Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб фільтраційного формування, що включає операції нанесення сипкого формувального матеріалу на модель, виготовлену з замороженої водної композиції, плавлення цієї моделі, фільтрації її розплаву у формувальний матеріал та створення в ньому твердої оболонки піщаної форми чи стрижня, який відрізняється тим, що виконують вистоювання ливарної форми чи стрижня протягом мимовільного протікання останніх трьох операцій з закінченням цього вистоювання не раніше, ніж досягається створення твердої оболонки піщаної форми чи стрижня.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при виготовленні стрижня моделлю відтворюють порожнину в його центральній частині.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що під час вистоювання ливарної форми чи стрижня їх підігрівають до температури 40-100 °C.

Текст

Дивитися

Реферат: UA 91197 U UA 91197 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до ливарного виробництва, зокрема до способів виготовлення піщаних ливарних форм та стрижнів. Відомий спосіб фільтраційного формування, що включає нанесення на разову модель сипкого формувального матеріалу, плавлення разової моделі, подачу крізь трубчастий випор або стояк до цієї моделі рідкого компонента, що змішується з її розплавом та разом з ним фільтрується у формувальний матеріал під дією його вакуумування та створює в ньому тверду піщану оболонку. При цьому застосовують модель, виготовлену з замороженої водної композиції [1]. Відомий спосіб вакуумного формування по легкоплавких моделях, що включає засипання моделі піском, розплавлення моделі й усмоктування продуктів її розплавлення в пісок під дією вакууму, нанесення герметизуючого покриття на поверхню утвореної порожнини форми шляхом осадження гелеутворюючого матеріалу при фільтрації продуктів розплавлення моделі, у яку попередньо вводять цей матеріал [2]. Також крізь трубчастий випор або стояк до цієї моделі подають рідкий компонент, що виконує певні технологічні функції (теплоносія, герметизатора тощо) змішується з її розплавом та разом з ним фільтрується у формувальний матеріал [3]. В цих способах присутні три операції: плавлення моделі, фільтрація розплаву моделі в формувальний матеріал з утворенням порожнини форми та створення в цьому матеріалі твердої піщаної оболонки. Одна з переваг цих способів полягає в тому, що в них разову модель, крім створення порожнини форми, використовують для двох функцій, видалення моделі, а також різнопланову участь її розплаву у створенні твердої піщаної оболонки. Досі за аналогією з моделями, що газифікуються, застосовували примусову фільтрацію продуктів деструкції моделі шляхом вакуумування формувального матеріалу, або створення перепаду тиску газу [4] чи рідини [5]. Для прискорення цих операцій також застосовували нагрівання моделі попередньо нагрітим формувальним матеріалом [6], подаванням через трубчатий випор нагрітої рідини [3, 7] чи газу [6], або пропусканням електроструму крізь модель за допомогою електродів [8]. Кожна з цих операцій потребує енерго- та трудовитрат протягом певного часу і спеціального обладнання, що збільшує собівартість продукції - металевих виливків. А заливання через трубчастий випор технологічної рідини часто призводить до збільшення витрат на сушку формованого виробу. Крім цього нагрівання матеріалу моделі без вказаного обмеження в багатьох випадках шкодить процесу твердіння та отримання якісних оболонкових форм. Як зазначено в підручнику для вузів будівельного профілю [9], підвищення температури гіпсового тіста до 40-46 °C сприяє прискоренню його схоплювання, а вище цієї межі, навпаки, - уповільненню. При температурі гіпсової маси 90-100 °C тужавлення і тверднення припиняються. Найбільш близьким до заявленого по технічному рішенню є спосіб виготовлення ливарних форм по легкоплавких моделях, що включає нанесення сипкого формувального матеріалу на модель, виготовлену з замороженої водної композиції, плавлення цієї моделі, фільтрації її розплаву у формувальний матеріал під дією його вакуумування та створення в ньому твердої оболонки, на поверхні якої потім твердне метал виливка [6]. Вакуумування є витратною