SU944740A1 - Способ изготовлени керамических литейных форм - Google Patents

Description

(Sl) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ЛИТЕЙНЫХ

1

Изобретение относитс  к литейному производству, а именно дл  производст ва точных отливок из сплавов черных и цветных металлов.

Известны способы, согласно которым керамические формы и стержни при использовании св зующих на основе этилсиликата и органических растворителей получают путем заливки в технологическую оснастку керамической суспензии, которую после частичного затвердевани  извлекают из оснастки и подвергают м гкому удалению летучих составл ющих продуктов гидролиза этилсиликата путем сушки на воздухе или в печи, нагретой до 50200 С, в течение 5 60 мин или примен ют дл  сушки инфракрасное излучение .

Характерным дл  способов  вл етс  то, что в процессе сушки формы, насышенной органическим растворителем , сетка мелких трещин по вл етФОРМ

с  в первые же моменты после гелеобразовани  в результате испарени  летучих, что  вл етс  основой получени  качественных керамических форм т и 2J.

Однако получение качественных форм сложной конфигурации м гким удалением летучих не всегда возможно, так как замедленное удаление испар ющегос  растворител  вызывает образование крупных трещин, нарушающих сплошность керамики.

Известен также способ, в котором дл  интенсификации сушки керамических форм используют теплоту сгорани  паров растворител  при его сжигании над поверхностью формы, покрытой сетчатым материалом ГЗ.

