Нанесение слоев оболочковой формы

Категория:
Производство точных отливок


Нанесение слоев оболочковой формы

Нанесение слоя оболочковой формы заключается в погружении (смачивании) модельных блоков в суспензию, присыпании слоя суспензии огнеупорным материалом соответствующей зернистости и сушке каждого слоя. После многократного нанесения суспензии, ее обсыпки и сушки получают оболочку заданной толщины. Выбор числа слоев зависит от требуемой прочности оболочки, определяемой принятым технологическим процессом, и от размеров отливок. Обычно число слоев в оболочке бывает от 3 до 10.

Перед нанесением суспензии необходимо удалить с поверхности модельного блока избыток разделительного состава, иначе первый слой суспензии не будет смачивать модели. В этих местах отвержденная оболочка будет растрескиваться вследствие напряжений или отслаиваться, что приведет к дефектам отливок или к их браку.

Удаляют разделительный состав с поверхности моделей различными способами в зависимости от его химической природы. Если при изготовлении моделей пресс-формы смазывают разделительным составом, состоящим из машинного или силиконового масла, то модельные блоки очищают в бензине, а после сушки иногда еще и в спирте. Если в разделительный состав входит смачиватель—поверхностно-активное вещество, то поверхность модельных блоков не следует специально подготовлять. Для обеспечения хорошей смачиваемости поверхности моделей на некоторых заводах в СССР в суспензию с этилсиликатным связующим вводят сапонат (синтетическое моющее средство) в количестве 0,01—0,05%.

Приготовление суспензии. Суспензию приготовляют перемешиванием точно отмеренных количеств пылевидного огнеупорного материала с жидким связующим. Приготовленную суспензию после перемешивания определенное время выстаивают, чтобы из нее вышел воздух, который был замешен в суспензию вместе с огнеупорным материалом, и чтобы отдельные частички огнеупорного материала лучше смочились связующим.

Если жидким связующим являются коллоидно-дисперсионные продукты гидролиза этоксиполисилоксанов, то при выстаивании суспензии в ней проходит упомянутая выше реакция дегидратации. Этот процесс называют созреванием суспензии.

Вторым способом получения суспензии является так называемый совмещенный способ, используемый, в частности, в СССР.

Сущность процесса заключается в том, что гидролиз этилсиликата проводят в присутствии огнеупорного материала с интенсивным перемешиванием (число оборотов 2500—3000 1/мин). Соотношение количества огнеупорной составляющей и объема жидкого связующего назначают в зависимости от регламентируемой плотности суспензии, рода связующего и типа огнеупорного материала. Так, например, по литературным данным, для приготовления соответствующих суспензий требуется больше цирконового материала, чем силлиманитового. Для гидрозоля Si02 (смешанные среды вода—спирт) в работе рекомендуется соотношение 110 кг пылевидного кварца на 40,8 л связующего, а для гидро-лизованного этилсиликата в спиртоацетоновой среде на 1 кг пылевидного кварца 0,45—0,48 л связующего.

Вязкость суспензии бывает различной, и величина ее определяется принятой технологией и во многом традициями отдельных заводов. Это подтверждают и литературные данные. В основном для мелких и сложных моделей с глубокими пазами, узкими прорезями, отверстиями, т. е. для моделей со сложными полостями применяют более жидкую суспензию, чем для моделей простой конфигурации и больших габаритных размеров.

При ручном нанесении первой, а иногда и второй слой оболочки формируют суспензией с меньшей вязкостью, чем последующие слои. В зависимости от вязкости суспензии подбирают и зернистость обсыпочного материала. При жидких суспензиях используют мелкий, а при густых крупный обсыпочный материал. При изготовлении суспензии, связующим которой является водный раствор коллоидного кремнезема, следует иметь в виду, что во время выстаивания суспензии происходит смачивание поверхности частиц пылевидного огнеупорного материала и вязкость суспензии снижается. Снижается также вязкость во время выстаивания суспензий со спиртовыми растворами этилсиликата, но в меньшей мере. Поэтому такой эффект понижения вязкости суспензии необходимо учитывать при ее изготовлении.

