Способ изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям

 

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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2