Однако удаление растворител  из керамической формы при его сжигании над сетчатым покрытием происходит неравномерно, так как его невозможно наложить с необходимым зазором на поверхность керамической формы сложной конфи гурации. Из-за этого форма нагрева-етс  неравномерно, что приводит к неравномерности расширени  .зоны испарени  и объемной усадке гел , в результате чего возникают термические напр жени , которые способствуют образованию крупных трещин, короблению формы и снижению размерной точности отливок. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  способ изготов лени  керамических литейных форм по посто нным модел м, включающий нанесение на модель газонепроницаемой пленки, заполнение оснастки керамической смесью и отверждение, выдержку смеси до упругого состо ни  и отделение формы вместе с газонепро ницаемой пленкой от модели, сн тие пленочного покрыти  и выжигание летучих веществ из керамической формы Cl. Однако при реализации известного способа процесс трещинообразовани  начинает протекать в упруго-пластичном состо нии только после сн ти  по лиэтиленовой пленки за счет испарени  из пор и капилл ров растворител  затвердевающей керамической смеси через открытую поверхность за промежуток времени от момента сн ти  пленки до поджигани  паров растворител  и их горени , При этом трещины формируютс  в зависимости от направлени  теплового потока, а величина и направление их а значительной степен завис т от соотношени  нормальных и касательных напр жений. Но так как трещины, формирующиес  в керамике, в первоначальный момент развиваютс  только нормально к направлению тепло вого потока, то.возникает резкое увеличение скорости продвижени  фронта парообразовани  во внутренние слои керамики, что приводит к по вле нию значительных напр жений в поверх ностном слое и, следовательно, грубо сетки трещин, которые в процессе уда лени  летучих, развиваютс  до величин нарушающих целостность керамической формы особенно на стыках торцовых и боковых поверхностей. Целью изобретени   вл етс  улумшение качества литейных форм за счет формировани  равномерно распределенной тонкой сетки микротрещин. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу изготовлени  керамических литейных форм, включающему нанесение на модель газонепроницаемой пленки, заполнение оснастки керамической смесью, ее отверждение , выдержку смеси до упругого состо ни , отделение формы вместе с газонепроницаемой пленкой от модели, сн тие пленочного покрыти  и выжигание летучих веществ из керамической Формы, после отделени  формы вместе с газонепроницаемой пленкой от модели форму нагревают инфракрасными лучами до бО-ЭО С. Сущность способа заключаетс  в следующем. Остающа с  за счет адгезии на поверхности керамической формы газонепронйцаема  полиэтиленова  пленка образует прозрачный, диатермичный по отношению к световым лучам слой, преп тствующий испарению летучих составл ющих. В таком состо нии керамическую форму со стороны, локрытой газонепроницаемой пленкой, нагревают до бО-ЭО С инфракрасными лучами . При нагреве керамической формы через газонепроницаемое диатермичное покрытие (прозрачную полиэтиленовую пленку или любую другую прозрачную дл  инфракрасных лучей) поверхностный слой стабилизируетс  (липкий коилоидальный раствор гидролизованного этилсиликата, полимеризу сь, превращаетс  в твердый стекловидный материал), что приводит к минимальным знамени м адгезии между пленкой и затвердевшим поверхностным слоем керамики. Благодар  незначительным значени м адгезии, объемной усадке керамики и необратимой деформации полиэтиленовой пленки при .нагревании образуетс  зазор между поверхностным слоем керамической формы.,и полиэтиленовой пленкой. В процессе образовани  зазора и нагрева поверхностного сло  керамики из пор и капилл ров последнего происходит испарение летучих составл ющих , при этом поток газовой среды при свободном перемещении в ограниченном пространстве типа.щели при нагретой нижней поверхности (поверхностный слой керамической формы) приобретает конвективное движение и приводит к образованию отдельных циркул ционных зон, на основании че го образуетс  равномерный зазор как на горизонтальных, так и на вертикальных .поверхност х керамической формы. При этом пары летучих составл ющи благодар  такому характеру движени  конденсируютс  на внутренней поверхности полиэтиленовой пленки, поскол ку она не поглощает инфракрасные лучи, а следовательно, не нагреваетс , а конвективный теплообмен за счет теплопроводности среды обеспечивает достаточную разницу температур между поверхностным слоем кера мики и полиэтиленовой пленки дл  кон денсации паров летучих составл ющих на ее внутренней поверхности. Так как поры и капилл ры затвердевшей керамической смеси в период ее нахождени  в эластичном состо нии имеют разнообразную форму и за|полнены жидкостью (продукты гидролиза этилсиликата), то после нагрева поверхностного сло  керамической формы до 60-90°С в результате испарени  летучих из пор и капилл ров в зазор и их конденсации на полиэтиленовой пленке образуетс  мелка  сетка трещин, размеры которых менее 0,010 ,05 мм, при этом возникающие в этот период напр жени  очень малы. Поэтому при сн тии пленки с конденсированной жидкостью и незамедлительном поджигании наличие мелкой сетки трещин в поверхностном слое керамической формы, образованной по предла гаемому способу, измен ет направлени дальнейшего образовани  трещин,они искривл ютс  и взаимно переплетаютс , при этом направленность теплового потока искажаетс , чем и объ сн етс  падение скорости продвижени  зоны парообразовани , а следовательн снижаютс  термические напр жени  в процессе удалени  летучих выжиганием При нагреве поверхностного сло  керамической формы ниже указанного предела, т.