СПОСОБ СВЧ-ТЕРМООБРАБОТКИ КЕРАМИЧЕСКИХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ Российский патент 2007 года по МПК B22C9/04 

Способ СВЧ-термообработки керамических литейных форм с целью выплавления модельной массы и последующего их прокаливания относится к электрической обработке материалов и предназначен для отливки деталей сложной конфигурации в различных отраслях промышленности и прежде всего в авиационной промышленности.

Известен способ [1] воздействия СВЧ-энергии на литейную форму и выплавляемую модель до тех пор, пока выплавляемая модель не даст усадку и появится зазор между керамической формой и выплавляемой моделью, что должно исключить образование трещин разрывов в керамических формах.

Авторы способа [1] уделили главное внимание процессу изготовления литейных форм для литья по выплавляемым моделям и определили возможность нагрева их в СВЧ-печи. Они использовали для экспериментов камеру нагрева объемом 0, 042 м³ и образцы керамических форм объемом 33-65 см³, при максимальной мощности генератора Р=0,8 кВт время воздействия составляло 5-6 мин. Таким образом можно определить возможность нагрева моделей в СВЧ-поле, но не больше.

Исследования, проведенные с использованием бытовой микроволновой печи с очень малыми размерами образцов, не раскрывают возможности промышленного применения способа и отработки технологии.

Основными недостатками описанного изобретения можно считать следующие: нет ясности с нагревом нормальных литейных форм, в особенности многоэлементных блоков; неверно заявление о том, что время воздействия СВЧ-энергии на литейные формы определяется их массой и формой. От массы может зависеть только уровень подводимой к литейным формам СВЧ-мощности. Время воздействия должно быть минимальным и никак не больше 1-2 мин.

Наиболее близким является изобретение [2] российских авторов под названием «Способ изготовления многослойных неразъемных литейных форм и устройство для его осуществления», целью которого является «интенсификация процессов сушки слоев и выплавления моделей».

Здесь основное внимание уделено сушке слоев керамики, наносимых на блоки воскообразных моделей. О выплавлении воскообразных моделей лишь упоминается и технология не описывается.

К недостаткам изобретения [2] можно отнести следующие: камера нагрева, выполненная в форме многогранника, с двойным вводом СВЧ-энергии не может обеспечить равномерности нагрева литейных форм, поскольку эта форма близка к цилиндрической, а в большом цилиндре СВЧ-поле не бывает равномерным. Двойной ввод СВЧ-энергии от единого генератора создает условия для интерференции, которая увеличивает неравномерность. Для повышения равномерности авторами разработана очень сложная конструкция.

Следует отметить то, что ввод мелкодисперсной массы с большими потерями СВЧ-энергии, например графита, во многих случаях, например при отливке изделий из нержавеющих сталей, структура становится ауксенитной, что приводит к браку.

Существенным недостатком является неотработанность технологии выплавления модельной массы из керамических блоков.

Известно изобретение [3] «установка для выплавления моделей из керамических форм». Авторы предложили сложную конструкцию для улучшения качества модельного состава. Установка содержит камеру, цилиндрический экран внутри камеры, поддон с перегородками для сбора модельной массы. Насколько стабильно может работать такая установка, в которой большую роль играют перегородки, установленные в поддоне в строгое положение и многое зависит от воздушного потока, судить трудно. Однако можно судить о том, какое внимание уделяется сохранению в чистоте модельной массы для последующего использования.

В литейном производстве до настоящего времени применяются традиционные технологии термообработки литейных форм. Сущность процесса заключается в нагреве их в кипящей воде либо перегретым паром до температуры, при которой начинает расплавляться модельная масса. Модельная масса медленно нагревается от стенок литейных форм и между ними образуется зазор, позволяющий части модельной массы, оставшейся твердой, выпасть через литниковую чашу. Литейные формы могут выдерживаться в кипящей воде либо в перегретом паре до полного выплавления модельной массы. При таком нагреве керамических литейных форм нередко происходит их растрескивание, приводящее их в негодность. Модельная масса смешивается с водой и полностью идет в отходы. После удаления литейной массы литейные формы подлежат промывке с последующей сушкой в камере, продуваемой нагретым воздухом в течение нескольких часов, прежде чем они поступят на прокалку.

Предлагаемый способ СВЧ-термообработки керамических литейных форм позволяет устранить недостатки, отмеченные в каждом из вышеприведенных способов.

Сокращение времени термообработки керамических форм до 40...120 секунд исключает одновременный нагрев керамики литейных форм и модельной массы, что не допускает образования трещин и даже разрушения литейных форм из-за существенной разницы в температурном расширении керамики и модельной массы.

Дозированный уровень поступающей в камеру СВЧ-энергии, составляющий 200-400 Вт на каждый килограмм массы литейных форм, позволяет осуществлять термообработку значительного количества керамических форм, выполненных из таких материалов как Al₂О₃, Fe₂О₄, MnO₂, независимо от их массы.

Возможность прокаливания литейных форм сразу после удаления модельной массы обеспечивает полное ее удаление и высокую степень чистоты внутренней поверхности литейной формы, так как исключается процесс промывки керамических форм с последующей их сушкой.

Осуществление предлагаемого способа СВЧ-термообработки керамических форм для литья по выплавляемым моделям возможно при наличии многомодовой камеры СВЧ-нагрева, описанной в патенте [4], объемом около 3 куб. м., работающей на частоте 915 МГц. В камере нагрева устанавливается поворотная диэлектрическая платформа, которая содержит от 10 до 20 отверстий. Над каждым отверстием при загрузке устанавливаются керамические литейные формы так, чтобы литниковые чаши форм совпадали с отверстиями в платформе. Для сбора модельной массы под поворотной платформой устанавливают поддоны.

Работа по СВЧ-термообработке керамических форм производится следующим образом. Включают электропривод вращения платформы и устанавливают на платформу на каждое отверстие керамические блоки с модельной массой. Дверь камеры закрывают. Скорость вращения платформы устанавливают равной 1-3 об/мин. Включают СВЧ-генератор и устанавливают значение выходной мощности из расчета 200...400 Вт на килограмм массы керамических форм. При этом время нагрева должно составлять 40...120 секунд. По истечении указанного времени уровень мощности снижают на 15-25% и обеспечивают выдержку керамических форм в течение 4-8 минут для полного удаления остатков модельной массы и прокаливания их при температуре 200-250°С, что повышает их прочность перед обжигом. После этого СВЧ-генератор отключают. После охлаждения керамических форм до температуры 70-80°С их выгружают из камеры. Останавливают вращение платформы и выгружают поддоны с выплавленной модельной массой.

После выгрузки литейные формы подвергают обжигу традиционными способами, после чего заливают металлом и получают изделия высокого качества. Вышеизложенное подтверждено совместной с ВИАМ и заводом «Салют» отработкой технологии.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к термообработке керамических форм для литья по выплавляемым моделям, выполненных на основе Al₂О₃, Fe₂O₄, MnO₂. Литейные формы размещают в камере СВЧ-нагрева на поворотной платформе с отверстиями. Литниковые чаши литейных форм располагают над отверстиями, количество которых равно количеству литейных форм. Платформу приводят во вращение со скоростью 1-3 об/мин. Уровень мощности СВЧ-энергии устанавливают из расчета 200-400 Вт на каждый килограмм массы литейных форм и осуществляют нагрев в течение 40-120 с. Уровень СВЧ-мощности снижают на 20-25% и выдерживают литейные формы в течение 4-8 минут для их прокаливания и полного удаления модельной массы. Отключают СВЧ-генератор, осуществляют охлаждение литейных форм до 70-80°С, выгружают литейные формы и выплавленную модельную массу. Обеспечивается ускорение технологического процесса, улучшение качества поверхности изделий и многократное использование модельной массы.

Способ СВЧ-термообработки керамических форм для литья по выплавляемым моделям, выполненных на основе Al₂O₃, Fe₂O₄, MnO₂, включающий размещение литейных форм в камере СВЧ-нагрева, установку их на поворотную платформу так, чтобы литниковые чаши совпадали с отверстиями, выполненными в поворотной платформе, приведение платформы во вращение, воздействие СВЧ-энергией для выплавления модельной массы, отличающийся тем, что платформу вращают со скоростью 1-3 об/мин, уровень мощности СВЧ-энергии устанавливают из расчета 200-400 Вт на каждый килограмм массы литейных форм и осуществляют нагрев в течение 40-120 с, затем уровень мощности понижают на 15-25% и выдерживают литейные формы в течение 4-8 мин для обеспечения прокаливания их и полного удаления модельной массы, отключают СВЧ-генератор и осуществляют охлаждение литейных форм до 70-80°С, выгружают литейные формы и выплавленную модельную массу.