Способ литья керамических изделий в пористых формах

 

Использование: изобретение относится к технике литья керамических изделий наливным способом и может быть использовано в керамической, абразивной, электротехнической, фарфоро-фаянсовой промышленности, а также в производстве огнеупорных и строительных материалов, и позволит снизить трудоемкость и стоимость литья керамических изделий, а также повысить производительность процесса литья и качества отливаемых изделий. Новым в спрособе керамических изделий в пористых формах является то, что заливку форм производят последовательно через литники локальной кратковременной струей нетекучего сметанообразного шликера под эксструзионным давлением до выхода струи из одного или несколько открытых литников, а извлечение отлитых форм осуществляют без предварительного подвяливания на них отливок.

Изобретение относится к технике литья керамических изделий наливным способом и может быть использовано в керамической, абразивной, электротехнической, фарфоро-фаянсовой промышленности, а также в производстве огнеупорных и строительных материалов.

Известен способ литья керамических изделий в пористых формах, например гипсовых, наливным методом, принятый за прототип, который предусматривает формование стенок отделяемого изделия между двумя стенками пористой гипсовой формы. Убыль объема шликера в форме за счет поглощения воды ее стенками компенсируется периодической подачей шликера в форму до полного ее заполнения массой (I). Он обычно включает в себя следующие операции: сборку форм, установку воронок с прокладкой, заливку в формы шликера в жидком текучем состоянии, набирание черепа изделий и доливку шликера, разъем форм, залечивание и зашлифовку мест литников, подвяливание изделий на формах, извлечение изделий из форм.

Однако известный способ литья керамических изделий имеет следующие недостатки: процесс требует доливки шликера. Это сопровождается увеличением времени отливки и количества внутренних дефектов в них, например внутренних пустот; отлитые изделия подвяливают в формах до влажности 18-21%, при которых отливка может свободно отделиться от стенок форм. Это также увеличивает время формовки изделий, т.е. уменьшает производительность процесса литья; отлитые и освобожденные от формы изделия, в особенности, сложной конфигурации, обладают остаточной пластичностью. Это повышает количество дефектов на изделии, искажает их форму и геометрические размеры; процесс литья изделий отличается нестабильностью параметров, как следствие нестабильности шликеров. Для стабилизации последних, как правило, требуется вводить соответствующие стабилизаторы минерального или органического происхождения (электролиты, поверхностно-активные вещества, упрочняющие добавки и др. ). Все это приводит к удорожанию шликера, ухудшению параметров поровой структуры и фазового состава готовых керамических изделий, а также преждевременному выходу гипсовых форм из строя вследствие нарушения их поверхностного слоя или закупоривания пор форм органическими добавками.

Наиболее близким к описываемому изобретению является способ литья керамических изделий в пористых формах, предусматривающий впрыскивание пластичной массы с влажностью до 22% в закрытую форму под давлением, формование стенок изделия, разъем формы и извлечение отливки (2).

Недостатком указанного способа является то, что он не позволяет использовать шликер любого состава и традиционные высокопористые (до 60%) формы из гипса. Кроме того, способ не позволяет значительно ускорить скорость литья и получить сложные изделия с малой толщиной стенок в локальных местах и разнотолщинных изделий.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение трудоемкости и стоимости процесса литья керамических изделий наливным способом, а также повышение производительности процесса литья и качества отливных изделий.

Достижение технического результата изобретения обеспечивается тем, что в способе литья керамических изделий в пористых формах, предусматривающем впрыскивание массы в закрытую форму под давлением, формование стенок отливаемого изделия между стенками пористой формы, например гипсовой, разъем формы и извлечение из нее отливки, массу вначале доводят до сметанообразного шликера, а впрыскивание шликера производят последовательно через литники локальной кратковременной струей до выхода струи из одного или нескольких открытых литников.

Реализация предлагаемого способа литья керамического изделий иллюстрируется следующим примером конкретного выполнения литья щек керамического огнестойкого дугогасителя сложной несимметричной геометрической формы, представляющих собой гофрообразные тела с тремя или четырьмя зубьями со сложным профилем поверхности и разнотолщинными стенками (толщина изделия по поверхности изменялась в пределах 3-10 мм).

Для литья каждой из щек были изготовлены гипсовые формы сложной конструкции, состоящие из нескольких частей. Отдельные части оформляли боковую поверхность каждой щеки и две - верхнее и нижнее основания. Все части формы были связаны друг с другом с помощью шипов и впадин и жестко соединены друг с другом металлической струбциной.

На верхнем основании формы были выполнены два локальных конусообразных литника для заливки шликера.

Для заливки известным способом готовили шликер, включающий глину, тальк и глинозем, без использования органических или минеральных разжижителей. Шликер в рабочем состоянии представлял собой сметанообразную нетекучую равномерную массу с влажностью 29-30%.