е. менее 60°С, не обеспечиваетс  градиент температур, так как температуры окружающей среды и жидкости внутри керамики отличаютс  незначительно, поэтому равномерно го зазора и конденсации летучих сое тавл ющих не наблюдаетс . При нагреве выше 90®С полиэтиленова  пленка перегреваетс  за счет конвективного теплообмена до значений , при которых тер ет свою упругость, разм гчаетс  и не образует равномерного зазора. В табл. 1 приведены результаты исследований по выбору оптимального интервала температуры нагрева инфракрасными лучами поверхностного сло  керамики через полиэтиленовую пленку. Температура нагрева поверхностного сло  измер лась вмонтированными в керамический стержень на -глубину 1-2 мм ртутными термометрами с пределами измерени  50-100 С и ценой делени  0,. / Предлагаемый способ осуществл етс  следующим образом. Изготовление керамических стержней , по которым получают стальные и чугунные заготовки кокильной оснастки с литой рабочей поверхностью, осуществл ют по модели, которой служит само изделие. Модель устанавливают на перфорированную плиту, соединенную с вакуумной системой, покрывают ее поверхность полиэтиленовой пленкой толщиной 0,05-0,1 мм известным способом с применением вакуума, пленка под действием нагрева и разрежени  плот (но облегает модель и точно воспроизводит ее конфигурацию. Затем устанавливают опоку вакуумную, которую заполн ют сыпучим песком и герметизируют газонепроницаемым покрытием после чего, примен   разрежение, песчаную форму уплотн ют до прочности, достаточной, чтобы противосто ть воздействию жидкоподвижной керамической смеси, и извлекают модель. При этом размеры полости формы при вакуумной формовке регулируют своебразной усадкой тела формы в герметизированном объеме за счет дополнительного уплотнени  формовочного материала путем увеличени  давлени  от 160 мм рт. ст. до 7бО мм рт. ст., длительности дополнительной вибрации О - 10 с, зернистости и текучести формовочных матерйа лов дл  компенсации отклонений размеров керамических стержней в процессе их объемной усадки при отверждении и тепловой обработки в зависимости от состава керамической смеси и примен емого расплава литой заготовки кокил . После этого размещают на вакуумной форме, фиксируют и жестко креп т к опоке рамку, оформл ющую знак керамического стержн , после мего рабочую полость вакуумной формы и рамки заполн ют керамической смесью Дл  приготовлени  керамической смеси на 1 л гидролизованного этилсиликата берут 3 кг наполнител  (60 молотого кварца КП-1 и 0% кварцевого песка 1К02А) и ввод т отвердитель (Зб-38 мл 5 -ного водно го раствора аммиака). Керамическа  смесь в рабочей полости вакуумной формы утверждаетс до студнеобразного состо ни , и через 2-3 мин опоку с вакуумной фор мой кантуют на 180 , отключают ее от вакуумной системы, извлекают керамический стержень после разрушени вакуумной формы и освобождают рамку котора  оформл ет знак стержн . Поскольку сыпучий материал, например кварцевый песок, после отключен вакуума высыпаетс  сам, а керамичес ка  смесь стабилизировалась частично , то адгези  между пленкой и мате риалом керамики плотно удерживает е на поверхности. Облицованный пленкой керамический стержень помещают в камеру под ИСТОЧНИКИ инфракрасных лучей, котор ми  вл ютс  лампы накаливани , и на гревают поверхностный слой керамики до 60-90 С с образованием на внутренней поверхности пленки мельчайших капелек сконденсировавшихс  на аэрозол х летучих составл ющих. После потери прозрачности полиэтиленовой пленки ее удал ют и незамедлительно поджигают пары раство рител . После выгорани  и удалени  летучих в течение 15-20 мин стержень подвергают прокалке в камерной электропечи сопротивлени  при температу ре не ниже и охлаждают вместе с печью до 0-50С; Благодар  нагреву керамического стержн  под пленкой и конденсации паров летучих составл ющих на послед ней ускор етс  образование конечной стабильной структуры керамики за счет старени  гел  и образуетс  мелка  сетка треи1ин в поверхностном слое керамическрго стержн  до выжигани , предотвращающа  разрушени  керамики при последующем их выжигании . При этом были получены высококачественные керамические стержни с се 0 мелких трещин и высокой размерной точностью, что подтвержает полученные результаты проведенных исследований зависимости качества от условий формовани  стержней, стабилизационной выдержки и удалени  летучих с поверхности керамики, сравнительные данные которых приведены в табл. 2. Из приведенных данных следует, что отклонени  на размеры отливок укладывают в пределы 5-7-го классов точности . В лабораторных услови х были получены крупные образцы из стали 15Л квадратного сечени  со стороной 150 мм по предлагаемому и известному способам. Дл  определени  качества литой поверхности в зависимости от трещиноватости поверхности керамииеских стержней выбран метод секущей пр мой с подсчетом количества гре-, бешков на единицу поверхности размером 100tOO мм, пролитых в зависимости от развитости трещин. Срав- . нительные результаты проведенных исследований представлены в табл. 3. Как видно из табл. 3, предлагаемый способ изготовлени  керамических форм позвол ет предупредить разрушение керамики и сократить врем  изготовлени форм путем образовани  сетки мелких трещин при стабилизирующей выдержке керамики под газопроницаемой диатермичной пленкой, через которую осуществл етс  нагрев поверхностного сло  инфракрасными лучами. Осуществление предлагаемого при использовании гипса и жидкостекольной смеси.осуществл етс  согласно изложенному . При этом на модель, покрытую пленкой , устанавливают не вакуумную опоку, а обычную. В опоку заливаетс  раствор гипса (алебастра), наливной .самоотвердевакзщей смеси на сульфидной барде, жидком стекле или другом св зующем , и после затвердевани  опока снимаетс . В опоку загружаетс  люба  из известных смесей, и после ее отверждени  опока снимаетс . Далее способ осуществл етс  в соответствии с изложенным. При использовании жидких пленок заполнение опоки производитс  после высыхани  пленки, как описано.Бьшо проведено вли ние на отливку по предлагаемому способу использование гипса а также твердых и жидких пленок. Сравнительные данные при использовании гипса, а также твердых и жидких пленок приведены в табл. А. Полученные по предлагаемому способу керамические стержни устанавли вались в жидкостекольные песчаные ф мы, которые заливали сталью 15Л сеЦО10 рым чугуном. Качество керамических стержней позволило полностью исключить механическую обработку литых рабочих гнезд заготовок кокильной оснастки. Экономическа  эффективность от реализации предлагаемого способа составит ориентировочно 10-20 руб. на единицу изделий металлооснастки. Таблица 1

11

12 Продолжение табл. 2

Примечание:

Т а б л и ц а 3 Отрицательные величины означают, что размеры отливки меньше, чем размеры в стержне, положительные величины означают, что размеры отливки превышают размеры стержн , т. е. отливка расшир етс ..

Claims (3)

1.Небогатов Ю. Е. и др. Специальные способы лить . М,, Машиностроение , 1975, с. 159.

2.Дошкарж И. и др. Производство точных сотливок. М., Машиностроение 1979, С.111.

3.Авторское свидетельство СССР № 399291, кл. В 22 С 9/04, 1971.

t. Авторское свидетельство СССР № 710750, кл. В 22 С 9/00, 977.