способ изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям
Классы МПК: | B22C9/04 с применением разовых моделей |
Автор(ы): | Писарев И.Е., Писарев О.И. |
Патентообладатель(и): | Писарев Игорь Евгеньевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-07-08 публикация патента:
20.04.1995 |
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.
Рисунок 1, Рисунок 2
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 1015oС выше температуры плавления модели.
Описание изобретения к патенту
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
rн= tн= zн=0 (2) где rн,tн и zн относительные смещения зерен обсыпочного материала на наружной поверхности ОФ в соответственно радиальном, окружном и осевом направлениях координатных осей. На облицовочной поверхности также полагают
ro= to= zo=0 (3) где ro, to и 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
r=(r-k(t+z))/E+ (4)
t=(t-k(r+z))/E+ (5)
z=(z-k(r+t))/E+ (6) где r,t и z напряжения, соответствующие r, t и z
< 0 свободная усадочная деформация (усадка) керамической суспензии;
E модуль упругости;
коэффициент Пуассона;
0<H 1 коэффициент несплошности (например, пористости) керамического материала. Из совместного рассмотрения (2).(6) следует
rн= tн= zн= ro=to=zo=-E/(1-2k) (7) т. е. на облицовочной и наружной поверхностях реализуются условия равноосного растяжения ( > 0, т. к. > 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
и 1,5Pl/bh2 (8), где 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
Pн g H (1) где Pн нижний предел внешнего избыточного давления, МПа;
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 Pн=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 15оС вытекают из необходимости создания перегрева (10оС) (и точности его замера) 15оС) 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 10-15оС 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.
Класс B22C9/04 с применением разовых моделей