Нанесение слоев суспензии на блок моделей является наиважнейшей операцией при формировании керамической оболочки, влияющей на качество отливок. Этой технологической операции следует уделять исключительное внимание. Одним из основных требований к качеству суспензии является возможно более длительное сохранение его постоянных свойств, поэтому работа с суспензией должна быть максимально простой и оболочки Должны отверждаться быстро. Эти требования связаны со свойствами суспензий.

Суспензии, состоящие из огнеупорного наполнительного материала коллоидного раствора кремнезема и его гидратов, стареют, и их свойства изменяются после определенного времени. Практически это проявляется в том, что получить равномерные по толщине слоев оболочки через некоторое время после приготовления суспензии становится трудно, прочностные свойства керамики (прочность при изгибе) снижаются и увеличивается склонность к растрескиванию формы.

Огнеупорный материал, используемый для суспензии, не должен содержать вещества, которые приводят к нарушению стабильности золя и вызывают укрупнение коллоидных дисперсий, кремнезема и их гидратов за счет соединения мельчайших частиц — днсперсоидов в крупные агрегаты.

Этот процесс агрегатирования можно предотвратить или уменьшить двумя способами: первый способ — изготовление стабильного золя с более грубой начальной коллоидной дисперсией без мельчайших частиц — днсперсоидов. При этом образование частиц с укрупненными (до критических) размерами будет затруднено из-за отсутствия очень мелких частиц. Второй способ —введение в суспензию веществ, препятствующих слипанию мельчайших днсперсоидов в более крупные агрегаты.

Первый способ является наиболее эффективным для предупреждения старения и увеличения живучести суспензии без введения защитных веществ, тормозящих агрегатирование частиц. Этот способ позволяет увеличить живучесть суспензии на 60%, между тем как наиболее эффективные защитные вещества, вводимые в коллоидную систему, увеличивают ее не более чем на 25%. Алкозоль с грубой коллоидной дисперсией можно изготовлять или воздействием на гидролизаты ультразвуковой вибрацией или использовать кремнийорганические соединения, которые дают при гидролитическом расщеплении золи с крупными дис-персоидами. Таким веществом является, например, алкилал-коксисилоксан, имеющий наряду с мостиками Si—О мостики Si—С.

Если суспензию, полученную смешиванием огнеупорной составляющей в свежеприготовленном алкозоле кремнезема, . используют немедленно, то получаемые оболочки имеют малую прочность при изгибе, значительно меньше, чем прочность оболочек, полученных из суспензии после ее выдержки (выстаивания). Этот процесс, как уже было сказано, называется созреванием. Предполагается, что созревание зависит от двух процессов дегидратации продуктов гидролиза этоксиполисилоксанов и равномерного и эффективного смачивания мельчайших частиц огнеупорного наполнителя.

Этот способ используют при гидролизе этилсиликата с приготовлением суспензии, где связующий раствор и огнеупорный мелкодисперсный наполнитель перемешиваются при больших числах оборотов мешалки.

2. Приготовлять суспензию в поле высокой частоты или вводить в суспензию специальный диспергатор, который обеспечивает ускорение процесса гидратации и улучшает смачивание связующим зерен огнеупорной составляющей. Таким веществом является ацетон. Испытания в ZPS г. Готвальдов показали, что сокращение времени созревания огнеупорной суспензии наиболее эффективно с использованием ультразвука во время ее приготовления. Время, необходимое для приготовления суспензии, обеспечивающей получение оболочек с максимальной прочностью при изгибе, сокращается при этом до нескольких минут.

3. Использовать для уменьшения седиментации огнеупорные материалы с относительной низкой плотностью. Если суспензия остается в покое, то происходит оседание пылевидного огнеупорного материала и вязкость суспензии уменьшается, т. е. суспензия седиментационно неустойчива. Для производства это недопустимо. Скорость седиментации огнеупорного материала в суспензии зависит от относительной плотности огнеупорного материала, его фракционного состава и вязкости жидкого связующего. Скорость осаждения частиц можно уменьшить повышением вязкости жидкого связующего или измельчением зерна огнеупорной составляющей. Однако сильное измельчение пылевидного. материала и увеличение количества мелких огнеупорных частиц приводит к снижению газопроницаемости оболочки, к получению специфических литейных пороков на отливках — неслитин и раковин.

Для поддержания более или менее постоянной вязкости следует периодически или постоянно перемешивать суспензию мешалками. Повысить стабильность суспензии можно путем введения в нее определенного количества тонко размолотой глины, каолина или бентонита. Количество этих присадок регулируют в зависимости от вида огнеупорного материала и природы жидкого связующего.

Испытания показали, что осаждение частиц пылевидного кварца в суспензии с этилсиликатным связующим и органическим растворителем (этиловым спиртом) можно снизить присадками 0,5% бентонита, 5% полиоксипропилентриола или 5% смешанного полисилоксана. В ацетоновом растворителе, в котором пылевидный кварц осаждается быстрее, чем в этиловом спирте, можно достичь седиментациониой устойчивости добавкой 3% бентонита и 5% смешанного полисилоксана. При других пылевидных огнеупорных материалах с большей относительной плотностью, чем у пылевидного кварца, указанные добавки оказывают на седиментацию значительно меньшее влияние.

Вязкость суспензии также изменяется из-за повышенного расхода связующего, связанного с его испарением с зеркала суспензии, особенно во время перемешивания, и с пропитыванием жидкой фазой ранее нанесенных слоев оболочки при ее формировании.

Уменьшение жидкой фазы суспензии компенсируется добавкой связующего. При испарении жидкой фазы суспензии в первую очередь и в основном улетучивается органический растворитель, поэтому концентрация кремнезема в связующем возрастает. Можно в принципе добавлять в суспензию не само связующее, а органический растворитель. Но практически это сделать невозможно, так как нет способа быстрого определения Si02 в оставшемся в суспензии связующем. В суспензиях, связующим в которых являются коллоидальный кремнезем — гидрозоль Si02, возможна корректировка консистенции жидкой фазы добавлением растворителя. Существует также способ для определения концентрации Si02 в жидкой фазе суспензии.

Нанесение суспензии на блок моделей. Собранные модельные блоки из воскообразных материалов первоначально выдерживают на рабочем месте нанесения суспензии для того, чтобы температура блока сравнялась с температурой помещения. Затем модельные блоки погружают в суспензию,’ вязкость которой соответствует принятой технологии. При погружении модельный блок одновременно поворачивается и наклоняется так, чтобы суспензия равномерно покрывала все части модельного блока и чтобы в углах, углублениях и пазах блока не образовались воздушные карманы и не удерживались воздушные пузырьки. Время выдержки модельного блока зависит от его габаритных размеров и формы. Этого времени должно быть достаточно для того, чтобы все отверстия и пазы моделей заполнялись суспензией, а воздушные пузырьки полностью удалились. После этого модельный блок извлекают из суспензии и поворачивают на воздухе в различных направлениях для стекания избытка суспензии и получения равномерного слоя на всех частях блока.

Время пребывания модельного блока в суспензии и время стекания ее избытка зависит от опыта оператора, который следит прежде всего за тем, чтобы нанесенный слой суспензии был приблизительно одинаковой толщины. Первый слой требует меньшего времени выдержки в суспензии и ее стекания по сравнению с последующими. Это необходимо для того, чтобы наносимый слой суспензии полностью смочил предыдущий, а стало быть, хорошо с ним соединился. Время выдержки второго и последующего слоев приблизительно можно оценить по прекращению выделения воздушных пузырьков с предыдущего слоя. Это тот самый воздух, который вытесняется жидким связующим суспензии с открытых пор оболочки.

Отекание избытка суспензии со второго и последующего слоев оболочки продолжается более длительное время, так как для них используют более густую по сравнению с первым слоем суспензию.

После извлечения из суспензии и стекания ее избытка модельный блок обсыпают огнеупорным материалом соответствующей зернистости. Чем меньше вязкость суспензии, тем более мелким должен быть обсыпочный материал. Каждый слой суспензии, обсыпанный огнеупором, перед нанесением последующего сушат.

Обсыпка блоков. Зернистость обсыпочного материала. Первоначально обсыпали блоки потоком свободно падающего песка. В настоящее время блоки обсыпают в псевдокипящем слое, т. е. погружением модельного блока с нанесенным слоем суспензии в кипящий слой обсыпочного материала. Этот способ обеспечивает более равномерную обсыпку.

Относительно зернистости обсыпочного материала в технической литературе имеется достаточно информации. Рекомендуется величина зерна от нескольких сотых до нескольких миллиметров [59]. Подчеркивается важность формы зерна обсыпочного материала и его относительная плотность. Так, в британском патенте № 1023829 от 1964 г. указывается молотый силлиманит, прошедший сквозь сито 40 и оставшийся на сите 80; молохитовая крошка с размером зерна 0,175—0,25 мм для первого слоя; 0,25—0,5 мм — для последующих слов.

В приведенных работах не приводится наиболее приемлемая зернистость обсыпочного материала.

Обсыпочный материал должен иметь такой зерновой состав, чтобы толщина изготовляемых оболочек была равномерной в пределах, удовлетворяющих прочность и газопроницаемость. Колебания зернового состава обсыпочного материала в производстве должны быть “минимальными. При обсыпке блоков в непрерывном производстве зернистость постепенно изменяется. При механической обсыпке более крупные частицы падают быстрее и захватывают частично с собой мелкие. При обсыпке в кипящем слое обсыпочный материал разделяется на слои в зависимости от массы частиц. В верхних слоях кипящего слоя находятся более мелкие частицы, в нижних — более крупные. Только в том случае, когда обсыпочный материал состоит из нескольких различных веществ, а более мелкие зерна имеют большую относительную плотность (циркон) и более крупные — меньшую относительную плотность (плавленый кварц), не будет происходить разделения обсыпочного материала на отдельные фракции при обсыпке кипящим способом.

Испытания показали, что из обсыпочного материала в про-Дессе производства исчезает сначала мелкая фракция. В табл. 19 представлены результаты ситового анализа после многократного обсыпания поверхности оболочки размером 100 X 25 мм. Величина зерна кварцевого песка от 0,06 до 1,4 мм. Относительная вязкость суспензии, выраженная временем истечения ее из воронки Форда с отверстием диаметром 6 мм при температуре 20— 22° С, была равна 40 =£ 2 с для обсыпочного материала с зерном 0,06—0,6 мм; для песка с зерном 0,3—1,4 мм 52—57 с. Концентрация условного кремнезема в связующем в обоих случаях была равна 108 г/л.

Из табл. 19 следует, что вначале расходуются три фракции мелких частиц, тогда как содержание крупных частиц увеличивается, причем сумма потерь мелких фракций приблизительно равна сумме прироста крупных фракций. Если содержание мелких зерен в обсыпочном материале более 10%, то блок обсыпается преимущественно этими мелкими зернами. Как только содержание мелких фракций становится меньше 5%, то и его уменьшение во времени существенно замедляется. Это подтверждается производственными испытаниями при обсыпке песком с’ широким интервалом зернистости. Если не заменять песок своевременно, то обсыпочный материал становится грубее. Чем больше в обсыпочном песке различных фракций, тем чаще его следует заменять или регенерировать присадкой убывающей фракции.

При обсыпке в кипящем слое крупная фракция песка не участвует, она лишь накапливается как отход в нижней части устройства для псевдокипения. При обсыпке блока падающим потоком песка кинетическая энергия крупных фракций песка может разрушить слой суспензии на модельном блоке, что особенно опасно на первом слое оболочки.

Чтобы обсыпочный слой был равномерным, следует подбирать обсыпочный материал из трех различных фракций, величину которых лучше всего подбирать эмпирическим способом. Голландская фирма Phillips (Eidhoven), например, сортирует огнеупорный обсыпочный материал на отдельные фракции с определенным размером зерна, перемешивает их затем в наиболее оптимальном соотношении. Такой способ подготовки обсыпочного материала требуемой зернистости дорогой и оправдывается только определенными условиями производства и требованиями к качеству.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум