RU2452618C1

RU2452618C1 - Device for making ceramic products from aqueous slurries

Info

Publication number: RU2452618C1
Application number: RU2010150401/03A
Authority: RU
Inventors: Феодосий Яковлевич Бородай (RU); Феодосий Яковлевич Бородай; Виктор Васильевич Платонов (RU); Виктор Васильевич Платонов; Михаил Анатольевич Волков (RU); Михаил Анатольевич Волков; Любовь Анатольевна Веднева (RU); Любовь Анатольевна Веднева; Флорида Павловна Быченкова (RU); Флорида Павловна Быченкова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология"
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-06-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: device for making ceramic products from aqueous slurries comprises a water-absorbing matrix, a passive core, units of their mutual coaxial installation, a system of supply and make-up of a slurry with make-up reservoirs, a sprue ring and a pouring nozzle. Circuits of forming surfaces of the matrix and the core are made on the basis of gradual reduction of a gap between them to a tip by 2÷4 mm, the core is installed relative to the sprue ring with a gap of 2÷3 mm. The sprue ring is installed in the matrix as cylindrically fit. In the sprue ring there is a circular cavity communicating with a pouring cavity of the matrix, the inner side wall of the circular cavity is arranged with an inclination towards the core, and the end of the sprue ring is installed in the zone of the water-absorbing layer of the matrix.

EFFECT: higher quality of products with reduced allowance for mechanical treatment.

1 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к керамической промышленности, в частности к технологии формования керамических изделий из водных шликеров в гипсовых формах, и может быть использовано при изготовлении тонкостенных керамических заготовок для оболочек антенных обтекателей из кварцевой керамики и других керамических материалов наливным методом водного шликерного литья.The invention relates to the ceramic industry, in particular to a technology for molding ceramic products from aqueous slips in gypsum forms, and can be used in the manufacture of thin-walled ceramic blanks for shells of antenna fairings made of quartz ceramics and other ceramic materials using the liquid slip casting method.

Известны устройства для формования керамических изделий из водных шликеров, например по патенту РФ №2137599, кл. В28В 1/26. Устройство включает влагопоглащающую матрицу в металлическом перфорированном каркасе, пассивный сердечник с опорным фланцем и центрирующим штоком, направляющие колонки для соединения матрицы и сердечника, систему подачи и подпитки шликера с подпиточными емкостями необходимого объема, литниковое кольцо и заливочный штуцер.Known devices for molding ceramic products from aqueous slips, for example, according to the patent of the Russian Federation No. 2137599, class. B28B 1/26. The device includes a moisture-absorbing matrix in a metal perforated frame, a passive core with a support flange and a centering rod, guide columns for connecting the matrix and the core, a slip supply and make-up system with feed tanks of the required volume, a sprue ring and a filling nozzle.

Указанное устройство используется в технологии изготовления равнотолщинных керамических заготовок. В рассматриваемой конструкции поступление подпиточного объема шликера в заливаемую полость матрицы осуществляется из нескольких подпиточных емкостей через соответствующие каналы во фланце сердечника и литниковом кольце, при этом распределение подпиточного объема шликера по круговому периметру в заливаемой полости происходит неравномерно, что вызывает изменение кинетики набора и появление недоливов в зоне основания заготовки. Кроме того, изготовление равнотолщинных заготовок для оболочек обтекателей является экономически невыгодным вариантом, так как оболочки керамических обтекателей у основания на сравнительно небольшой длине имеют конструктивное утолщение стенки. Получение такого контура оболочки связано с увеличением объема механической обработки керамического материала, и значительным количеством безвозвратных отходов.The specified device is used in the manufacture of equal-thickness ceramic billets. In the design under consideration, the supply of the slip volume to the fill cavity of the matrix is carried out from several feed tanks through the corresponding channels in the core flange and the sprue ring, while the distribution of the slip volume along the circular perimeter in the fill cavity is uneven, which causes a change in the kinetics of the set and the occurrence of underfilling in the base zone of the workpiece. In addition, the manufacture of equally thick blanks for fairing shells is an economically disadvantageous option, since the shells of ceramic fairings at the base over a relatively short length have a structural thickening of the wall. Obtaining such a shell contour is associated with an increase in the volume of machining of ceramic material, and a significant amount of irretrievable waste.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для формования крупногабаритных сложнопрофильных керамических заготовок по патенту РФ №2359939, кл. В28В 1/26. Устройство содержит влагопоглащающую матрицу в металлическом перфорированном каркасе, пассивный сердечник с узлами центровки его относительно матрицы, системы подачи и подпитки шликера в виде заливочного патрубка и подпиточных емкостей, а между фланцами матрицы и сердечника установлено литниковое кольцо с каналами для прохода шликера, нижний торец которого совпадает с краем влагопоглащающей части матрицы.Closest to the claimed is a device for forming large-sized complex ceramic billets according to the patent of the Russian Federation No. 2359939, class. B28B 1/26. The device contains a moisture-absorbing matrix in a perforated metal frame, a passive core with its centering nodes relative to the matrix, a slip supply and recharge system in the form of a filling pipe and make-up containers, and a sprue ring with channels for the passage of the slip is installed between the matrix and core flanges, the lower end of which coincides with the edge of the moisture-absorbing part of the matrix.

Отличительной особенностью рассматриваемого устройства является то, что зазор между рабочими поверхностями влагопоглащающей части матрицы и сердечника, определяющий контур отливаемой заготовки, имеет увеличение к носовой части в пределах 1,10…1,50 по отношению к толщине у основания.A distinctive feature of the device under consideration is that the gap between the working surfaces of the moisture-absorbing part of the matrix and the core, which determines the contour of the cast billet, has an increase to the nose in the range of 1.10 ... 1.50 with respect to the thickness at the base.

Такое конструктивное решение обусловлено учетом возможного гравитационного осаждения крупных фракций шликера во время набора заготовки. Для реализации полного без недоливов набора стенки заготовки с заданным утолщением к носку требуется обеспечить точное соотношение значений гравитационного осаждения и капиллярного набора на гипс по всему профилю заготовки. Определить вклад каждого из указанных процессов в суммарный процесс формования керамической заготовки для каждого ее сечения является практически трудноразрешимой задачей из-за множества разнообразных факторов. Причем эти факторы относятся к двум разным системам. С одной стороны, это факторы, определяющие устойчивость шликера, т.е. отсутствие осаждения частиц, а с другой, факторы, определяющие кинетику набора на гипс: пористость, влажность, температуру окружающей среды и т.д.This constructive solution is due to the possible gravitational deposition of large slurry fractions during set-up. To implement a complete without underfill set of the wall of the workpiece with a given thickening to the toe, it is necessary to ensure the exact ratio of the values of gravity deposition and capillary set on gypsum over the entire profile of the workpiece. Determining the contribution of each of these processes to the total process of molding a ceramic billet for each of its cross sections is an almost impossible task due to many different factors. Moreover, these factors relate to two different systems. On the one hand, these are the factors determining the stability of a slip, i.e. the absence of particle deposition, and on the other, the factors determining the kinetics of gypsum set: porosity, humidity, ambient temperature, etc.

Указанный в прототипе диапазон увеличения толщины стенки не является точным критерием для оценки взаимозависимости рассматриваемых процессов и потому очень сложен в реализации.The range of increase in wall thickness indicated in the prototype is not an exact criterion for assessing the interdependence of the processes under consideration and therefore is very difficult to implement.

На практике полный набор стенки заготовки может произойти раньше в тонкой части в районе основания, а в средней части заготовки остается при этом без подпитки, и, как следствие, возникают недоборы стенки, что является признаком брака. Кроме того, крупногабаритные тонкостенные заготовки конусообразной формы с уменьшенной толщиной стенки у основания и увеличенной толщиной стенки в носовой части при температуре спекания 1220÷1260°С склонны к короблению и деформации.In practice, a complete set of the preform wall can occur earlier in the thin part near the base, while in the middle part of the preform it remains without recharge, and, as a result, shortages of the wall arise, which is a sign of marriage. In addition, large-sized thin-walled preforms with a conical shape with a reduced wall thickness at the base and an increased wall thickness in the bow at a sintering temperature of 1220 ÷ 1260 ° C are prone to warping and deformation.

Задачей изобретения является улучшение качества отформованных крупногабаритных тонкостенных изделий.The objective of the invention is to improve the quality of molded bulky thin-walled products.

Указанная задача достигается тем, что предложено устройство для формования керамических изделий из водных шликеров, содержащее влагопоглащающую матрицу, пассивный сердечник, узлы их взаимной соосной установки, систему подачи и подпитки шликера с подпиточными емкостями, литниковое кольцо и заливочный штуцер, отличающееся тем, что контуры формующих поверхностей матрицы и сердечника выполнены исходя из условия постепенного уменьшения зазора между ними к носку на 2÷4 мм, сердечник размещен относительно литникового кольца с зазором 2÷3 мм, литниковое кольцо установлено в матрице по цилиндрической посадке, в литниковом кольце имеется сообщающаяся с заливочной полостью матрицы круговая полость, внутренняя боковая стенка круговой полости выполнена с уклоном в сторону сердечника, а торец литникового кольца расположен в зоне влагопоглащающего слоя матрицы.This task is achieved by the fact that the proposed device for forming ceramic products from aqueous slips containing a moisture-absorbing matrix, a passive core, nodes of their mutual coaxial installation, a system for feeding and feeding slurry with make-up containers, a sprue ring and a filling fitting, characterized in that the contours of the molding the surfaces of the matrix and the core are made based on the condition of a gradual decrease in the gap between them to the toe by 2 ÷ 4 mm, the core is placed relative to the sprue ring with a gap of 2 ÷ 3 mm, itnikovoe ring is set in a matrix of cylindrical landing ring has a riser communicating with the die cavity sealing circular cavity, the inner side wall of the circular cavity is formed with a slope toward the core end and the casting ring is located in the zone of desiccant matrix layer.

Авторами экспериментально установлено, что постепенное уменьшение зазора к носовой части между формующими поверхностями влагопоглащающей матрицы и сердечника обеспечивает формование разнотолщинных тонкостенных заготовок для оболочек обтекателей более экономичного профиля, т.е. снижается расход материала и затраты на последующую механическую обработку. Кроме того, подобный профиль заготовки при формовании способствует повышению однородности структуры по всему объему заготовки, устраняет недоливы в ее носовой части, а также уменьшает деформации при высокотемпературном обжиге.The authors experimentally established that a gradual decrease in the gap to the nose between the forming surfaces of the moisture-absorbing matrix and the core allows the formation of thin-walled thin-walled blanks for shells of fairing shells of a more economical profile, i.e. material consumption and the costs of subsequent machining are reduced. In addition, such a profile of the workpiece during molding helps to increase the uniformity of the structure throughout the volume of the workpiece, eliminates underfilling in its bow, and also reduces deformation during high-temperature firing.

В таблице приведено изменение плотности оболочек обтекателей из кварцевой керамики, полученных на различных устройствах: 1 - с уменьшением зазора между матрицей и сердечником в носовой части формы (по предлагаемому техническому решению), 2 - при равномерном зазоре, 3 - при увеличении зазора к носку. Зазор на высотах от основания 50, 300, 600, 900 и 1100 мм контролировали по толщине керамической заготовки в этих зонах при помощи механической скобы с индикатором часового типа, плотность - УЗ-методом. Высота оболочки 1300 мм, диаметр у основания 440 мм.The table shows the change in the density of the shells of fairings made of quartz ceramics obtained on various devices: 1 - with a decrease in the gap between the matrix and the core in the bow of the mold (according to the proposed technical solution), 2 - with a uniform gap, 3 - with an increase in the gap to the toe. The clearance at heights from the base of 50, 300, 600, 900 and 1100 mm was controlled by the thickness of the ceramic billet in these areas using a mechanical bracket with a dial gauge, density using the ultrasonic method. The height of the shell is 1300 mm, the diameter at the base is 440 mm.

Таблица - Толщины заготовок и изменение плотности изделий из кварцевой керамики, отформованных по предлагаемому решению, аналогу и прототипуTable - The thickness of the workpieces and the change in the density of products made of quartz ceramics, molded by the proposed solution, analog and prototype

№No. Характеристика устройств для формованияCharacterization of molding devices Толщина заготовки, ммThe thickness of the workpiece, mm Средняя плотность материалов, г/см³ The average density of materials, g / cm ³ Высота от основания, ммHeight from the base, mm Высота от основания, ммHeight from the base, mm 50fifty 300300 600600 900900 11001100 50fifty 300300 600600 900900 11001100 1one Увеличение толщины зазора к основаниюThe increase in the thickness of the gap to the base 17,017.0 16,516.5 14,914.9 14,414,4 14,014.0 1,992 (0)1,992 (0) 1,989 (-0,003)1,989 (-0,003) 1,993 (+0,001)1.993 (+0.001) 1,995 (+0,003)1.995 (+0.003) 1,994 (+0,002)1.994 (+0.002) 22 Зазор равнотолщинный (аналог)Equal thickness clearance (analog) 17,517.5 17,417.4 17,717.7 17,517.5 17,417.4 1,994 (0)1,994 (0) 1,992 (-0,002)1.992 (-0.002) 1,994 (0)1,994 (0) 1,999 (+0,005)1,999 (+0,005) 2,002 (+0,008)2.002 (+0.008) 33 Увеличение зазора к носку (прототип)The increase in the gap to the toe (prototype) 17,417.4 17,717.7 18,218.2 18,618.6 18,918.9 1,981 (0)1,981 (0) 1,986 (+0,005)1,986 (+0,005) 1,990 (+0,009)1,990 (+0,009) 1,994 (0,013)1.994 (0.013) 2,000 (+0,019)2,000 (+0,019)

Видно, что минимальный разброс плотности достигнут при формовании изделий с уменьшением зазора между матрицей и сердечником у носовой части матрицы. Это объясняется тем, что в предложенной конструкции устройства крупные частицы, более всего подверженные гравитационному осаждению, не накапливаются в утолщенной носовой зоне, а равномерно распределяются по всей высоте заготовки, улучшая ее однородность и качество.It can be seen that the minimum density dispersion was achieved during the formation of products with a decrease in the gap between the matrix and the core at the nose of the matrix. This is because in the proposed design of the device, large particles, most susceptible to gravitational deposition, do not accumulate in the thickened nose zone, but are evenly distributed over the entire height of the workpiece, improving its uniformity and quality.

Важным условием для формования качественных заготовок является осуществление непрерывной подпитки шликером по всему периметру торца заготовки. Для реализации этого требования в заявляемом устройстве литниковое кольцо имеет круговую полость, обеспечивающую растекание шликера по периметру торца заготовки. Кроме того, боковая стенка круговой полости выполнена с уклоном в сторону сердечника, что предотвращает возникновение застойных зон и нежелательное оседание в них крупных фракций, что приводит к ухудшению качества структуры стенки заготовки.An important condition for the formation of high-quality workpieces is the implementation of continuous replenishment with a slip around the entire perimeter of the end face of the workpiece. To implement this requirement in the inventive device, the sprue ring has a circular cavity, ensuring the spreading of the slip along the perimeter of the end face of the workpiece. In addition, the side wall of the circular cavity is made with a slope towards the core, which prevents the occurrence of stagnant zones and unwanted subsidence of large fractions in them, which leads to a deterioration in the quality of the structure of the wall of the workpiece.

Для исключения недоливов и сколов у торца заготовки высота литникового кольца выбрана таким образом, что торец расположен в зоне влагопоглащающего слоя матрицы, примерно на 4÷5 мм ниже верхнего края влагопоглащающего слоя. Такое перекрытие улучшает условия набора торца заготовки.To eliminate underfilling and chips at the end face of the workpiece, the height of the sprue ring is chosen so that the end face is located in the zone of the moisture-absorbing layer of the matrix, approximately 4–5 mm below the upper edge of the moisture-absorbing layer. This overlap improves the conditions for the selection of the end face of the workpiece.

В заявляемом устройстве сердечник установлен с зазором 2÷3 мм относительно литникового кольца, что, с одной стороны, обеспечивает свободный проход шликера, а с другой стороны, возникающий облой на торце после отвердевания легко удаляется без нарушения целостности торца.In the inventive device, the core is installed with a gap of 2 ÷ 3 mm relative to the sprue ring, which, on the one hand, provides free passage of the slip, and on the other hand, the arising flake at the end after hardening is easily removed without violating the integrity of the end.

На чертежах представлено:The drawings show:

на фиг.1 - общий вид заявляемого устройства,figure 1 is a General view of the inventive device,

на фиг.2 - разрез и положение литникового кольца в увеличенном масштабе.figure 2 - section and position of the sprue ring on an enlarged scale.

Заявляемое устройство включает влагопоглащающую матрицу 1, пассивный сердечник 2, узел соосной установки в виде съемного фланца с центрирующим штоком 3, литниковое кольцо 4, с кольцевой полостью 5 колонки 6, зажимные гайки 7, подпиточные емкости 8, заливочный штуцер 9 и кантователь 10.The inventive device includes a moisture-absorbing matrix 1, a passive core 2, an assembly of a coaxial installation in the form of a removable flange with a centering rod 3, a sprue ring 4, with an annular cavity 5 of a column 6, clamping nuts 7, make-up containers 8, filling nozzle 9 and tilter 10.

Устройство работает следующим образом. Предварительно соединяются составные части устройства: матрица 1, сердечник 2, литниковое кольцо 4, колонки 6 с зажимными гайками 7. Устанавливаются подпиточные емкости 8 и подсоединяется заливочный штуцер 9. Сборка устанавливается на кантователь 10 в вертикальном положении.The device operates as follows. The components of the device are pre-connected: the matrix 1, the core 2, the sprue ring 4, the column 6 with the clamping nuts 7. The make-up containers 8 are installed and the filling nozzle 9 is connected. The assembly is mounted on the tilter 10 in a vertical position.

Заливка шликера производится через заливочный штуцер методом сообщающихся сосудов. По мере набора заготовки осуществляют контроль завершения набора различными методами: УЗ-методом, лазерным, оптическим с завершающей проверкой проволочным щупом с ограничителем погружения, введенным через прибыльную емкость в зазор между литниковым кольцом и сердечником. После завершения набора остатки шликера из подпиточных емкостей сливают поворотом формового комплекта в кантователе 10, снимают подпиточные емкости, сердечник с опорным фланцем, литниковое кольцо. Через 1÷2 часа заготовку извлекают из формы (после ее отделения от рабочей поверхности гипсовой формы за счет усадки материала).Slip is poured through the filling nozzle by the method of communicating vessels. As the workpiece is recruited, the completion of the set is monitored by various methods: by the ultrasonic method, laser, optical with a final check by a wire probe with an immersion limiter inserted through a profitable container into the gap between the sprue ring and the core. After completing the set, the remaining slurry from the make-up containers is drained by turning the mold set in the tilter 10, the make-up containers, the core with the supporting flange, and the gating ring are removed. After 1 ÷ 2 hours, the workpiece is removed from the mold (after it is separated from the working surface of the gypsum mold due to shrinkage of the material).

Предлагаемое устройство для формования керамических изделий из водных шликеров позволяет получать качественные крупногабаритные тонкостенные керамические изделия с уменьшением припуска на мехобработку, что обеспечивает снижение трудозатрат на механическую обработку до 20% и снижает расход материалов до 10%.The proposed device for molding ceramic products from water slips allows you to get high-quality large-sized thin-walled ceramic products with a reduction in machining allowance, which reduces labor costs for machining by 20% and reduces material consumption by 10%.

Claims

A device for molding ceramic products from aqueous slips containing a moisture-absorbing matrix, a passive core, nodes of their mutual coaxial installation, a system for feeding and feeding slurry with make-up containers, a sprue ring and a filling nozzle, characterized in that the contours of the forming surfaces of the matrix and core are made based on conditions for a gradual decrease in the gap between them to the toe by 2 ÷ 4 mm, the core is placed relative to the gating ring with a gap of 2 ÷ 3 mm, the gating ring is installed in the matrix along the cylinder landing, in the sprue ring there is a circular cavity communicating with the die cavity of the matrix, the inner side wall of the circular cavity is sloped towards the core, and the end of the sprue ring is located in the zone of the moisture-absorbing layer of the matrix.