Способ изготовления многослойных неразъемных литейных форм и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к литью по выплавляемым моделям (ЛВМ) и применяется при формировании оболочек и выплавления воскообразных моделей из отвержденных оболочек. Сушку слоев проводят с использованием СВЧ-энергии в два этапа. На первом слои нагревают в разреженном воздушном потоке до температуры, при которой последний достигает температуры ниже на 1-4^oС температуры теплоустойчивости применяемого модельного состава. На втором этапе поддерживают этот интервал температур за счет изменения уровня подводимой СВЧ-мощности. Продукты сушки непрерывно удаляются с поверхности наружных слоев оболочек. Температура разреженного воздушного потока составляет 20-25^oC на обоих этапах. Выплавление моделей из оболочек осуществляют СВЧ-энергией. Создается двухсторонний тепловой поток, снаружи - нагреваемым сухой оболочкой, изнутри - нагреваемым стояком-каркасом. В состав суспензии при ее приготовлении дополнительно вводят активную мелкодисперсную добавку с повышенными диэлектрическими потерями. Устройство снабжено элементами, обеспечивающими удаление продуктов сушки, охлаждение поверхности оболочки и выплавление моделей из оболочек. Изобретение обеспечивает интенсификацию процессов, повышение производительности. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к литейному производству и применяется для изготовления отливок сложной конфигурации методом литья по выплавляемым моделям (ЛВМ), а именно на технологических операциях: сушки оболочек, образованных поочередным нанесением на блоки воскообразных моделей, собранных на стояках-каркасах, суспензий, приготовленных преимущественно совмещенным способом на основе этилсиликатных связующих растворов типа ОРГ-3 или водно-спиртовых растворов и мелкодисперсных огнеупорных наполнителей, с последующей обсыпкой незатвердевшего слоя зернистым огнеупором при формировании многослойных оболочек, выплавления (удаления) воскообразных моделей из полостей отвержденных многослойных оболочек с целью образования неразъемных литейных форм.

Известен способ изготовления керамических форм по удаляемым моделям, в котором сушку нанесенной обмазки на блоки парафино-стеариновых моделей производят в электрическом поле сверхвысокой частоты (СВЧ) [1]. Недостатком способа является продолжительный цикл сушки нанесенной обмазки, связанный с низкой интенсивностью испарения влаги с ее поверхности и внутреннего влагопереноса, а также неэффективное использование СВЧ-энергии на заключительной стадии сушки, характеризуемой снижением содержания влаги до 1% и низкими диэлектрическими потерями в обмазке.

Кроме того, работа СВЧ-генератора в условиях малых нагрузок сокращает срок службы магнетрона по известным причинам и требует установки балластных оконечных нагрузок.

Наиболее близким к изобретению в части сушки слоев по технической сущности и достигаемому результату является способ сушки оболочек, изготовленных на основе водного шликера с чередованием этапов интенсивного нагрева СВЧ-энергией с этапами, в которых испарение влаги с поверхности осуществляется за счет обдува формы потоком воздуха [2]. Недостатком способа является неравномерное протекание процессов испарения влаги с поверхности и внутреннего ее массопереноса к поверхности, в большей степени проявляющееся с увеличением числа наносимых слоев оболочки.

Известен способ выплавления моделей из полости отвержденных многослойных оболочек диэлектрическим нагревом последних СВЧ-энергией [3]. Способ заключается в предварительном пропитывании нанесенных на модельные блоки и отвержденных многослойных оболочек водой с последующим размещением их в нагревательной камере, где создают СВЧ-поле. Недостатком способа является частичное разупрочнение оболочки водой, что вызывает повышенный риск возникновения скрытых дефектов в будущих формах. Кроме того, во влажную оболочку невозможно подвести в начальный момент значительную СВЧ-мощность, необходимую для быстрого оплавления поверхности модели. По мере ухода влаги из оболочек интенсивность процесса будет снижаться.

Из всего многообразия устройств, применяемых для нагрева и сушки различных материалов в СВЧ-поле, наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является установка СВЧ-сушки многослойных форм [4] роторного типа, выполненная в виде восьмигранника, на боковых стенках которого расположены вводы СВЧ-энергии с образованием горизонтальных и вертикальных рядов, при этом соседние вводы энергии имеют взаимно перпендикулярную поляризацию. На роторе размещены четыре равные по объему камеры нагрева, имеющие в сечении форму неравностороннего шестигранника и образованные продольными и поперечными перегородками, закрепленными на роторе. Модельные блоки в процессе обработки СВЧ-энергией имеют возможность вращения, вертикального перемещения и крепятся на подвесках, связанных со сканерами. Камеры нагрева оснащены системой пароудаления и охлаждения модельных блоков потоком воздуха, направленного снизу-вверх. Установка предназначена для сушки керамических форм и, учитывая специфику ее конструкции, будем считать применяемой и для сушки слоев при формировании многослойных оболочек на блоках воскообразных моделей, что в данном источнике не отражено. Использование установки для осуществления предлагаемого изобретения в части сушки слоев оболочек ограничивается ввиду наличия следующих недостатков: конструкция установки не позволяет обеспечить необходимый технологический режим сушки и высокую интенсивность процесса без потерь качества многослойных оболочек, высокие капитальные и эксплуатационные затраты, низкую производительность установки.