Приготовленной массой заполняли рабочий цилиндр экструзионного устройства с поршнем.

Экструзию шликера в форму производили под давлением поршня на шликер, находящийся в цилиндре, через экструзионную цилиндрическую насадку последовательно в течение 5-15 с через каждый литник до выхода экструзионной массы из противоположного литника.

После выдержки шликера в форме в течение 20 мин литники срезали и последнюю разбирали для извлечения отливки из формы с установкой ее на специальную подставку для подвяливания, оправки и сушки.

Аналогичным способом может быть отлито наливным методом изделие любой сложной конфигурации и разнотолщинной конструкции, различие состоит лишь в конструкции пористых форм, составах минеральной суспензии шликеров и мощности экструзионного устройства.

Предлагаемый способ литья изделий имеет следующие преимущества перед прототипом: исключает доливку шликера, что сокращает время заполнения форм в десятки раз. Это обеспечивает высокую производительность заливки форм наливным способом и позволяет механизировать процесс литья сложных геометрических изделий; полученная отливка имеет меньшую остаточную пластичность, и потому способ позволяет извлекать сложные изделия из форм без предварительного подвяливания в форме и с меньшим количеством дефектов, чем в прототипе; процесс литья изделий обеспечивает значительно меньший выход дефектов отлитых изделий по критериям: пузыри, каверны, присосы, а также треск при подвяливании и сушке, т. е. процесс литья отличается значительно большей стабильностью, чем тот, который известен из прототипа.

Все вышеуказанное обеспечивает значительное снижение трудоемкости и стоимости процесса литья керамических изделий наливным способом, повышение производительности процесса литья в 3-4 раза, а также качества отливаемых изделий, снижения брака их при литье, сушке и обжиге.

Предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна", т.к. при литье использован экструзионный процесс заливки форм сметанообразным нетекучим шликером под давлением. Как следствие этого процесс литья позволил также осуществлять подвяливание изделий после извлечения из формы.

Все вышеизложенное неизвестно в практике литья керамических изделий.

Анализ известных технических решений в исследуемых отраслях промышленности, а также в смежных отраслях, и сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяют сделать вывод об отсутствии в нем сходных признаков.

Представленный в техническом решении процесс литья керамических изделий наливным способом проверен на практике и обоснован следующим образом.

Замена операций постепенной заливки форм текучим шликером экструзией его в форму в нетекучем состоянии и под давлением позволяют, с одной стороны, уменьшить влажность шликера и увеличить его плотность, с другой - уменьшить количество внутренних дефектов в теле отливаемого изделий, т.к. давление в минеральной массе шликера оказывается выше, чем в образующихся в ней пустотах.

Это способствует резкому сокращению пустот и каверн в отливаемом изделии и более эффективному вытеснению пузырьков воздуха из массы отливаемого изделия через форму.

Все, о чем было сказано выше, способствует более быстрому уплотнению черепа и его подвяливанию уже в процессе набора черепа в течение выдержки в закрытой форме после заливки.

Уплотненное изделие легко извлекается из формы без предварительной подвялки его уже в раскрытой форме. Все это подтверждено на практике.

В качестве базового объекта выбран способ литья керамических щек дугогасителей вышерассмотренной конструкции, который приведен в прототипе и опробован нами в НИИ "Электрокерамика" (г. С-Петербург).

При сравнении заявленного технического решения с базовым объектом установлено, что время заполнения формы шликером уменьшается в 40-60 раз, а время литья изделия от начала его отливки до извлечения из формы - в 10-12 раз. Соответственно снижается и трудоемкость процесса литья. После подвяливания и сушки отливки получаются практически без дефектов, в то время как выход годных изделий, отлитых по прототипу, составлял для исследуемой формы изделий не более 10%.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения составит на каждую тысячу комплектов дугогасителей более 4 млн. руб. в ценах начала 1994 г.

Показано также, что предлагаемый технологический процесс литья изделий успешно опробован в ВТПО "АНИМА" для изготовления экспериментальной партии щек дугогасителей.

Источники информации: 1. Иманов И.Г. и др. Производство художественной керамики.- М.: Высшая школа, 10985, с. 113-117.

2. DE, патент, 2263212, кл. B 28 B 1/24, 1979.

Формула изобретения

Способ литья керамических изделий в пористых формах, предусматривающий впрыскивание массы в закрытую форму под давлением, формование стенок отливаемого изделия между стенками пористой формы, например, гипсовой, разъем формы и извлечение из нее отливки, отличающийся тем, что массу вначале доводят до состояния нетекучего сметанообразного шликера, а впрыскивание шликера производят последовательно через литники локальной кратковременной струей до выхода струи из одного или нескольких открытых литников.