SU747910A1 - Способ изготовлени керамических форм методом электролитического осаждени и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Способ относитс  к литейному производству, в частности к изготовлению керамических форм точного лить  методом электрофореза, и может быть использован в керамической промышленности дл  изготовлени  керамических .и.зделий. При изготовлении формы сложной конфигурации наблюдаетс  неравномерность толщины ее стенок, развивающа  с  как на выступаюдих (увеличение то щины) , так и на углубленных ее участ ках (уменьшение толщины). Особенно сильна  разностенность наблюдаетс  в углублени х модели. Замечено, что с увеличением размеров выступающей части модели по высоте разностенност образующейс  на ней керамической фор мы увеличиваетс  и в некоторых случа х достигает 100% на разных ее кон цах, т.е. на дне углублени  модели стенка керамической формы совсем не образуетс .Это вызвано развитием так называемого теневого эффекта, когда на выступающих част х модели проис ходит осаждение большего.количества твердого наполнител  керамической суспензии, чем на затененных, удален ных от катода участках. Повышенное осаждение суспензии наблюдаетс  на выступающих углах модели. С целью уменьшени  вли ни , теневого эффекта и получени  более равномерной толщины оса вдаемой на модели керамической формы примен ют различные приспособлени  и способы проведени  электрофореза. Известен способ, в котором дл  увеличени  равномерности толщины стенки формы при- проведении электрофореза модель привод т во вращение вокруг своей оси или в поступательное движение вдоль ванны с керамической суспензией . При двюхении или вращении в. затененные участки модели просачиваютс  свежие порцИИ суспензйи,способстйующие выравниванию толщины керамического осадка 11 , Однако теневой эффект не устран етс  полностью, так как при движении модели суспензи  проходит в затененные участки через токовый барьер выступающих частей модели и тер ет значительное количество твердых составл ют их суспензии. Оставша с , обедненна  часть суспензиир прошедша  в затененный участок модели, не обеспечивает формирование в нем необходимой толщины стенки керамичес кой формы. Это св зано с недостатком спрсоба который заключаетс  в том, что при проведении электрофореза всю электро проводную модель подключают к источнику тока одновременно и осаждение формы ведут одновременно по всей поверхности модели. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достига мо му результату вл етс  способ, включ ющий погружение электропроводной мод ли в электролитическую суспензию и создание потенциала между модельюанодом и катодом 2 . Согласно этому способу регулирование осадка на модели осуществл ют изменением.градиента внешнего напр ,жени  либо уменьшением рассто ни  Между электродами, либо повышением приложенного к электродам электрического напр жени . Увеличение гра диента внешнего напр жени , приложенного к электродам, способствует увеличению выхода осадка и ускорению процесса электрофорез Однако при этом пропорционально рост градиента напр жени  увеличиваетс . разностённость формирующегос  на модели керамического издели . Это св зано с тем же недостатком, что и в других способах: источник тока подключают одновременно по всей электро проводной модели, что вызывает итенсивное осаждение суспензии на выступающих част х модели и слабое осажде :ние на электрически затененных,удале элёктрода участках. Разностенность возрастает с увеличением сложности конфигурации модели, особенно с увеличением размеров выступающих частей и углублений и уменьшением рассто ний между ними и катодом . Повысить равномерность размеров стенок фор1«м можно было бы путем избирательного осаждени  суспензии на различных участках модели, напри мер, сначала провести осаждение сте нок формы в углублени х и на затен йЫх участках модели,а затем на оста льных участках. Однако известные устройства модели не позвол ют осуществить такой процесс избирательного электрофоретического изготовление формы. . И вестнь устройства, примен емые дл  изготовлени  керамических форм электрофорезом, в которых.дл  вырав нивани  размеров толщины стенки форм примен ют металлические сет ки 4j.. В устройстве 3J сетку-электрод закрепл ют эквидистантно модели и погружают их вместе в суспензию дл  проведени  электрофорестического - изготовлени  формы. Однако и при этом не исключаетс  неравномерность осаждени  формы, так как сохран етс  вли ние сложности конфигурации токопроводной поверхности модели. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство, содержащее ванну дл  керамической суспензии, подмодельную плиту, электропроводную модель, источник тока, соединенный положительным полюсом с моделью, и электрод 4. В нем дл  улучшени  элетропроводности и обеспечени  возможности осаж цени  суспензии в углублени х моде;ли примен ют металлические прокладки (из фольги), которые устанавливают 3 углублени х модели. Эти металлические прокладки  вл ютс  анодными усилител ми . .... Однако модель представл ет собой единую электрически, замкнутую цепь по всей ееповерхности, и анодные усилители включены в общую электрическую цепь. Это вызывает неравномерность распределени  плотности электрического тока и, следователь .но, образование разностённости формы. Особенно больша  разностенность формы развиваетс  с усложнением конфигурации модели и степенью размерного отличи  ее отдельных частей, а.также при применении цельных моделей из высокоэлектропроводных материалов, таких как сталь, алюминий, медь и др., так как при этом более интенсивно развиваетс  неравномерность распределени  тока по различным участкам модели.. По единой электрически замкнутой . модели невозможно провести избирательное (поочередное) формирование керамического издели  на различных ее участках. . Цель изобретени  - регулирование толщины стенок формы и повышение ее качества независимо от сложности и конфигурации модели. Это достигаетс  тем, что производ т избирательное подключение части модели к положительному, полюсу источника трка в- зависимости от рассто ни  поверхности модели относительно катода. Подключают сначала к положительному полюсу источника тока удаленные от катода части модели, затем затененные ее части, выступающие и плоские. Модель выполнена сборной из электропроводных частей, кажда  из которых имеет самосто тельный подвод к источнику тока и электроизолирована от соседней части модели. На фИг.1 схематично представлено устройство дл  осу1а;ествлени  спосо а; на фиг. 2,3,4,5 - то же, варианты конфигурации модели. Устройство содержит технологичес кую ванну 1,в которую погружена под модельна  плита 2 вместе с моделью Последн   выполнена сборной из любо известного электропроводного матери ла (алюмини , стали, чугуна, графита) . Модели можно выполн ть из неэлектро проводных материалов,таких как дере во, полистирол , парафин , но с электроп водными покрыти ми 4,наносимыми раз дельно на разные части модели с нез висимы 1т подводами электрического тока. Части 3,5,6,7,8 модели склеивают с помощью электроизол ционного кле  например эпокс дной смолы, в единую конструкцию. Поэтому между отдельны ми электропроводными част ми имеютс элёктроизол торы 4 из эпоксидной смолы.Отдельные части модели соединены независимой св зью через выклю чатели 9, 10, 11, 12, 13, регул тором 14, скольз щий 1контакт 15 с источником тока 16. Причем плюс источника тока подсоединен при анофорезе к модели, а минус соответственн к ванне. Склеенна  модель укрепл етс любым извecVным способом на подмодел ной плите 2, выполненной из электроизол ционного материала, например из текстолита. Электроизол ционные прослойки выполн ют малой толщины, например в пределах 0,1 - 0,3 мм, в виде электроизол ционной краски, например из эпоксидной смолы, кле  БФ-2 и др. Дл  изготовлени  форм согласно способу и устройству керамические формы изготовл ют методом электрофореза из суспензии следующего соста ва, вес.%: Песок марки КО 315 39 Пылевидный кварц 47 Электролит (10%-ный р-р гексамета фосфата натри )0,3 ВодаОстальное В зкость суспензии по ВЗ-4 22 с. Суспензию готов т в пропеллерной мешалке. Продолжительность переме- шивани  составл ла 3 ч. Пор док пере мешивани : сначала смешивают воду с пылевидным кварцем, затем добавл ют песок небольшими порци ми и в песок ввод т электролит. Из мешалки сус .пензию необходимой порцией зашивают в электролизер. Осажденную электрофорезом форму высушивают электроосмосом , отдел ют от модели и провод измерение размеров. Сравнительные измерени  размеров стенки формы и ее качества провод т в двух сечени х: I-I и И-Ц (на рис, 1). Сечение I-I выбрали на удалении от основани  модели,равном 10 мм; сечение II-1I .на удалении от конца высдупающей части, равном 5 мм. Модели имели следующие размеры высота выступающейЧасти А, величи на углублени  в, наружный диаметр выступающей части В, внутренний диаметр выступающей части (углублени ) Г. Все испытуемые модели имели воздухоотводные каналы из углублений. Опыты проводили каждаай раз на свежих порци х суспензии одного и того же состава. Пример. Модель, собранную из электропроводных частей 3,5,6,7, 8, изолированньрс друг от друга электроизол ционными прокладками 4, и закрепленную на подмодельной плите 2, погрузили в суспензию, залитую в ванну 1 до уровн , показанного на фиг.1, Изготовление формы проводили следующим образом. Сначала включили через выключатель 9, 11, 13 части модели 3, 6, 8 и провели осаждение суспензии , затем включили через выключатели 10 и 12 части модели 5 и 7 и провели осаждение формы на этих част х. Продолжительность электрофореза во всех случа х составл ла 60 с. Электрический режим во всех случа х поддерЬкивалс  одинаковым: напр жение 60 В, врем  60 с. Режим электроосмоса: врем  15 мин, напр жение 250 В. В табл.1, приведены сравнительные данные по толгцине стенки форм, полученных по цельной и расчлененной модел м при прочих равных услови х, Как видно из табл.1, разностенность формы, изготовленной по цельной модели, возрастает с увеличением высоты выступающей части. Наблюдаетс  значительна  разница в размерах наружной и внутренней (в углублении ) стенок формы. А при высоте модели 150 мм на дне углублени  стенка формы не образуетс . Причем установлено , что с уменьшением размера Г.и изменением отношени  б/Г на цельной модели разностенность формы возрастает . В форме, полученной предлагаемым способом-по расчлененной модели, разница в размерах стенки мала, и ее можно полностью устранить при использовании регулируемого режима электрофореза на отдельных част х модели. П р им ер 2. Дл  изготовлени  формы использовали расчлененную модель по горизонтальным плоскост м (фиг. 4). Пор док изготовлени  формы прин т следующий. Очередность включени  частей модели следующа : части 3, 17, 18, 19. Режимы электрофореза. Начальное напр жение измен ли дл  каждой части до получени  начальной удельной плотности тока, равной 0,016 Д/см. рем  электрофореза на каждой части мен лось до достижени  удельной плотности тока, равной

747910

0,003 А/см Изменение времени дл  разных частей колебалось от 15 до 25 с. Общее врем  формообразовани  одной составило 85 с. Замеры размеров форгды показали, что средн   толщина стенки равна б мм.Откло- с нение размеров толщины стенки на концах формы не превышало 1,7% (при замерах с точностью до 0,1 мм).

Примерз. В соответствйй с заданием необходимо было получить « форму с толщиной стенки в основании, равной б мм, а на вйступе с толщиной, равной 3,5 Г/1М. Дл  получени  формы примен ли регулируемый режим электрофореза и расчлененную модель, которой представлена на фиг. 5. Рас .четом установлено, что при достй гении толщины стенки, равной 6 мм, конечна  удельна  плотность тока составл ет 0,003 А/см , а при достижении толщины стенки, равной 3,5 мм, она 20 составл ет 0,008 А/см.

Пор док изготовлени  формы. Сначал а; включили к источнику тока части модели 3, 20, 21. При остижении Удельной плотности тока 0,003 25 понизили напр жение со 110 до 30 В, что обеспечило удельную плотность тока на част х 3,20, 21,равную 0,0005 А/см. Затем, не выключа  части 3, 20, 21, включили части мо- , дели 22, 23, и при достижении удельной плотности тока на част х 22, 23, равной 0,008 А/см, все части модели отключили от источника тока. Форму подвергли электроосмотическому ос упрочнению по режиму: напр жение 250 В, врем  обработки 15 мин. Затем из готовой удалили извлекаемые части 22, 23, а готовую форму отделили от остальных частей модели. В этом примере показана возможность 40 Осаждёни формы на одних част х модёлй при поддержании некоторого тока на других ранее осажденных част х формы дл  исключени  их возвратного насыщени  влагой. Кроме этого, 45 показан вариант разборной модели, позвол ющий легко удал ть ее части из готовой формы известными приемами.

Пример 4. Предлагаемый спо- сп соб -позвол ет регулировать качество

формы как на отдельных участках, так и -всей формы в целом. Кроме размерных характеристик, качественными параметрами формы  вл ютс  величина выхода осадка, плотность (удельна  объемна  масса) , остаточ на  влажность после электрофореза и чистота служебной поверхности формы, все эти параметры взаимосв заныи завис т от внешних факторов:величины приложенного напр - 60 жени , продолжительности электрофореЭа ихара;ктера расположени  отдельных частей модели по отношению к катоду (при анофорезе или к аноду при катофорезе). Цри осаждении формы 5

.---

; одновременно по всей поверхности цельной модели, как это выполн ю в известных способах, воздействие внешних факторов способствует улучшению одних качественных параметров формы и ухудшению других.

Отдельные части модели 3 .(фиг. 3) из электропроводного материала склеены в единую конструкцию, котора  смонтирована на подмодельной плите 2 из электроизол ционного материала. Отдельные части модели электроизолированы друг от друга электроизол ционными прослойками 4 в виде кле , например из эпоксидной смолы. Внутри отдельные части модели имеют каналы дл  вывода через подмодельную плиту электрической проводки 7 к полюсу источники тока. Ванну 1 подключают к источнику тока 16 ( отрицательный полюс при анофорезе) .

X Пример5.С целью облегчени  удалени  модели из готовой оболочко .вой формы ее выполн ют разборной, но собранной в единую конструкцию дл  проведени  электрофореза. На фиг. 5 представлена схема разборной модели с расчлененными по вертикальным плоскост м участкам .

После изготовлени  формы из нее удал ют сначала части 23 и 22 с помощью подъемников 24. Подмодельна  , плита 1 и части модели 3, 20, 21 выполнены скрепленными вместе. От каждой части модели имеетс  электрическа  проводка к плюсу источника тока. Ванну 1 подключают к минусу источника тока 16 при анофорезе.

Прймерб. На фиг. 5 представлен вариант разборной модели, расчлененной по.горизонтальным плоскост м. Дл  фиксации отдельных частей модели друг с другом их снабжают знаковыми част ми с электроизолированными повехност ми , а ск епл ют с помощью винтов из изолирующего материала,наприм из текстолита.

Эти варианты расч лененных моделей использовали дл  выполнени  предлагаемого способа.

В данном примере осаждение формы проводили в два приема на модели, представленной на фиг. 5. Сначала осаждали форму на част х,1, 3, 5, затем на част х 2 и 4. Изменение режимов и качественные показатели по всей поверхности цельной модели и предлагаемь1м способом избирательного осаждени  по расчлененной модели представлены в табл.2. Качество поверхности определ ли по шероховатости в микронах.

Анализ результатов испытани , прведенных в табл. 2,показал, что во всех случа х качественные показатели форм, полученных предлагаемьгм способом избирательного осаждени  по расчлененной модели, выше, чем качес тво форм, полученных известным спосоЪом за один прием по цельной модели. Причем с увеличением количества расчленных частей на модели качество .керамической формы повышаетс  по всем параметрам. Реализаци  изобретени  Ьозволит получать высококачественные керамические формы электрофорезом по электропроводным удал емым,в тОм числе М19таллическим модел м.

Способом избирательного электрофоретического осаждени  форма на различных участках модели обеспечивает получение не только равномерной

по размеру стенки издели , но и с необходимым ее увеличением в опасных зонах. Экономическую эффективность достигают за счет полного устранени  брака форм по изломам и разностенности . По данным литейной лаборатории производственной базы ЧПИ брак форм по излому и разностенности составл л 88%.

Кроме того, можно расширить номенклатуру отливок дл  получени  их точным способом лить .

Таблица 1

Цельна  модель (фиг. 1)

Таблица 2 120 60 3 1,45 1,55 16 .20

eas eS44Ha s«« SK;isi ;s-i -

Величины напр жений предварительно определили опытным путем. Указанные величины напр жений дл  данной конструкции модели обеспечили посто нство качественных параметров формы во всех ее част х.-

Продолжение табл. 2

19

35 1-2 1,3 1,4 .

Claims (4)

1.Способ изготовлени  керамических форм методом электролитического осаждени , включающий погружение электропроводной модели, подключенной к положительному полюсу источника тока, в электролитическую суспензию и создани  потенциала между мод ел ью-анодом и катодом, о тли чающийс  тем, что,, с целью регулировани  толщины стенок формы

и повышени  ее качества, производ  избирательное подключение частей модели к положительному полюсу источника тока в зависимости от pacrtoJioжени  их пове$а йностей относительно катода.

2.Способ по П.1, отличающ и и с   тем, что подключают к полжительному полюсу источника тока сначала удаленные от катода части модели.и затененные е части, затем выступающие и плоские.

3.Устройство дл  осуществлени  способа по пп. 1 и 2, содержащее

. -у

г1В

ванну дл  электролитической суспензии , подмодельную плиту, электропроводную: Модель , источник тока , соедй- ненный положительньм полюсом с моделью , и катод, отличаю щеес   тем, что модель вЫполн;ена сборной из электропроводных частей, каж- да  из ко ораЯ: имеет сжмосто телбнйй подвод к источнику тока и электроизолирована ът соседней части модели.

0 Исд-очники информации,

прин тые вовнимание при экспертизе

1.Инструктивные материалы по новой технологии изготовлени  оболочковых форм точного лить  по выплйвл е5 WMM модел м методом электрофореза. Харьков. ХПИ, 1973.

2.Сб. Вестник Харьковского политехнического института, 1972, № 68, с. 63 -66,

0 3. Авторское свидетельство СССР 476073, кл. В 22 С 9/04, 1973.

4. Сб. Перспективы развити  производства лить  по выплавл емым модел м.. М. , 1975, с. 114 - 117.

/J г

/