Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2129932
СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОТЛИВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ И ДРАГОЦЕННЫХ СПЛАВОВ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Имя заявителя: Челябинский государственный технический университет 
Имя изобретателя: Знаменский Л.Г.; Кулаков Б.А.; Крымский В.В.; Смолко В.А.; Дубровин В.К.; Ердаков И.Н. 
Имя патентообладателя: Челябинский государственный технический университет
Адрес для переписки: 454080, Челябинск, пр.Ленина, 76, ЧГТУ, технический отдел
Дата начала действия патента: 1998.03.02 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано преимущественно в производстве отливок художественных и ювелирных изделий. Смесь содержит, мас. %: гипс 10,0-14,0, динас 50,0-63,0, пылевидный возгон шамотного производства 3,7-7,0, алюмохромфосфатное связующее 0,003-0,02 и остальное -воду. Перед перемешиванием ингредиентов производят обработку водного раствора алюмохромфосфатного связующего наносекундными электромагнитными импульсами. Это снижает вязкость гипсовой смеси. Обеспечивается повышение прочности и точности керамических форм и стержней и тем самым качество отливок.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано при изготовлении керамических форм и стержней, преимущественно в производстве отливок художественных и ювелирных изделий из цветных и драгоценных сплавов.

В настоящее время в художественном и ювелирном литье из сплавов цветных и благородных металлов наибольшее распространение получили импортные гипсовые смеси "К-90", "Суперкаст" "Сатинкаст", "Ультравест" /1, 2/. Такие смеси характеризуют технологичность операций формовки, выбивки и очистки отливок. Однако эти смеси дороги, а высокое содержание в них гипса, имеющего склонность к разложению при 650^oC и выше, приводит к снижению прочности керамических форм при высоких температурах.

Наиболее близкими по технической сущности являются состав и способ подготовки смеси для изготовления керамических форм,включающие перемешивание гипса, динаса, ортофосфорной кислоты и воды с последующей вибровакуумной обработкой смеси при следующем соотношении ингредиентов, мас.% /3/:

гипс - 10...12;

динас - 60...64;

ортофосфорная кислота - 0,03...1,0;

вода - остальное.

Известное техническое решение обеспечивает стабильность реологических свойств смеси.

Вместе с тем прототип имеет следующие существенные недостатки:

• неудовлетворительный уровень прочности и точности керамических форм и стержней, в особенности для изготовления крупногабаритных кабинетных художественных и ювелирных отливок;

• расширение гипсово-динасовой смеси в интервале температур 150...300^oC, нескомпенсированное усадкой гипса, нарушающее точность получаемых керамических форм и стержней;

• пониженный уровень значений текучести смеси после ее вибровакуумной обработки, уменьшающий точность воспроизведения микрорельефа моделей;

• повышенная седиментация смеси, вызывающая нетехнологичность операции формовки тонкорельефных отливок;

• снижение прочности смеси в горячем состоянии в результате разложения гипса - единственного связующего компонента.

Недостаточный уровень прочностных и реологических свойств смеси и способ ее подготовки, взятые в качестве прототипа, определяют снижение качества и повышенный брак кабинетных художественных и ювелирных отливок по мере увеличения их массы и усложнения конфигурации.

В основу изобретения положена задача создать такие смесь и способ ее подготовки, которые обеспечили бы повышение прочности и точности керамических форм и стержней, в особенности в горячем состоянии, и за счет этого улучшили качество изготовления особо сложных по конфигурации художественных и ювелирных отливок из цветных и драгоценных сплавов.

Указанная задача решается таким образом, что смесь для изготовления керамических форм и стержней, используемых преимущественно в производстве отливок художественных и ювелирных изделий из цветных и драгоценных сплавов, включающая гипс, динас и затворитель в виде фосфоросодержащей добавки и воды, согласно изобретению, дополнительно содержит пылевидный возгон шамотного производства, а в качестве фосфоросодержащей добавки затворителя алюмохромфосфатное связующее (АХФС) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

гипс - 10...14;

динас - 50...63;

пылевидный возгон шамотного производства - 3,7...7,0;

алюмохромфосфатное связующее - 0,003...0,02;

вода - остальное.

