RU2338621C2

RU2338621C2 - Method of fabrication of ceramic casting tuyeres and other items

Info

Publication number: RU2338621C2
Application number: RU2006135412/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Глебов (RU); Сергей Михайлович Глебов; Виктор Юрьевич Пирайнен (RU); Виктор Юрьевич Пирайнен
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "ЦНИИМ-Инвест" (ОАО "ЦНИИМ-Инвест")
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2008-11-20
Also published as: RU2006135412A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method includes preparation of water suspension with hydrated surface of a solid phase, production of semi-finished item in gaseous medium with temperature lower, than freezing point of the suspension, thermostating of semi-finished item, its drying and burning. During semi-finished item forming on a working desk there is carried out silvering of suspension layer by layer; at that the working desk is cooled to the temperature lower, than the point of suspension freezing. When a layer freezes, the next layer is applied in a plane parallel to the surface of the working desk and in a form of a corresponding section of walls of formed semi-finished item. Layers of semi-finished item overhanging the desk surface are formed on rests made out of frozen water.

EFFECT: simplification of process of fabrication of tuyeres and reduction of operational costs.

2 cl

Description

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.The invention relates to the field of foundry, in particular to the manufacture of ceramic molds for producing castings from various cast alloys in a single and small-scale production. It can also be used for the manufacture of products from technical ceramics.

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.Widely known in the foundry is a method of manufacturing ceramic one-piece molds using one-time lost wax patterns (Shilennik Y.I. et al. Lost wax casting. - M.: Mashinostroenie, 1971, p. 431). The method includes the manufacture of a one-time model, the formation of a ceramic shell by layer-by-layer application of a refractory slurry onto the model, removal of the model from the ceramic shell by smelting (dissolution, burning), firing of the ceramic shell. Lost wax casting in ceramic molds produces castings of any complexity from a wide range of cast alloys.

Недостатком способа является необходимость применения пресс-форм или иной оснастки для изготовления разовых моделей, что экономически не выгодно для условий единичного и мелкосерийного производства.The disadvantage of this method is the need to use molds or other equipment for the manufacture of one-time models, which is not economically advantageous for conditions of a single and small-scale production.

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.In order to exclude the expensive stage of manufacturing molds for conditions of single and small-scale production, rapid prototyping technologies are used (Center for Rapid Prototyping, NAMI, website http://www.namirp.ru - information is attached to the application materials). Models are made by layer-by-layer growing on a desktop from polymers sintered by a laser beam, from photopolymers cured by an ultraviolet laser, and from paraffin-based formulations with special inkjet heads.

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.The disadvantages of rapid prototyping technologies for the manufacture of single models are the long duration of growing the latter and the high density of polymer models, which makes it difficult to remove them from ceramic forms.

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.A known method of model-free production of castings (Petrov AF Models are no longer required. - Foundry worker of Russia, 2006, No. 4, p. 39). Molds and cores are obtained by milling specially formed and cured sand blocks. The method is used in conditions of single and small-scale production.

Недостатком способа являются невозвратные потери материала песчаных блоков, образующиеся при фрезеровании.The disadvantage of this method is the irretrievable loss of material of the sand blocks generated during milling.

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.Known as a prototype is a method of manufacturing ceramic molds and other products (RF Patent No. 2033883, B22C 9/00, 1/00, 1995, BI No. 12), which includes preparing an aqueous suspension with a hydrated surface of the solid phase, freezing the suspension in a cooled model tool followed by thermostating of the cold-formed semi-finished product, removing the semi-finished product from the equipment, drying it and firing.

Недостатком способа является необходимость применения дорогостоящей модельной оснастки, что ограничивает его применение в условиях единичного и мелкосерийного производства.The disadvantage of this method is the need to use expensive model equipment, which limits its use in a single and small-scale production.

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.The objective of the invention is to reduce the production cycle and reduce the cost of manufacturing ceramic molds for castings from various cast alloys in a single and small-scale production.

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.The problem is solved due to the achieved technical result, which consists in eliminating from the technological process the stages of manufacturing model equipment and models, as well as eliminating technological losses in the form of waste molding materials.

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.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing ceramic casting molds and other products, including preparing an aqueous suspension with a hydrated surface of the solid phase, freezing the suspension, followed by thermostating the cold-formed semi-finished product, drying and firing, according to the invention, the formation of the semi-finished product is carried out on a cooled work table successive freezing of the layers of the suspension in the form of corresponding sections of the walls of the product, with each subsequent the coating layer is applied after freezing the previous one. To ensure uniform thermal conditions during freezing of the layers of the suspension around the formed semi-finished product create a gaseous medium with a temperature below the freezing point of the suspension.

Для формирования нависающих протяженных поверхностей полуфабриката или элементов поверхностей, формирование которых начинается выше поверхности рабочего стола, применяют подставки из замороженной воды.For the formation of overhanging extended surfaces of the semi-finished product or surface elements, the formation of which begins above the surface of the desktop, use stands made of frozen water.

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».A comparison of the claimed technical solutions with the prototype and other technical solutions allowed us to conclude that they are not known from the prior art, therefore, meet the criterion of "Novelty."

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.The influence of the transformations prescribed by these decisions, characterized by significant features distinctive from the prototype, on the achievement of the technical result does not follow explicitly from the prior art for a specialist. Therefore, the present invention has an inventive step.

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.A method of manufacturing ceramic casting molds and other products by freezing aqueous suspensions with a hydrated surface of the solid phase is characterized by the irreversibility of curing the suspension, i.e. frozen and thermostatically controlled at temperatures below -15 ° C the semi-finished product retains its size and shape during thawing, drying and firing, while not requiring the creation of any special conditions.

Спроектированную в трехмерном пространстве литейную форму или другое керамическое изделие разделяют на слои с заданным шагом.Designed in three-dimensional space, the mold or other ceramic product is divided into layers with a given step.

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.A layer of an aqueous suspension in the form of one of the extreme layers of the designed casting mold with a thickness corresponding to a given step is applied to a cooled working table of heat-conducting material, for example aluminum. The next suspension layer is applied to the suspension layer frozen in contact with the cooled work table, in the form of the next layer of the designed casting mold, which freezes in contact with the previous suspension layer. Thus, all layers are frozen in succession, forming (growing) a frozen semi-finished product of a mold or other product. The frozen semi-finished product is thermostated at a temperature below -15 ° C in a gaseous medium until the temperatures equalize over all sections and is separated from the working table. Next, the semi-finished product is heated to thaw, remove water and firing, getting a finished ceramic mold or other product.

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.When freezing suspension layers around the formed semi-finished product, a gaseous medium, for example air, is created with a temperature below the freezing point of the suspension, which ensures uniformity and repeatability of the thermal conditions of formation of each subsequent layer.

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.When forming a semi-finished product with complex geometry of the walls, situations may arise in which it is necessary to form layers corresponding to the sections of elements hanging over the surface of the desktop. To do this, use the support of the required size from frozen water, mounted on the surface of the desktop or already formed wall of the semi-finished product.

Claims

1. A method of manufacturing a ceramic casting molds or products, including preparing an aqueous suspension with a hydrated surface of the solid phase, forming a semi-finished product by freezing the suspension, thermostating the formed semi-finished product, drying and firing, characterized in that the formation of the semi-finished product is carried out by layer-by-layer freezing of the suspension on a cooled working table to a temperature below the freezing point of the suspension, with each subsequent layer of the suspension being applied to the previous one after it is frozen I in a plane parallel to the surface of the desktop and in the form of respective section walls formed by the semifinished product, the intermediate product formation is carried out in a gaseous medium having a temperature below the freezing point of the slurry.

2. The method according to claim 1, characterized in that the semi-finished product layers hanging over the surface of the table are formed on supports of frozen water.