Целью изобретения является интенсификация процессов сушки слоев и выплавления моделей, повышение эффективности использования СВЧ-энергии, качества оболочек и снижение брака литейных форм и отливок, а также создание устройства для его осуществления, обеспечивающего расширение технологических возможностей, повышение производительности, снижения капитальных и эксплуатационных расходов.

Это достигается тем, что согласно способу изготовления многослойных неразъемных литейных форм с использованием СВЧ-энергии, сушку слоев, поочередно наносимых на блоки воскообразных моделей, осуществляют дополнительным воздействием разреженного воздушного потока в два этапа, на первом этапе нагревают слои до достижения температуры отходящего от модельных блоков разреженного паровоздушного потока ниже на 1 - 4^oC температуры теплоустойчивости применяемого модельного состава, на втором этапе поддерживают этот интервал температур за счет изменения уровня подводимой СВЧ-мощности с непрерывным удалением выделяющихся паров растворителя и воды с поверхности наружных слоев оболочек и одновременным ее охлаждением, поступающим к модельным блокам разреженным воздушным потоком с температурой 20 - 25^oC на обоих этапах сушки. Выплавление воскообразных моделей из отвержденных многослойных оболочек осуществляют двухсторонним тепловым потоком, создаваемым, снаружи - нагреваемой сухой оболочкой, изнутри - нагреваемым стояком-каркасом, выполненным из термостойкого диэлектрического материала с СВЧ-поглощающим наполнителем. При этом в состав суспензии при ее приготовлении в обоих случаях дополнительно вводят активную мелкодисперсную добавку с повышенными диэлектрическими потерями, являющуюся и частью огнеупорного наполнителя. Устройство для осуществления способа, содержащее корпус, жесткость которого обеспечивается сварным каркасом с окном загрузки и дверью, внутри которого расположен ротор, связанный с приводом, СВЧ-модуль с волноводами и вводы СВЧ-энергии с взаимно ортогональными плоскостями поляризации волны, систему охлаждения модельных блоков и удаления продуктов сушки через вентиляционные СВЧ-фильтры, при этом рабочая камера, являющаяся поочередно камерой сушки и камерой для выплавления моделей, образована стенками корпуса, выполненного в виде девятигранника с дверью, стенки которой образуют две грани корпуса камеры, на роторе с закрепленными на нем опорными дисками, установленном в обойме и опирающимся на шары, расположенные в фиксаторах, закрепленных на основании, размещены столики, выполненные в виде зубчатых колес и посаженные на валы, установленные в центре опорных дисков и имеющие в верхней части посадочные штыри, при этом столики, расположенные по окружности ближе к центру ротора, входят в зацепление с соответствующими наружными, а последние, размещенные у края плоскости ротора, имеют возможность входить в зацепление с зубчатыми секторами при вращении ротора, СВЧ-модуль создан на основе одного магнетрона с двумя вводами энергии, размещенными на задней стенке корпуса, в объем рабочего пространства камеры сверху введен согласующий экран, имеющий возможность вращаться и одновременно перемещаться по вертикали, на боковых стенках корпуса с одной стороны через СВЧ-фильтры установлены отсасывающий и приточный воздуховоды с введенными внутрь датчиками контроля параметров воздушного потока, рабочая камера имеет систему удаления расплавленного модельного состава. При этом дверь связана с корпусом камеры уплотнением, обеспечивающим надежный электрический контакт по всему периметру и необходимую герметизацию при закрытом положении двери, а контакт ротора с обоймой осуществляется через ролики, разделенные сепараторами, с основанием через шары, равномерно размещенные по двум окружностям плоскости ротора. Вдоль боковых стенок корпуса камеры на обойме неподвижно установлены зубчатые сектора. Модельные блоки, установленные на штыри, имеют возможность перемещаться в пространстве рабочей камеры по круговым орбитам с одновременным поворотом на 540^o при каждом полном обороте ротора. Вводы СВЧ-энергии размещены в местах, обеспечивающих необходимую развязку между ними, а волноводный тракт защищен от продуктов сушки диэлектрическими радиопрозрачными вставками. Отсасывающий воздуховод связан с вентилятором, создающим разрежение в рабочей камере при сушке слоев. Система удаления расплавленного модельного состава включает в себя конические отверстия в столиках, кольцевые конические канавки с отверстием в опорных дисках, воронки в роторе и кольцевой конический канал с отверстием, выполненный в основании, при этом перечисленные элементы последовательно сверху вниз сообщаются между собой, имеют наружный слой СВЧ-поглощающего покрытия и связаны с водонагревамым от системы охлаждения СВЧ-модуля запредельным волноводом, отверстием в днище корпуса камеры, емкость, установленную на транспортную тележку.

При разработке предлагаемого способа и устройства для его осуществления учитывались особенности технологии послойного формирования оболочек на блоках воскообразных моделей и выплавления модельной массы для образования многослойной формы ЛВМ, физические свойства применяемых материалов, в т.ч. и в СВЧ-диапазоне.

Слой оболочки, нанесенный на модельный блок, представляет из себя композицию диэлектриков с различными электрофизическими свойствами и способностью поглощать СВЧ-энергию. Основу слоя составляют огнеупорные мелкодисперсный наполнитель и зернистая обсыпка из окислов и их соединений, преимущественно кварца (SiO₂) или электрокорунда (альфа Al₂O₃), обладающих низкими значениями диэлектрических потерь, связующим является гидролизованный раствор этилсиликата, в состав которого обычно входит 10 - 20% условного SiO₂, растворенного в жидкой фазе, которую при сушке необходимо удалить, обеспечивая тем самым условия для образования геля и "сшивки" зерен основы. Жидкая фаза включает в себя водно-спиртовую смесь в различных соотношениях в зависимости от типа связующего раствора с добавками и имеет наибольшие диэлектрические потери. При этом относительное содержание жидкой фазы по толщине образующейся оболочки после каждого нанесенного слоя в начальный момент сушки неравномерно и с увеличением числа слоев максимальное ее значение смещается от поверхности модели к центральной части оболочки. Поэтому при воздействии СВЧ-энергии в первую очередь интенсивно будут прогреваться области с повышенным содержанием жидкой фазы, т.е. внутренняя часть слоя, отдавая тепловую энергию огнеупорной основе и поверхности модели за счет теплопроводности. Одновременно будет осуществляться миграция жидкой фазы к поверхности оболочки.

Закон внутреннего массопереноса жидкой фазы при высокочастотной сушке для материалов, имеющих капиллярно-пористую систему, характеризуется общим уравнением: q_m= -a_mρ_o▿U-a_mρ_o▿t-k_p▿P, (1) где ▿U,▿t,▿P - градиенты влагосодержания, температуры и давления соответственно; A_m - коэффициент диффузии влаги; ρ_o - плотность сухого скелета; k_p - коэффициент молярного переноса влаги под влиянием градиента давления.

Как следует из уравнения (1), при наличии внутреннего источника тепла градиенты ▿U,▿t,▿P направлены в одну сторону к наружной поверхности оболочки и способствуют повышению интенсивности процесса сушки в начальной стадии, а при температурах сушки менее 100^oC последним членам уравнения (1) k_p▿P можно пренебречь.

По мере выравнивания содержания жидкой фазы по толщине оболочки и усреднения температурного поля на последующих стадиях сушки способность диффузии жидкой фазы к поверхности за счет влагопроводности и термовлагопроводности будет снижаться и эффективность сушки только воздействием СВЧ-энергией падает, а при достижении содержания жидкой фазы в оболочке менее 5% становится неэффективной. Поэтому обеспечить высокую интенсивность процесса можно при условии сохранения однонаправленности градиентов ▿U и ▿t на всем протяжении процесса сушки при воздействии СВЧ-энергии. Наиболее простым и эффективным способом сохранения на всех стадиях сушки градиента ▿U является использование совместно с СВЧ-энергией более дешевого вида энергоподвода - обдува наружного слоя оболочки потоком подогретого воздуха. При этом выделяющаяся на поверхность оболочки жидкая фаза будет уноситься потоком воздуха, создавая постоянный градиент влагосодержания из-за дефицита его на поверхности и избытка внутри слоя (слоев) оболочки. Что касается термовлагопроводности, то создать постоянный градиент ▿t в оболочке на всех стадиях сушки указанным способом не удастся, т.к. после выравнивания температуры внутри оболочки и ее наружной поверхности интенсивность массопереноса жидкой фазы будет определяться в основном градиентом ▿U. По мере ухода жидкой фазы из оболочки энергия внутреннего источника тепла будет убывать, а вместе с ней и температура внутри слоя (слоев) оболочки и, когда последняя окажется ниже, чем на поверхности оболочки, градиент ▿t будет препятствовать градиенту ▿U, увеличивая продолжительность сушки, что имеет место при конвективном процессе - сушке оболочек только подогретым потоком воздуха. Поэтому, в данном случае необходимо увеличивать подводимую СВЧ-мощность и время ее воздействия на объект, что повышает энергоемкость процесса и создает небезопасные условия для эксплуатации магнетрона. Для поддержания градиента температуры ▿t в оболочке на всех стадиях сушки предлагается, с одной стороны, создание внутри слоя (слоев) оболочки постоянно действующего под воздействием СВЧ-поля источника тепла, в меньшей мере зависящего от содержания жидкой фазы в них путем введения в суспензию при ее приготовлении активной мелкодисперсной добавки, являющейся частью огнеупорного наполнителя и обладающей более высокими диэлектрическими потерями и способностью поглощать СВЧ-энергию, например пылевидный диоксид титана (TiO₂), имеющий диэлектрическую проницаемость = 90, тангенс угла потерь 5,0 · 10^-v при температуре 20^oC и огнеупорность свыше 1800^oC, в количестве 5,0 - 15,0% от массы основного наполнителя, с другой стороны, дополнительного воздействия на поверхность наружного слоя оболочки воздушного потока с температурой ниже, чем температура, достигаемая внутри слоя (слоев) воздействием СВЧ-энергии. Поэтому, чем выше внутренний нагрев слоев оболочки и ниже температура воздушного потока, охлаждающая поверхность модельного блока, тем интенсивнее внутренний массоперенос жидкой фазы к поверхности.