Введение в смесь пылевидного возгона шамотного производства за счет дополнительной с гипсом компенсации расширения динаса при нагреве обеспечивает уменьшение коэффициента термического линейного расширения (КТЛР) форм и стержней, повышение их точности и прочности вследствие высоких значений дисперсности и удельной поверхности указанной технологической добавки.

Снижение КТЛР и улучшение за счет этого точности керамических форм и стержней при заливке цветных и драгоценных сплавов во многом определяются муллитизацией пылевидною возгона шамотного производства, протекающей по данным рентгенофазового анализа (ДРОН-4) при температурах прокалки (700... 750^oC) под каталитическим действием CaO, образующимся при разложении гипса в процессе нагрева.

Химический состав пылевидного возгона шамотного производства приведен в табл.1.

Пылевидный возгон шамотного производства собирается на электрофильтрах в системе обжиговых печей по изготовлению шамотных изделий, недефицитен, имеется в достаточно большом количестве.

Введение в состав смеси алюмохромфосфатного связующего (АХФС), являющегося высокотемпературным связующим материалов, создает условия для формирования повышенных прочности и точности гипсовых керамических форм и стержней, в особенности при повышенных температурах.

Использование в качестве затворителя водного раствора АХФС, имеющего кислотную среду, обеспечивает требуемую живучесть гипсовой смеси (15...25 мин), позволяющую эффективно проводить ее вибровакуумную обработку для удаления замешанною в ней воздуха и качественного уплотнения в оснастке.

Указанная задача решается и тем, что в способе подготовки смеси для изготовления керамических форм и стержней, используемых преимущественно при производстве отливок художественных и ювелирных изделий из цветных и драгоценных сплавов, включающем перемешивание ингредиентов смеси и ее вибровакуумирование, согласно изобретению перед перемешиванием осуществляют обработку затворителя смеси наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ). Причем НЭМИ обрабатывают водный раствор АХФС в течение 15...25 мин.

Воздействие НЭМИ разрушает гидратные оболочки коллоидных частиц АХФС и значительно уменьшает вязкость затворителя гипсовой смеси. В результате появляется возможность при заданной текучести гипсовой суспензии увеличить ее наполнение, сократив водомассовое отношение, что обеспечивает повышение прочности и трещиноустойчивости керамических форм и стержней.

Кроме того, за счет "разжижения" гипсовой суспензии под влиянием НЭМИ удается при постоянном водомассовом отношении повысишь текучесть смеси и тем самым улучшить воспроизводимость тонкорельефной поверхности моделей и качество изготовления художественных и ювелирных отливок.

Подготовку смеси для изготовления керамических форм и стержней осуществляют следующим образом. Расчетное количество АХФС (ТУ-6-18-166-78) и воды перемешивают и подвергают обработке НЭМИ в течение 15...25 мин.

Продолжительность воздействия НЭМИ менее 15 мин не приводит к необходимому уровню улучшения технологических свойств смеси, а при превышении 25 мин обработки затворителя дальнейшего заметного повышения физико-механических свойств форм и стержней практически не наблюдается.

Затем готовят сухую смесь из гипса, динаса и пылевидного возгона шамотного производства путем перемешивания указанных ингредиентов.

Перед непосредственным изготовлением форм и стержней в сухую смесь вводят затворитель - подготовленный водный раствор АХФС, обработанный НЭМИ, в количестве 360...400 мл на 1 кг сухих составляющих. Смесь перемешивают и подвергают вибровакуумной обработке в течение 3...4 мин. После чего смесь может быть использована для изготовления форм и стержней.

Содержание в предлагаемой смеси пылевидного возгона шамотного производства меньше 3,7 мас.%, оказывается недостаточным для существенного снижения КТЛР и повышения точности керамических форм и стержней при прокалке. Введение в состав смеси указанной высокодисперсной технологической добавки в количестве более 7 мас.% вызывает необходимость увеличения содержания затворителя для обеспечения требуемой текучести смеси, что отрицательно влияет на трещиноустойчивость керамических форм и стержней.

Количество АХФС в составе смеси - 0.003...0.02 мас.% является оптимальным с позиций получения требуемых прочностных характеристик керамических форм и стержней и обеспечения оптимальной продолжительности отверждения смеси, необходимой для ее заливки с целью повышения качества тонкорельефной поверхности художественных и ювелирных отливок.

В разработанном составе и способе подготовки смеси предпочтительнее использовать высокопрочный гипс марок 250...300 Самарского гипсового комбинатa и динас марки ЭД Первоуральского динасового завода. Кроме того, может быть применен раздробленный и просеянный бой динасового кирпича, являющегося отходом производства при замене футеровки металлургических печей.

Предлагаемые состав и способ подготовки смеси для изготовления керамических форм и стержней иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1
Готовят сухую смесь из гипса, динаса и пылевидного возгона шамотного производства. Перед изготовлением форм и стержней в смесь вводят затворитель - предварительно подготовленный водный раствор АХФС в количестве 380 мл на 1 кг сухих составляющих с последующими перемешиванием и вибровакуумной обработкой в течение 3...4 мин.

Применяют вибрацию с амплитудой 0,3...0.55 мм и частотой 50 Гц. Поддерживают разряжение в емкости с гипсовой суспензией с остаточным воздушным давлением 1400 Па /2/.

Параллельно для получения сравнительных данных осуществляют приготовление гипсовой смеси согласно прототипу, соблюдая то же наполнение суспензии и указанные параметры вибровакуумной обработки смеси.

Подготовленные смеси используют для определения реологических свойств, изготовления керамических форм и стержней с фиксацией их физико-механических характеристик.

Показателями для сравнения являются текучесть и продолжительность затвердевания гипсовой суспензии, коэффициенты температурного линейного расширения (КТЛР) в интервале температур 20...300^oC, прочность и осыпаемость керамических образцов.

Текучесть оценивали, используя методику Суттарда, по диаметру растечения 250 мл суспензии при поднятии стандартной гильзы (диаметр и высота 50 мм) с гипсовой смесью, с момента затворения которой прошло 8 мин /4/.

Продолжительность отверждения гипсовой суспензии фиксировали с помощью иглы Вика /4/.

КТЛР определяли на дилатометре "PAULIK", используя керамические образцы диаметром 5 мм и высотой 30 мм.

Прочность керамики оценивали, испытывая на изгиб образцы размером (40x20x5)·10^-3м после сушки на воздухе и в горячем состоянии при температуре 700^oC.

Осыпаемость определяли на стандартных образцах высотой и диаметром 50 мм по ГОСТ 23409.9-78.

Результаты испытаний смесей приведены в табл. 3.

Пример 2
Аналогично примеру 1 готовят смесь для изготовления керамических форм и стержней из состава 2 (см. табл.2), показавшего оптимальные технологические свойства. Однако используют способ подютовки гипсовой смеси, по которому перед введением затворителя в сухие составляющие его обрабатывают наносекундными элекромагнитными импульсами (НЭМИ).

Для этого в емкость с затворителем - водным раствором АХФС устанавливают излучатель, подключенный к генератору НЭМИ /5/ мощностью 1 МВт в импульсе при частоте повторений 1000 Гц.

Излучатель выполнен в виде пирамиды размером (10x10x15)·10^-2м из меди. Продолжительность обработки водного раствора АХФС наносекундными электромагнитными импульсами варьируют: 15, 20 и 25 мин. Влияние НЭМИ на свойства гипсовых смесей представлено в табл. 4.

В табл. 4 приведены значения прочности керамических образцов, изготовленных по заявляемому способу при наполнении гипсовой суспензии: 360 мл затворителя на 1 кг сухих составляющих.

