способ изготовления многослойных керамических форм по удаляемым моделям

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО УДАЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ, включающий формирование слоев попеременным нанесением на удаляемые модели чередующихся различных по составу суспензий с кремнийсодержащим связующим, отличающийся тем, что в качестве суспензий с кремнийсодержащим связующим для формирования первых трех слоев используют суспензию с этилсиликатным связующим в водном растворителе, а для последующих слоев этилсиликатную суспензию в органическом растворителе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, а именно к производству литья по выплавляемым моделям, в частности к технологии изготовления форм по выплавляемым моделям.

Известно, что в состав огнеупорной этилсиликатной суспензии для литейных форм по выплавляемым моделям входят порошкообразный огнеупорный наполнитель, этилсиликат и его растворитель, технологические добавки (катализаторы, поверхностно-активные вещества и др.). Чаще всего для всех слоев формы используют растворитель одного вида (состава): ацетон, спирт или другой органический растворитель, растворы спирта и ацетона, воду [1] Каждый из перечисленных растворителей обеспечивает как определенные достоинства, так и недостатки форм.

Ацетон наиболее дешевый и распространенный органический растворитель. Благодаря высокой скорости испарения, он обеспечивает минимальную продолжительность технологического процесса и максимальную прочность форм. Однако, для суспензий и форм, полученных на этом растворителе, характерны высокая трещиночувствительность и склонность к образованию керамических засоров в литье. В некоторых цехах при использовании этого растворителя брак литья по засорам доходит до 40-50% Принято считать, что это связано с повышенной трещиночувствительностью ацетоновых суспензий.

Спирт, обеспечивая достаточно высокий уровень прочности форм и качества литья, резко повышает их себестоимость. Этот же недостаток присущ формам на спиртово-ацетоновом растворителе.

Другие органические растворители (уайт-спирит, синтетические растворители и т. п.) уступают ацетону по технологичности, качеству форм и себестоимости литья.

Вода, обладая минимальной себестоимостью, уступает органическим растворителям по продолжительности технологического процесса и прочности форм.

Ближайшим по технической сущности к предлагаемому является способ [2] в котором при формировании слоев формы попеременно используют две суспензии, одна из которых получена на связующем (силикагеле) с щелочными (pH>7), а другая на связующем с кислотными (pH<6) свойствами. Применение двух, отличающихся по свойствам суспензий, обеспечивает повышение прочности, трещиноустойчивости и огнеупорности форм. Основным недостатком этого способа является то, что связующие, используемые в способе (силикагеля) морозочувствительны и применяются в основном на машиностроительных заводах, расположенных вблизи производителя этого связующего. Большинство заводов вынуждены использовать в качестве связующего этилсиликат.

Технический результат изобретения состоит в повышении качества форм, изготовленных на этилсиликатном связующем.

Способ базируется на различиях в свойствах форм, изготовленных с применением быстросохнущего растворителя (ацетон и другие органические растворители) и медленносохнущего (вода). В формах на ацетоне прочность сцепления первого и второго слоя обычно минимальна, колеблется под влиянием различных технологических факторов и составляет 1500-100 КПа. В формах, изготовленных на воде, она составляет 1200-800 КПа. Значимость этого показателя обнаружилась при сравнения форм, склонных (ниже 400 КПа) и не склонных (выше 500 КПа) к образованию керамических засоров. Колебания межслойной прочности при использовании быстросохнущих растворителей связаны с изменением ряда трудноконтролируемых и управляемых факторов: микросоставами этилсиликата и порошкообразного наполнителя, подбором и колебаниями количества катализатора, неодинаковыми для отдельных участков модели условиями смачивания и обсыхания слоя суспензии, колебаниями времени от начала обсыхания слоя суспензии на модели до его обсыпки песком и т. п.

Очевидным является предпочтительность использования для первых слоев формы суспензии на воде, обеспечивающей высокую и стабильную межслойную прочность при минимальной их стоимости, а для последующих ацетона или других дешевых быстросохнущих органических растворителей, обеспечивающих высокую прочность форм при минимальной продолжительности технологического процесса. Для получения высокой прочности сцепления первого и второго слоя достаточно иметь один (первый) слой на воде. Для сохранения достаточно высокого уровня прочности 6-7 слойные формы крупных деталей должны иметь не более 3 слоев на воде, т. е. не более половины. Для многих литейных цехов, имеющих двухсменный график работы, оптимальны 2 слоя на воде. В этом случае прочность второго слоя, нанесенного перед 8-часовым перерывом, будет максимальной.

Полученная таким образом композиционная форма имеет высокое качество при низкой себестоимости. Повышение качества форм увеличивает выход годного литья и снижает его себестоимость.

П р и м е р. В лабораторных условиях при скорости перемешивания суспензии 1500 об/мин, получены и испытаны (см. таблицу) четырехслойные образцы толщиной 4,5-5,0 мм. С использованием в качестве растворителя воды (ВС) и ацетона (ОРГ1, ОРГ3) для всех слоев (вариант 1-3), воды для первых двух и ацетона для остальных (ВС-ОРГ1, ВС-ОРГ3) слоев (вариант 4 и 5). Для иллюстрации чувствительности быстросохнущей ацетоновой суспензии к технологическим факторам менялось время (В) от начала обсыхания слоя суспензии, нанесенного на модель, до его обсыпки песком. Оценивались прочность на изгиб сразу после 20 мин кипячения в воде (G1) и после 6 ч выдержки в спокойном воздухе (G2) прочность (G3) и место межслойного отрыва в образцах, прокаленных при 950^оС.

Приведенные данные показывают, что формы, полученные на воде (ВС) превосходят ацетоновые (ОРГ1, ОРГ3) по стабильно высокому уровню межслойной прочности, но уступают им по прочности на изгиб. В композиционных формах с одинаковым количеством разнородных слоев прочность на изгиб находится на среднем для этих слоев уровне.

Под действием неблагоприятных факторов, например с увеличением (В) межслойная прочность в ацетоновых формах снижается в несколько раз. При этом отрыв происходит между первым и вторым слоем и возможно участие лицевого слоя в образовании засоров. При использовании ацетона только в последних слоях падение межслойной прочности и межслойный отрыв смещаются в эти последние слои. Участие лицевого слоя в образовании засоров становится маловероятным.