способ изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям

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.

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

P_н g H (1) где P_н 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 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.