Способ изготовления керамических литейных форм и других изделий

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает приготовление водной суспензии с гидратированной поверхностью твердой фазы, формирование полуфабриката в газообразной среде, имеющей температуру ниже точки замерзания суспензии, термостатирование полуфабриката, его сушку и обжиг. При формировании полуфабриката осуществляют послойное намораживание суспензии на рабочем столе, охлажденном до температуры ниже точки замерзания суспензии. После замерзания слоя суспензии на него наносят следующий слой в плоскости, параллельной поверхности рабочего стола и в форме соответствующего сечения стенок формируемого полуфабриката. Нависающие над поверхностью стола слои полуфабриката формируют на опорах из замороженной воды. Достигается упрощение технологического процесса изготовления форм и снижение производственных затрат. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к изготовлению керамических форм для получения отливок из различных литейных сплавов в условиях единичного и мелкосерийного производства. Может быть использовано и для изготовления изделий из технической керамики.

Широко известен в литейном производстве способ изготовления керамических неразъемных форм по разовым выплавляемым моделям (Шиленник Я.И. и др. Литье по выплавляемым моделям. - М.: Машиностроение, 1971, с.431). Способ включает изготовление разовой модели, формирование керамической оболочки послойным нанесением на модель огнеупорной суспензии, удаление модели из керамической оболочки выплавлением (растворением, выжиганием), обжиг керамической оболочки. Литьем в керамические формы по выплавляемым моделям получают отливки любой сложности из широкой номенклатуры литейных сплавов.

Недостатком способа является необходимость применения пресс-форм или иной оснастки для изготовления разовых моделей, что экономически не выгодно для условий единичного и мелкосерийного производства.

С целью исключения дорогостоящего этапа изготовления пресс-форм для условий единичного и мелкосерийного производства применяют технологии быстрого прототипирования (Центр быстрого прототипирования, НАМИ, сайт http://www.namirp.ru - информация прилагается к материалам заявки). Модели изготавливают послойным выращиванием на рабочем столе из полимеров, спекаемых лазерным лучом, из фотополимеров, отверждаемых ультрафиолетовым лазером и из составов на основе парафина специальными струйными головками.

Недостатками технологий быстрого прототипирования для изготовления разовых моделей являются большая длительность выращивания последних и высокая плотность моделей из полимеров, что затрудняет их удаление из керамических форм.

Известен способ безмодельного производства отливок (Петров А.Ф. Модели больше не потребуются. - Литейщик России, 2006, №4, с.39). Литейные формы и стержни получают путем фрезерования специально заформованных и отвержденных песчаных блоков. Способ применяют в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Недостатком способа являются невозвратные потери материала песчаных блоков, образующиеся при фрезеровании.

Известен выбранный в качестве прототипа способ изготовления керамических форм и других изделий (Патент РФ №2033883, В22С 9/00, 1/00, 1995, БИ №12), включающий приготовление водной суспензии с гидратированной поверхностью твердой фазы, замораживание суспензии в охлаждаемой модельной оснастке с последующим термостатированием сформированного холодом полуфабриката, извлечение полуфабриката из оснастки, сушку его и обжиг.

Недостатком способа является необходимость применения дорогостоящей модельной оснастки, что ограничивает его применение в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Задачей изобретения является сокращение производственного цикла и снижение затрат на изготовление керамических форм для получения отливок из различных литейных сплавов в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Поставленная задача решается за счет достигаемого технического результата, заключающегося в исключении из технологического процесса этапов изготовления модельной оснастки и моделей, а также исключения технологических потерь в виде отходов формовочных материалов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления керамических литейных форм и других изделий, включающем приготовление водной суспензии с гидратированной поверхностью твердой фазы, замораживание суспензии с последующим термостатированием сформированного холодом полуфабриката, его сушку и обжиг, согласно изобретению формирование полуфабриката осуществляют на охлаждаемом рабочем столе последовательным намораживанием слоев суспензии в форме соответствующих сечений стенок изделия, при этом каждый последующий слой наносят после замерзания предыдущего. Для обеспечения равномерности тепловых условий при замораживании слоев суспензии вокруг формируемого полуфабриката создают газообразную среду с температурой ниже точки замерзания суспензии.

Для формирования нависающих протяженных поверхностей полуфабриката или элементов поверхностей, формирование которых начинается выше поверхности рабочего стола, применяют подставки из замороженной воды.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом и другими техническими решениями позволило сделать вывод о том, что они не известны из уровня техники, следовательно, соответствуют критерию «Новизна».

Влияние предписываемых этими решениями преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение технического результата не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники. Следовательно, предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень.

Способ изготовления керамических литейных форм и других изделий замораживанием водных суспензий с гидратированной поверхностью твердой фазы характеризуется необратимостью отверждения суспензии, т.е. замороженный и термостатированный при температуре ниже -15°С полуфабрикат сохраняет свои размеры и форму в процессе оттаивания, сушки и обжига, при этом не требует создания каких-либо специальных условий.

Спроектированную в трехмерном пространстве литейную форму или другое керамическое изделие разделяют на слои с заданным шагом.

На охлаждаемый рабочий стол из теплопроводного материала, например алюминия, наносят слой водной суспензии в форме одного из крайних слоев спроектированной литейной формы толщиной, соответствующей заданному шагу. На замерзший в контакте с охлаждаемым рабочим столом слой суспензии наносят следующий, в форме следующего слоя спроектированной литейной формы, который замерзает в контакте с предыдущим слоем суспензии. Таким образом, намораживают последовательно все слои, формируя (выращивая) замороженный полуфабрикат литейной формы или другого изделия. Замороженный полуфабрикат термостатируют при температуре ниже -15°С в газообразной среде до выравнивания температур по всем сечениям и отделяют от рабочего стола. Далее полуфабрикат нагревают для оттаивания, удаления воды и обжига, получая готовую керамическую литейную форму или другое изделие.

При замораживании слоев суспензии вокруг формируемого полуфабриката создают газовую среду, например воздушную, с температурой ниже точки замерзания суспензии, что обеспечивает равномерность и повторяемость тепловых условий формирования каждого последующего слоя.

При формировании полуфабриката со сложной геометрией стенок могут возникать ситуации, при которых необходимо формировать слои, соответствующие сечениям элементов, нависающих над поверхностью рабочего стола. Для этого используют опоры требуемого размера из замороженной воды, устанавливаемые на поверхность рабочего стола или уже сформированной стенки полуфабриката.

1. Способ изготовления керамических литейных форм или изделий, включающий приготовление водной суспензии с гидратированной поверхностью твердой фазы, формирование полуфабриката путем замораживания суспензии, термостатирование сформированного полуфабриката, его сушку и обжиг, отличающийся тем, что формирование полуфабриката осуществляют послойным намораживанием суспензии на рабочем столе, охлажденном до температуры ниже точки замерзания суспензии, при этом каждый последующий слой суспензии наносят на предыдущий после его замерзания в плоскости, параллельной поверхности рабочего стола и в форме соответствующего сечения стенок формируемого полуфабриката, причем формирование полуфабриката осуществляют в газообразной среде, имеющей температуру ниже точки замерзания суспензии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нависающие над поверхностью стола слои полуфабриката формируют на опорах из замороженной воды.