СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ Российский патент 1995 года по МПК B22C9/04 

Изобретение относится к литью по выплавляемым моделям (ЛВМ) и может быть эффективно использовано на операциях послойного нанесения и сушки покрытий в процессе изготовления оболочковых форм (ОФ).

Известен способ, в котором внешнее давление на обсыпочный материал осуществляется на всем протяжении сушки и отверждения каждого из покрытий [1]
Однако величина внешнего давления, используемого в известном способе, весьма мала и недостаточная для повышения прочности и трещиноустойчивости ОФ.

Известно изготовление оболочковых форм по выплавляемым моделям, включающее операции послойного нанесения суспензии на модель, обсыпку каждого слоя зернистым материалом, сушку и обработку формы, выплавление моделей [2]
Согласно изобретению, формирование многослойной оболочкой формы осуществляют по принятой технологии получения форм по выплавляемым моделям.

Затвердевающее покрытие последовательно проходит стадии реологии, ползучести, пластичности и упругости, начиная с того момента, когда покрытие наносится на модельный блок в сметаноподобном состоянии, весьма близком к вязкой жидкости. При вязкожидком, реологическом и ползучем состояниях на слой суспензии наносится слой обсыпочного материала и начинается воздействие внешнего избыточного давления (p-0). Это приводите к реализации силового внедрения каждого зерна в массу слоя суспензии до определенного момента.

Последний наступает в том (именно, в том) случае, когда каждое зерно соприкасается с соседними зернами в осевом и окружном направлениях. Дальнейшее внедрение зерен обсыпочного материала в суспензию прекращается.

Сказанное соответствует тому, что
ε_rн= ε_tн= ε_zн=0 (2) где ε_rн,ε_tн и ε_zн относительные смещения зерен обсыпочного материала на наружной поверхности ОФ в соответственно радиальном, окружном и осевом направлениях координатных осей.

На облицовочной поверхности также полагают
ε_ro= ε_to= ε_zo=0 (3) где ε_ro, ε_to и ε_zo те же смещения точек облицовочной поверхности ОФ.

Это положение принимают, так как выплавляемая модель в процессе затвердевания остается достаточно жесткой.

При прохождении пластической и упругой стадии в затвердевающем покрытии генерируются напряжения, которые возможно подсчитать согласно обобщенного закона Гука так
ε_r=(σ_r-kμ(σ_t+σ_z))/E+ε (4)
ε_t=(σ_t-kμ(σ_r+σ_z))/E+ε (5)
ε_z=(σ_z-kμ(σ_r+σ_t))/E+ε (6) где σ_r,σ_t и σ_z напряжения, соответствующие ε_r, ε_t и ε_z
ε < 0 свободная усадочная деформация (усадка) керамической суспензии;
E модуль упругости;
μ коэффициент Пуассона;
0<H ≅ 1 коэффициент несплошности (например, пористости) керамического материала.

Из совместного рассмотрения (2).(6) следует
σ_rн= σ_tн= σ_zн= σ_ro=σ_to=σ_zo=-εE/(1-2kμ) (7) т. е. на облицовочной и наружной поверхностях реализуются условия равноосного растяжения (σ > 0, т. к. ε > 0).

В условиях равноосного растяжения пластические деформации не возникают, так как форма нагружаемого тела не искажается. Поэтому полагают, что в таких условиях трещины не образуются, а само тело (в данном случае керамика) упрочняется.

Упомянутая прочность керамики ОФ определялась по формуле
σ_и 1,5Pl/bh² (8), где σ_и прочность керамики ОФ при изгибе, МПа;
P усилие, изгибающее образец керамики в виде пластины, H;
l=0,05 м расстояние между опорами, на которые уложена изгибаемая пластина длиной L=0,065 м,
b=0,02 м ширина пластины;
h=0,004 м толщина пластинки.

На этих же пластинках оценивалось качество керамики ОФ по параметрам шероховатости поверхности (ШП) и размерной точности (РТ), определяемых по соответствующей методике.

Параметры качества ОФ: ШП и РТ оценивались также по формуле
Ra -Va (9) где Ra параметр ШП ОФ, мкм;
Va параметр РТ ОФ, мкм;
C радиус зерна обсыпочного материала в ОФ, мкм;
c/h технологический фактор распределения обсыпочного материала в суспензии, устанавливающий численную связь между количествами обсыпочного материала и суспензии в покрытии и зависящий от характера укладки зерен обсыпочного материала на поверхности суспензии в покрытии.

Следует, что в условиях равновесного растяжения по (7) параметры ШП, РТ оптимизируются, трещины в ОФ не возникают (Ra=0=Va), благодаря чему качество ОФ значительно улучшается.

П р и м е р. Изготавливали образцы и опытные ОФ по технологии, наиболее распространенной при ЛВМ, приготовляя суспензию следующего состава: гидроли- зованный этилсиликат-32 IЛ; пылевидный кварцевый огнеупор 1,2-1,5 кг; обсыпочный материал кварцевый песок. Нанесение покрытий также производили по общепринятым в ЛВМ режимам.

Обсыпанные модельные блоки помещали в автоклавы различных конструкций и производили сушку и отверждение каждого покрытия в автоклаве под избыточным давлением различной величины.

Нижний предел внешнего избыточного давления подсчитывается по формуле
P_н g H ρ (1) где P_н нижний предел внешнего избыточного давления, МПа;
ρ 1300.1500 кг/м³ насыпная масса обсыпочного материала кварцевого песка;
H= Iм максимальная высота столба обсыпочного материала, уплотненного вокруг ОФ;
g=9,81 м/с² ускорение силы тяжести.

Подставляя эти данные в (1), получаем: величина нижнего предела внешнего избыточного давления P_н=0,015 МПа.

Верхний предел внешнего избыточного давления 1,5 МПа устанавливается с учетом технических возможностей промышленных автоклавок развивать давления максимальной величины 1,5 МПа.

Верхний и нижний пределы температуры нагрева ОФ-10 и 15^оС вытекают из необходимости создания перегрева (10^оС) (и точности его замера) 15^оС) модельного состава, достаточного для его расплавления.

Контролируя прочность и качество ОФ по прочности, ШП и РТ, анализировали результаты, представленные в таблице.

Из таблицы следует, что долевой вклад керамики в процессе формирования суммарной ШП и РТ оптимизирован (показатели 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15, 18, 19, 22, 23, 26, 27, 30 и 31). Это полностью подтверждает эффекты повышения качества и трещиностойкости ОФ, что способствует достижению одной из подцелей заявляемого решения.

Также следует, что керамики ОФ по мере нагнетания избыточного давления интенсивно упрочняется с 5.7 МПа (при P ≅ 0,015 МПа= до 6,6.8,4 МПа (при P= 1,5 МПа), т. е. в среднем на 25% (показатели 4, 8, 12, 16, 20, 24, 26 и 32 таблицы).

Покрытие для последнего слоя наносят под избыточным давлением в автоклаве при температуре на 10-15^оС превышающей температуру плавления модельного состава. При этом операцию отверждения керамики последнего покрытия совмещали с выплавлением модели из ОФ, так как внешнее давление нейтрализовало среднее расширение модельного состава.

Изобретение относится к литью по выплавляемым моделям, в частности, при изготовлении оболочковых форм. Сущность изобретения заключается в том, что в общепринятом способе изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям, включающем операции послойного нанесения суспензии на модель, обсыпку каждого слоя зернистым материалом, сушку и отверждение каждого слоя из слоев, осуществляют под внешним избыточным давлением не более 1,5 МПа. При этом сушку и отверждение последнего слоя возможно осуществляют одновременно с выплавлением моделей при температуре на 10 - 15°С выше температуры плавления модели. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ, включающий операции послойного нанесения суспензии на модель, обсыпку каждого слоя зернистым материалом, сушку и отверждение, выплавление моделей, отличающийся тем, что сушку и отверждение каждого слоя осуществляют под внешним избыточным давлением не более 1,5 МПа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку и отверждение последнего слоя осуществляют одновременно с выплавлением моделей при температуре на 10
15^oС выше температуры плавления модели.