Обработка НЭМИ вызывает эффект "разжижающего" действия на затворитель, увеличения его седиментационной устойчивости вследствие разрушения гидратных оболочек коллоидных частиц водного раствора АХФС. В результате удается при сохранении оптимальной текучести гипсовой суспензии (140...160 мм) уменьшить количество затворителя на 1 кг сухих составляющих и за счет этого обеспечить повышение прочности керамических форм и стержней.

Результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом заявленный состав и способ подготовки смеси позволяют на 40...50% увеличить текучесть суспензии при одинаковом наполнении и сохранении оптимальной продолжительности отверждения, в 6 и более раз уменьшить КТЛР, практически исключить осыпаемость и в 1,5...2,0 раза повысить прочность керамических форм и стержней.

Смесь и способ ее подготовки опробованы в художественном и ювелирном литье по выплавляемым моделям на номенклатуре отливок, отличающихся повышенной массой и сложностью микрорельефа, показав улучшение качества их производства.

Таким образом, заявляемые смесь и способ ее подготовки позволяют получать высокоточные гипсовые литейные формы и стержни с повышенными физико-механическими свойствами. Эффективность достигается за счет специальных технологических добавок - недефицитных отходов производства огнеупоров низкой стоимости (пылевидный возгон шамотного производства) в сочетании с разработанным составом затворителя и его обработкой наносекундными электромагнитными импульсами для обеспечения улучшенных реологических свойств смеси.

Состав и способ подготовки смеси рекомендуются для производства отливок художественных и ювелирных изделий из цветных и драгоценных сплавов. Однако учитывая точность получаемых форм и их повышенные физико-механические свойства, смесь и способ ее подготовки могут быть использованы в зубопротезном деле, в производстве других изделий в точном литье из цветных сплавов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Урвачев В.П., Кочетков В.В., Горина Н.Б. Ювелирное и художественное литье по выплавляемым моделям сплавов меди. - Челябинск: Металлургия. -1991. -168 с.

2. Магницкий О.П., Пирайнен В.Ю. Художественное литье. - СПб.: Политехника. -1996. -213 с.

3. Авторское свидетельство N 904869. 15.02.82 B 22 C 1/16. Смесь для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям / Кондаков Е.Н., Смирнов А. А., Старченко И.П. и др. Бюл. N 6, 1982. -С. 59 (прототип). B 21 J 15/38.

4. Гутов Л.А., Бабляк Е.Л., Изойко А.П. Художественное литье из драгоценных металлов. - Л.: Машиностроение, 1988. - 224 с.

5. Патент РФ N 1757088. Формирователь наносекундных импульсов / Белкин B. C. , Шульженко Г.И. Бюл. N 31, 1992. - с. 226. 23.08.92 H 03 K 5/01, Ин-т яд. ф. СО АН СССР.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Смесь для изготовления керамических форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов, включающая гипс, динас и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пылевидный возгон шамотного производства и алюмохромфосфатное связующее при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Гипс - 10 - 14

Динас - 50 - 63

Пылевидный возгон шамотного производства - 3,7 - 7,0

Алюмохромфосфатное связующее - 0,003 - 0,02

Вода - Остальное

2. Способ приготовления смеси для изготовления керамических форм и стержней при производстве отливок из цветных и драгоценных сплавов, включающий перемешивание ингредиентов смеси и ее вибровакуумирование, отличающийся тем, что смесь имеет следующий состав, мас.%:

Гипс - 10 - 14

Динас - 50 - 63

Пылевидный возгон шамотного производства - 3,7 - 7,0

Алюмохромфосфатное связующее - 0,003 - 0,02

Вода - Остальное

а перед перемешиванием ингредиентов осуществляют обработку водного раствора алюмохромфосфатного связующего наносекундными электромагнитными импульсами.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что обработку водного раствора алюмохромфосфатного связующего наносекундными электромагнитными импульсами осуществляют в течение 15 - 25 мин.

Версия для печати
Дата публикации 02.01.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов