicate-40, a finished binder grade GS-20E, TU 6-02-1-583-88 was used. After drying the protective coating layer, the first layer of the refractory suspension is applied to the model blocks on an ethyl silicate binder and immediately sprinkled with refractory material. The resulting layer was dried in the air chamber for 2-3 hours at a temperature of 25-27 ^{° C} and 40-60% relative humidity Subsequent layers are applied similarly to the first form. The suspension for the first and subsequent layers of coatings using quartz sand using the following composition, wt. Ethylsilicate-40 15.0 Alcohol 16.5 Nitric acid 0.5 Water 0.9 Dust-like quartz The rest and when using electrocorundum, wt. Ethylsilicate-40 13.0 Alcohol 14.0 Hydrochloric acid 0.24 Water 0.9 Microcorundum micropowders Else For the production of models, we used the model composition from MVS-3A (example 2,3,4,5) and a water-soluble composition (example 6, 7).

Таким образом, способ изготовления многослойных оболочковых форм позволяет улучшить воспроизводимость микрорельефа поверхности и конфигурацию моделей и исключает дефекты поверхности отливок по "наплывам" и "заливам" металла, особенно деталей с узкими протяженными канавками и острыми углами. Thus, the method of manufacturing multilayer shell molds can improve the reproducibility of the surface microrelief and the configuration of the models and eliminates surface defects of castings on the "influx" and "gulf" of the metal, especially parts with narrow extended grooves and sharp corners.

Claims

METHOD FOR PRODUCING MULTILAYERED SHELL CERAMIC FORMS BY REMOVABLE MODELS, including applying a protective adhesive layer to a model, drying it, layer-by-layer application of refractory silicate slurry with each layer sprinkled with refractory material and drying, removal of the model, formed by a suspension containing the product of partial hydrolysis of ethyl silicate in an organic solvent with SiO ₂ in the product 12 to 21 wt.%, pH 5 to 7, and pulverized silica or micropowder electrocor Unda in a ratio in suspension, respectively, 1: (0.8 - 1.6), while the protective layer is dried at a relative humidity of at least 40% for 2 to 3 hours.