Литьё в керамические формы

Литье в керамические формы, изготовленные по постоянным моделям

1. Общие сведения

Способ литья в керамические формы, изготовленные по постоянным моделям, основан на принципе быстрого связывания частиц огнеупорных материалов-наполнителей гидролизованным этилсиликатом в результате щелочной поликонденсации.

Получения керамических форм на основе этилсиликата является так называемый Шоу процесс,

по выплавляемым моделям. Преимущества литья в керамические формы по сравнению с литьем по выплавляемым моделям — возможность отливки крупногабаритных изделий большой протяженности (медали, плиты и т.п.) и короткий цикл их изготовления. Недостатки — наличие плоскости разъема, необходимость соблюдения строгой

технологической дисциплины при изготовлении форм и повышенная стоимость из-за высокого расхода связующих и огнеупорных материалов.

На первых порах * разработки процесса в качестве рекламы отливались кисти рук человека по "живой модели". Благодаря эластичности кисть с пальцами извлекалась из формы. По отливкам можно было различать возраст: морщинистая у старца и гладкая у юноши.

Процесс изготовления отливок в керамических Формах состоит в следую-

- заполнение опоки жидкостенной смесью 2 по основной 4 и вспомогательной глиняной или съемной модели 1, расположенной на подмодельной плите 5 с опокой 3; б - форма с отвержденной смесью, из которой извлечена вспомогательная модель; в -заливка суспензии 6; прокаливание формы газовой ; 7; д— форма, залитая составом с определенной зернистостью. В нее вводят гелеобразователь и выливают ее в оснастку, в которой она через несколько минут затвердевает. Затвердевшую форму или стержень извлекают из модельной оснастки и поджигают пары спирта, испаряющиеся из керамики. После выгорания спирта керамическую форму прокаливают и заливают для того чтобы снизить расход материалов — связующего их огнеупоров — применяют процесс, который носит название процесс или литье в комбинированные формы.

В этом случае основную модель 4 обкладывают мокрым войлоком или слоем глины 1 и заформовывают опоку 3 жидкостекольной быстротвердеющей смесью 2. После отверждения смеси из нее извлекается войлок или глина и опока устанавливается на плиту 5. Между формой и моделью образуется зазор, в который заливается этилеиликатная суспензия 6. Ее расход при этом резко сокращается. Получается комбинированная жидко- стекольная форма с облицовочным слоем на этилсиликатном связующем. После прокаливания облицовочного слоя горелкой 7 форму заливают металлом 8.

2. Материалы модельной оснастки

Ни при одном виде литья не приме от так много различных материалов : модельной оснастки, как при литье керамические формы. Это объясняется тем, что керамическую форму получают наливным способом без приложенных усилий прессования. Следовательно материалом модели может быть , как пластилин, воск, резина и т.п. В том случае, если требуется воспроизвести изделия, имеющие художественную ценность, моделью является сам оригинал.

Наиболее точные, с хорошей чистой поверхностью отливки получают по полированным металлическим моделям. 

3. Материалы для керамических форм

Для изготовления керамических форм используются этилсиликаты, органические растворители, вода, кисло-огнеупорные порошки различной плотности, то есть. те же материалы, что при литье по выплавляемым моделям гл. 4). Новый дополнительный материал — гелеобразователь. В первом варианте на метод изготовления керамических форм гелеобразователем являлся спиртовой раствор соляной кислоты. В настоящее время используются в основном щелочные гелеобразователи, позволяющие управлять процессом отверждения (структурирования) смеси в требуемых пределах (табл. 7.1). Установлено, что использование растворов NaOH и КОН делает процесс гелеобразный "жестким", т.е. не гарантирует плавного гелеобразования. Из-за неравномерного распределения щелочи в суспензии создаются участки с повышенным содержанием гелеобразователя, что приводит к жесткому преждевременному гелеобразованию связующего и снижению качества формы.

4. Составы гидролизованных растворов этилсиликата и суспензий

Суспензию приготавливают раздельным способом, т. е. сначала проводят реакцию гидролиза этилсиликата, а за- по мере необходимости готовятном растворе обычно находится в пре-делах 12 — 25%. С увеличением в суспензии содержания этилсиликата прочность керамических форм возрастает. 

Гелеобразователь вводят в суспензию непосредствённо перед ее заливкой на модельную оснастку, предварительно его перемешав. Иногда его добавляют в связующий раствор, а затем наполнитель и перемешивают. Время огеливания является одним важнейших технологических параметров, и в каждом конкретном случае различно.

Технологически время гелеобразования должно быть минимальным, но дос- таточным для качественного приготовления суспензии и подготовки ее к заливке на модель. Оно складывается из времени добавления и смешивания компоненттов, обработки суспензии (например, вакуумирование) и заливки ее на модель. При большой продолжительности процесса суспензия в форме будет расслаиваться (осаждение твердой фазы, что приведет к трещинам, особенно в верхней части формы. Время огеливания зависит от массы и от температуры суспензии. Соблюдение этих параметров ускоряет гелеобразование.

Учесть все факторы при выборе типа гелеобразователя, его концентрации и массы практически невозможно, поэтому при изготовлении партии суспензии предварительно на образце подбирают концентрацию и массу гелеобразователя.

Хорошо перемешанная суспензия, как правило, содержит много пузырьков воздуха. Для их удаления применяют вакуумирование суспензии перед выливанием в оснастку или вакуумирование оснастки, заполненной суспензией. Время вакуумирования 30 — 60 с. Другим способом удаления пузырьков воздуха является вибрирование суспензии при частоте вибратора 180 кГц с амплитудой 0,1 мм. Оба эти приема не только освобождают суспензию от пузырьков воздуха и обеспечивают высокую плотность формы.

При заливке формы необходима высокая текучесть, что достигается интенсивным ее перемешиванием в мешалках с большой частотой вращения [2]. В табл. 7.3 приведены данные влияния на вязкость интенсивности перемешивания суспензии, состоящей из 19% связующего, 48,6% пылевидного кварца и 32,4% кварцевого песка.

Интенсивность перемешивания, составы связующего и наполнителя влияют на прочностные показатели затвердевшей суспензии (рис. 7.2, 7.3). Для увеличения прочности особенно крупногабаритных форм керамику изготавливают с использованием упрочняющих добавок — буры, фенолформальдегидной и карбамидоформальдегидной смол. В сухом состоянии смолы повышают прочность в 5 — 6 раз, но при прокаливании выгорают и форма разупрочняется до первоначального состояния. Бура повышает прочность после прокаливания в 2 — 3 раза.

7 Тип гелеобразователя сказывается на газопроницаемости форм. Наибольшую газопроницаемость обеспечивают гексаметилентетрамин и пипередин (табл. 7.4).

Для снижения склонности к образованию трещин во время затвердевания суспензии в нее вводят наряду с пылевидным материалом, который обеспечивает чистоту поверхности, крупный огнеупорный порошок с частицами от 0,2 до 0,5 Mк и более (крошка). Соотношение между пылевидным и порошковым материалом колеблется от 4 : 6 до 8 : 2. Крошку огнеупоров размерами 3 — 15 мм добавляют обычно в крупные формы 7~В табл. 7.5 приведены некоторые составы суспензий, а в табл. 7.6 — составы гелеобразователя для этих суспензий