Но здесь есть ограничения: во первых, теплоустойчивость широко применяемых на практике воскообразных модельных составов находится в интервале температур 30 - 43^oC и превышение ее на поверхности моделей при сушке слоев оболочки для конкретного случая приводит к недопустимым отклонениям по размерной точности будущей формы, а впоследствие и отливок, во вторых, скорость потока воздуха не должна превышать 5 м/с, т.к. при больших скоростях наблюдается сдувание зерен обсыпки с незатвердевших слоев в начале сушки, а чрезмерное снижение температуры воздушного потока ниже, чем температура на производственных участках в цехах точного литья, которая составляет 20 - 25^oC, приводит к неоправданным затратам энергоносителей и увеличению времени сушки. С учетом указанных ограничений выявляются допустимые режимы сушки слоев оболочки, которые предусматривают внутренний нагрев их СВЧ-энергией до температуры теплоустойчивости применяемого модельного состава, поддержания этой температуры с одновременным обдувом поверхности оболочек воздушным потоком со скоростью 3 - 5 м/с и температурой 20 - 25^oC. Но использование воздушного потока с такими параметрами согласно расчетам увеличивает его расход и общее время сушки из-за низкой интенсивности испарения жидкой фазы с поверхности оболочек, которая определяется формулой Дальтона-Рихмана.

где B - давление окружающей среды; P_пов - парциальное давление паров жидкой фазы на поверхности оболочки; P_в - парциальное давление водяных паров в окружающем воздухе; β - коэффициент испарения, учитывающий влияние скорости и относительной влажности воздушного потока.

Как следует из формулы (2), при фиксированных и указанных режимах СВЧ-конвективной сушки слоев оболочек повысить интенсивность испарения жидкой фазы с поверхности оболочек и привести ее в соответствие с интенсивностью внутреннего массопереноса возможно за счет снижения величины параметра B, т. е. созданием в сушильной камере разрежения и, чем выше, тем эффективнее процесс испарения жидкой фазы. Поэтому воздействие разреженного воздушного потока с заданной температурой на поверхность оболочек в сочетании с их внутренним подогревом СВЧ-энергией, эффективность использования которой повысится с введением в состав оболочки активной огнеупорной добавки с повышенными диэлектрическими потерями, создает новую совокупность существенных признаков, обеспечивающих получение требуемого технического результата.

Внесение в состав суспензии, а затем и присутствие в оболочке огнеупорного мелкодисперсного материала повышенными диэлектрическими потерями позволит интенсифицировать и процесс выплавления воскообразных моделей за счет возможности подвода к многослойной сухой оболочке, что отличает предлагаемый способ от прототипа, практически любой СВЧ-мощности, не опасаясь при этом за разрушение оболочки из-за резкого подъема температуры и давления паров воды, что имеет место в известном способе. Использование СВЧ-энергии целесообразно еще и объемным нагревом оболочки, способствующим более быстрому оплавлению контактного слоя модели с образованием зазора между оболочкой и моделью, который будет компенсировать последующее тепловое расширение модели, не создавая напряженного состояния, тем более разрушающих напряжений в самой многослойной оболочке и чем быстрее оплавится контактный слой, т.е. чем большую СВЧ-мощность можно подвести к оболочке, тем выше вероятность получения бездефектной оболочковой многослойной формы. Модельные составы, обладая очень малыми диэлектрическими потерями, практически не генерируют СВЧ-энергию.

Кроме того, использование СВЧ-энергии для выплавления воскообразных моделей позволит создать в обрабатываемых модельных блоках двухсторонний тепловой поток, что является еще одним отличием от прототипа, с одной стороны, наружным нагревом самой многослойной оболочки, с другой стороны, внутренним нагревом стояка-каркаса, который при известных традиционных технологиях изготавливают из легких металлов и сплавов, а затем наносят на него равномерной слой модельной массы до 5 - 10 мм. Применять металлические стояки-каркасы в случае использования СВЧ-энергии недопустимо по известным причинам, поэтому для обеспечения вышеуказанных условий и получения требуемого технического результата предполагается изготовление стояков-каркасов из диэлектрического материала, хорошо поглощающего СВЧ-энергию и обладающего достаточной механической прочностью и термостойкостью, например графитонаполненная композиция полиамида 6 блочного, выпускаемого АО "Метафракс" г. Губаха Пермской области. При нагревании стояков-каркасов совместно с оболочками интенсивность выплавления модельного состава из стояка будущей формы значительно повысится, что позволит создать более благоприятные температурные условия для нагрева и истечения модельной композиции из полостей, оформляющих сами отливки.

При разработке устройства для осуществления способа изготовления многослойных форм ЛВМ учитывалось одно обстоятельство, объединяющее процесс сушки слоев и выплавления моделей, это тепловой эффект, создаваемый в оболочке при воздействии СВЧ-энергией, при этом конструкция устройства должна обеспечивать:
равномерность нагрева многослойных оболочек, что особенно важно при сушке наносимых слоев;
удаление продуктов сушки из камеры и охлаждение поверхности оболочек разреженным воздушным потоком;
удаление расплавленного модельного состава из объема рабочей камеры;
защиту обслуживающего персонала от неиспользуемого (паразитного) СВЧ-излучения.

Анализ устройств для нагрева СВЧ-энергией сложных по конфигурации изделий показывает, что их термообработку целесообразно проводит в объемных резонаторах. При выборе типа резонатора необходимо учитывать, что напряженность электрического поля по объему резонатора различна, а значит и нагрев изделий будет различным, что в данном случае снизит качество оболочек и литейных форм.

Для повышения равномерности нагрева изделий в прототипе использован эффект "дробления" вводимой в камеру СВЧ-мощности с независимым вводом энергии по 12 волноводам, которые образуют горизонтальные и вертикальные ряды с взаимно перпендикулярной поляризацией соседних вводов энергии. Сравнение предложенного технического решения с прототипом показывает, что использование СВЧ-модуля, построенного на основе одного магнетрона с большей единичной мощностью и двумя вводами энергии в камеру с взаимно перпендикулярной поляризацией, позволит существенно улучшить такие эксплуатационные и конструктивные характеристики СВЧ-генератора и устройства в целом, как КПД, потребляемая мощность, интегральный рабочий ресурс и масса источника питания. Не менее важно и то обстоятельство, что с увеличением материалоемкости резко возрастает стоимость оборудования.

Повышение равномерности нагрева оболочек в конструкции предлагаемого устройства дополняется следующими техническими решениями, отличающимися от прототипа:
рабочая камера образована металлическими стенками корпуса, выполненного в виде девятигранника с дверью, внутренние стенки которой образуют две грани корпуса и связаны с ним надежным электрическим контактом по всему периметру за счет уплотнения, что позволит создать в камере более чем 5-кратное отражение волн, в связи с большим количеством поверхностей отражения;
перемещение по двум окружностям в пространстве рабочей камеры модельных блоков с одновременным поворотом их на 540^o при одном полном обороте ротора, дает возможность каждому единичному объему нагреваемой оболочки кратковременно пересечь намного больше точек с различными значениями напряженности электрического поля и в большей мере усреднить суммарный нагрев оболочки и, кроме того, каждый новый оборот ротора изделия начинают противоположной стороной к поступающему в рабочую камеру воздушному потоку;
ввод сверху в камеру согласующего экрана в виде сетки с наружным квадратным каркасом, имеющего возможность вращения в направлении, противоположном вращению ротора и перемещения по вертикали, осуществляет аналогичные функции, связанные с вращением и перемещением по вертикали подвешенных модельных блоков в прототипе и, кроме того, обеспечивает рассеивание электромагнитных волн с одновременным изменением граничных условий, что способствует лучшему выравниванию плотности энергии электромагнитного поля по объему камеры.

Отличительной особенностью устройства является удаление продуктов сушки (паров спирта, воды) и охлаждение поверхности оболочек разреженным воздушным потоком, создаваемым отсасывающим вентилятором, связанным с рабочей камерой через воздуховод и СВЧ-фильтр, при этом приточный и отсасывающий воздуховоды оснащены датчиками контроля параметров поступающего в камеру и выходящего из нее разреженного воздушного потока.

Устройство предназначено также и для выплавления моделей из отвержденных оболочек, что является еще одним отличием от прототипа и обладает новизной, т. к. устройств, осуществляющих поочередно эти два приведенных процесса с совокупностью существенных признаков из источников информации, не известно. Для реализации этого технического решения нагрев отвержденной сухой оболочки производят при значительно высоких уровнях СВЧ-мощности с удалением расплавленной модельной композиции из объема рабочей камеры через предлагаемую разработанную систему последовательно сообщающихся от верха к низу конструктивных элементов, связанных с запредельным волноводом отверстием в днище корпуса камеры. При этом, во избежание потери текучести модельным составом и возникновения непроходимых участков в системе удаления поверхность элементов покрыта СВЧ-поглощающим слоем, например СВЧ-поглощающей керамики толщиной 3 - 5 мм, а запредельный волновод с двойными стенками нагревается за счет утилизации тепла от системы охлаждения СВЧ-модуля.

Защита обслуживающего персонала от неиспользуемого (паразитного) СВЧ-излучения обеспечивается следующими конструктивными решениями: применением шовной сварки при монтаже корпуса рабочей камеры, установкой воздушных СВЧ-фильтров и электрических заградительных фильтров для ввода высокого напряжения в СВЧ-модуль, а также силовых и сигнальных вводов в рабочую камеру, уплотнениями при фланцевом соединении элементов волноводного тракта и уплотнением по периметру двери рабочей камеры, выполненного из оплетки коаксиального кабеля, надетой на шланг из вакуумной резины, что является также отличительным признаком от прототипа, сетчатым ограждением вокруг рабочей зоны устройства с дверью, снабженной блокировкой по включению высокого напряжения.

Отличительным признаком является и то, что ротор, во избежание горизонтального смещения, контактирует с обоймой через ролики, разделенные сепараторами, а шары, на которые он опирается, равномерно размещен по двум окружностям плоскости ротора.

Следующее отличие состоит в том, что зубчатые сектора установлены неподвижно на обойме вдоль боковых стенок корпуса и предназначены для обеспечения поворота столиков с блоками при вращении ротора.

Еще одно отличие заключается в том, что вводы СВЧ-энергии размещены в местах, обеспечивающих необходимую развязку между ними, что намного сложнее осуществить в прототипе даже с использованием дополнительных аппаратурных затрат, а волноводный тракт защищен от продуктов сушки радиопрозрачными диэлектрическими вставками.

На фиг. 1 изображено в плане, с условно удаленной верхней стенкой, устройство для осуществления способа изготовления многослойных неразъемных литейных форм, на фиг. 2 - разрез по АБ.

Устройство состоит из привода 1, корпуса рабочей камеры 2, являющейся поочередно как сушильной камерой, так и камерой для выплавления модельного состава. Корпус рабочей камеры выполнен в виде девятигранника из листового металла с окном загрузки и дверью 3, внутренние стенки которой образуют две грани корпуса, жесткость которого обеспечивается сварным металлическим каркасом 4. Дверь снабжена блокировочным контактом (не показан), исключающим включение высокого напряжения магнетрона при неплотном ее закрытии стопорным механизмом (не показан) и позволяющим фиксировать ротор в 4-х положениях при его повороте на 90^o при загрузке модельных блоков. Между корпусом камеры и дверью установлено уплотнение 5, выполненное из оплетки коаксиального кабеля, надетой на шланг из вакуумной резины, что обеспечивает как необходимую герметизацию рабочей камеры, так и надежный электрический контакт по всему периметру двери рамы 6, на которую установлена рабочая камера с приводом. Внутри рабочей камеры расположен ротор 7 с закрепленными на нем двенадцатью опорными дисками 8. Ротор установлен в обойме 9, контакт с которой осуществляется через ролики 10, разделенные сепараторами 11, и опирается на двадцать четыре металлических шара 12, расположенных равномерно по двум окружностям по плоскости ротора в фиксаторах 13, закрепленных на основании 14, имеющего форму днища корпуса камеры и установленного на нем. Зубчатые сектора 15 размещены неподвижно на обойме вдоль боковых стенок корпуса камеры. Столики 16 выполнены в виде зубчатых колес и посажены при помощи шлицевых соединений на валы 17, которые установлены по центру в опорных дисках и имеют в верхней части посадочные штыри 18, закрепленные резьбовыми соединениями, для установки модельных блоков 19 при помощи стояков каркасов 20, при этом столики, расположенные ближе к центру ротора, входят в зацепление с соответствующими наружными, а наружные столики, размещенные у края плоскости ротора, имеют возможность входить в зацепление с зубчатыми секторами (показано условно) при вращении ротора, что обеспечивает также возможность поворота каждого столика и модельного блока на 540^o при каждом полном обороте ротора. Вал 21 связывает привод с ротором. СВЧ-модуль с волноводным трактом 22 установлен на консоли 23, приваренной к раме. Окна-вводы СВЧ-энергии 24, плотно закрытые радиопрозрачными диэлектрическими вставками 25, имеют взаимно ортогональную плоскость поляризации электромагнитной волны и размещены на задней стенке корпуса рабочей камеры в местах, обеспечивающих необходимую развязку между ними. Согласующий экран 26 выполнен в виде металлической сетки с наружным квадратным каркасом, входящий сверху в объем рабочей камеры, и закреплен на валу 27, связанного с приводом 28, обеспечивающего вращение экрана в направлении, противоположном вращению ротора и перемещение его по вертикали. Система охлаждения модельных блоков и удаления продуктов сушки из объема рабочей камеры включает воздуховоды, закрепленные с одной стороны на боковых стенках камеры через вентиляционные СВЧ-фильтры 29, выполненные в виде сотовых решеток, приточный 30 и отсасывающий 31, связанный с вентилятором (не показан), создающим разрежение в рабочей камере при сушке, датчики контроля температуры 32 и влажности 33 воздушного потока. Система удаления расплавленного модельного состава из рабочей камеры включает конические отверстия 34 в столиках, кольцевые конические канавки 35 с отверстиями 36 в опорных дисках, воронки 37 в роторе, кольцевой конический канал 38 с отверстием 39, выполненными в основании, при этом перечисленные элементы сообщаются между собой, имеют наружный слой СВЧ-поглощающего покрытия и связаны с запредельным волноводом 40, состоящим из двух металлических труб, вставленных одна в другую и образующих пространство для циркуляции подогретой и поступающей от систем охлаждения СВЧ-модуля воды через подводящий 41 и отводящий 42 шланги, отверстием 43 в днище корпуса камеры, к которому он наглухо приварен, емкость 44, установленную на транспортную тележку 45, при этом все перечисленные элементы, размещенные внутри объема рабочей камеры, кроме шаров 12 и согласующего экрана 26, выполнены из радиопрозрачного диэлектрического материала, например полиамида 6 блочного, обладающего и достаточной термостойкостью.

Способ осуществляется с помощью предлагаемого устройства следующим образом.

После нанесения на блоки воскообразных моделей огнеупорной суспензии, в состав которой при ее приготовлении обычным способом совместно с огнеупорным наполнителем, например молотым пылевидным кварцем, вводят активную мелкодисперсную добавку, пылевидный молотый диоксид титана в количестве 5,0 - 15,0% от массы основного наполнителя и последующей обсыпки их зернистым огнеупором, производят сушку слоев. Для этого модельные блоки 19 размещают в рабочей камере 2 при открытой двери 3 путем их установки на посадочные штыри 18 за счет поворота ротора 7, который имеет возможность фиксации в 4-х положениях при повороте на 90^o. Двери камеры закрывают и стопорят. При этом снимается блокировка, препятствующая подаче силовой электроэнергии в СВЧ-модуль, и одновременно блокируется механизм фиксации ротора в 4-х положениях (не показан) при установке модельных блоков. Затем включают привод ротора 1, привод согласующего экрана 28 и отсасывающий вентилятор. С помощью датчиков контроля 32, 33 и регистрирующих приборов, установленных на пульте управления устройством (не показан), отслеживают параметры температуры и влажности поступающего в камеру и выходящего из нее разреженного воздушного потока, создаваемого отсасывающим вентилятором.

Включают магнетрон и СВЧ-излучение, поступающее в рабочую камеру, начнет нагревать слои, нанесенные на модельные блоки и имеющие жидкую фазу. При этом разреженный воздушный поток, омывающий перемещающиеся в пространстве рабочей камеры по круговым орбитам и одновременно поворачивающиеся изделия, также начнет получать некоторые приращения температуры и влажности. По достижению верхней границы заданной температуры воздушным потоком на выходе из рабочей камеры магнетрон отключают, а при снижении ее до нижней заданной границы - включают, обеспечивая тем самым поддержание температурного режима в заданных условиях. Сушку слоев в указанном температурном режиме продолжают до выравнивая влагосодержания разреженного воздушного потока на входе в рабочую камеру и на выходе из нее. После окончания сушки последнего нанесенного слоя отсасывающий вентилятор выключают и повышают уровень СВЧ-мощности. При этом нагреваются отвержденные сухие многослойные оболочки, стояки-каркасы 20 и поверхности элементов системы удаления модельного состава. Модели нагреваются за счет теплопроводности, расплавляются и модельный состав, перетекая по элементам системы удаления сверху вниз через отверстие 43 в днище корпуса и подогреваемый водой запредельный волновод 40, поступает в емкость 44, которая после окончания процесса посредством транспортной тележки 45 выкатывается из-под корпуса рабочей камеры в зону действия грузоподъемных транспортных средств и направляется по назначению.

Библиографические данные
1. Авторское свидетельство СССР N 1692720 A1, кл. B 22 C 9/04, 1989.

2. Ю. А. Селиванов "СВЧ-энергия в процессах формирования ЛВМ" в книге: Повышение качества и эффективности литья по выплавляемым моделям, М., МДНТП, 1989, с. 81 - 97.

3. Литье по выплавляемым моделям. Под редакцией Я.И. Шкленника и В.Л. Озерова, М., Машиностроение, 1984, с. 229 - 230.

4. Патент РФ N 2019066 C1, кл. H 05 B 6/64, 1991,

Формула изобретения

1. Способ изготовления многослойных неразъемных литейных форм, включающий сушку слоев оболочки, наносимых на блоки воскообразных моделей, нагревом их СВЧ-энергией, отличающийся тем, что дополнительно при сушке осуществляют воздействие на оболочки разреженного воздушного потока, сушку проводят в два этапа, на первом этапе слои оболочки нагревают до достижения отходящим от блоков разреженным воздушным потоком температуры на 1-4 ^oC меньше температуры теплоустойчивости применяемого модельного состава, на втором этапе поддерживают этот интервал температур, изменяя уровень подводимой СВЧ-мощности и осуществляя непрерывное удаление паров растворителя и воды с наружных слоев оболочек с одновременным их охлаждением, при этом температура разреженного воздушного потока на обоих этапах составляет 20-25^oC, осуществляют выплавление воскообразных моделей из отвержденных оболочек из отвержденных оболочек двусторонним тепловым потоком, создаваемым снаружи нагреваемой сухой оболочкой, а изнутри - нагреваемым стояком-каркасом, причем стояк-каркас выполняют из термостойкого диэлектрического материала с СВЧ-поглощающим наполнителем, а в состав суспензии, наносимой на блоки, при ее приготовлении вместе с огнеупорным наполнителем вводят активную мелкодисперсную добавку с повышенными диэлектрическими потерями.

2. Устройство для изготовления многослойных неразъемных форм, содержащее корпус с рабочей камерой, окном загрузки и дверью, ротор, расположенный внутри корпуса и связанный с приводом, СВЧ-модуль с волноводами, вводы СВЧ-энергии с взаимно ортогональными плоскостями поляризации волны, систему охлаждения модельных блоков и удаления продуктов сушки, отличающееся тем, что оно снабжено обоймой, закрепленной на основании корпуса, зубчатыми секторами, размещенными на обойме вдоль боковых стенок корпуса, шарами, расположенными в фиксаторах, закрепленных на основании, при этом ротор установлен на шары и расположен в обойме, опорными дисками, закрепленными на роторе, столиками, выполненными в виде зубчатых колес, посаженных на валы, установленные в центре опорных дисков и имеющие в верхней части посадочные штыри, при этом столики, расположенные по окружности ближе к центру ротора, имеют возможность зацепления при вращении ротора со столиками, расположенными у края ротора, а последние - с зубчатыми секторами, согласующим экраном, расположенным вверху рабочей камеры с возможностью вращения и одновременного перемещения по вертикали, СВЧ-модуль выполнен на основе одного магнетрона с двумя вводами СВЧ-энергии, размещенными на задней стенке корпуса, система охлаждения имеет отсасывающий и приточный воздуховоды, установленные через СВЧ-фильтры на боковых стенках корпуса с одной его стороны, и датчики контроля параметров воздушного потока, введенными внутрь воздуховодов, при этом корпус выполнен в виде девятигранника, две грани которого образуют дверь корпуса, и снабжен сварным каркасом для обеспечения жесткости, рабочая камера служит поочередно камерой сушки и камерой для выплавления моделей и имеет систему удаления расплавленного модельного состава.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено уплотнением, размещенным между корпусом и дверью, для обеспечения надежного электрического контакта по периметру двери и необходимой герметизации при закрытом положении двери.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено роликами, разделенными сепараторами, установленными между ротором и обоймой, а шары, на которые установлен ротор, равномерно размещены по двум окружностям.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что зубчатые сектора установлены на обойме неподвижно.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый столик с модельным блоком имеет возможность поворота на 540^o при каждом полном обороте ротора.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено диэлектрическими радиопрозрачными вставками для защиты волноводов от продуктов сушки, при этом вводы СВЧ-энергии размещены в местах, обеспечивающих необходимую развязку между ними.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено вентилятором, связанным с отсасывающим воздуховодом для создания разрежения в рабочей камере при сушке.

9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что система удаления расплавленного модельного состава включает сообщающиеся между собой последовательно сверху вниз конические отверстия, выполненные в столиках, кольцевые конические канавки с отверстиями, выполненные в опорных дисках, воронки, выполненные в роторе, и кольцевой конический канал с отверстием, выполненный в основании, при этом упомянутые элементы имеют наружный слой СВЧ-поглощающего покрытия и связаны отверстием в днище корпуса с водонагреваемым от системы охлаждения СВЧ-модуля запредельным волноводом и емкостью, установленной на транспортную тележку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2