операцією, що прискорює формування, але утруднює його та призводить до значного браку форм, що також збільшує витрати на виробництво виливків. Потоки повітря, що засмоктуються вакуумом в зволожену рідиною від танення моделі стінку форми, призводять до утворення каверн у цій стінці. Аналогічне спостерігається при вакуумноплівковому формуванні (ВПФ), якщо плівка отримає отвори при втраті герметичності. В разі застосування надмірне нагрівання, крім перевитрат енергії, знижує якість оболонкових форм, що також негативно позначається на вартості виробництва. Задача створення і застосування способу - зменшення витрат на ливарне виробництво. Поставлена задача вирішується тим, що в способі фільтраційного формування, що включає операції нанесення сипкого формувального матеріалу на модель, виготовлену з замороженої водної композиції, плавлення цієї моделі, фільтрації її розплаву у формувальний матеріал та створення в ньому твердої оболонки піщаної форми чи стрижня, згідно корисної моделі, виконують вистоювання ливарної форми чи стрижня протягом мимовільного протікання останніх трьох операцій з закінченням цього вистоювання не раніше, ніж досягається створення твердої оболонки піщаної форми чи стрижня. Крім цього при виготовленні стрижня можуть моделлю відтворювати порожнину в його центральній частині, а під час вистоювання ливарної форми чи стрижня можуть їх підігрівати до температури 40-100 °C. Спосіб реалізується завдяки тому, що силова взаємодія талої води з мінеральними частинками формувального піску визначається гідрофільністю мінеральних часток [10, 11]. Мінеральні частинки ґрунтів (діоксид кремнію, оксиди інших металів та ін.) заряджені негативно, а молекули води є диполями, зарядженими позитивно на одному (атом кисню) і негативно на 1 UA 91197 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 іншому (два атоми водню) кінці. При контакті твердої мінеральної частинки з водою виникають електромолекулярні сили взаємодії, які притягують диполі води до поверхні мінеральних часток з великою силою (особливо перші шари), і чим більше питома поверхня частинок, тим більша кількість молекул води буде перебувати в зв'язаному стані. Це пояснює вбирання та утримання води адсорбційно-капілярними силами в середовищі формувального піску [10]. Якщо в прошарок піску поступило більше води, ніж він здатен утримати цими силами, то надлишок вологи перетікає в прошарок, що лежить під ним. Термін "вистоювання" (для твердіння) часто використовується для опису виготовлення бетонних виробів [12], в яких операція твердіння протікає мимовільно протягом певного часу. Спосіб формування використовує дію капілярних сил, наочний приклад якої можна спостерігати при розкопуванні сухого піску на пляжі і дійти до вологого піску. І чим глибше копати, тим більше води в ньому буде, незважаючи на те, що рівень водойми розташований набагато нижче; залежно від розмірів піщинок вода піднімається на висоту 30-60 см від цього рівня [13]. Прилеглі один до одного піщинки утворюють безліч капілярів. Вода змочує піщинки, обволікає їх і піднімається по стінках капілярів за рахунок електромолекулярних сил. Чим вужчі капіляри (дрібніші піщинки), тим менше маса знаходиться в них води і відповідно на більшу висоту вона може піднятися. Подібне явище називають капілярним транспортом [14]. Загальна схема способу формування за цією корисною моделлю включає нанесення сипкого формувального матеріалу на крижану модель. Цей матеріал ні нагрівається, ні охолоджується, а береться з температурою приміщення ливарного цеху, яка в середньому сягає близько 20 °C. Модель складається з замороженої води чи водної композиції, як правило при температурі -20-10 °C. Після нанесення на модель формувального матеріалу у вигляді порошкового покриття чи облицювання з наступним додатковим засипанням формувальним матеріалом (часто з віброущільненням в контейнерній чи іншого виду опоці), чи без такого, модель нагрівається від оточуючого матеріалу та через деякий час (зазвичай від кількох до десятка хвилин) починає танути, потім саме танення триває приблизно протягом десятків хвилин. Наведемо короткий опис явищ фільтрації, застосованих в способі. При змочуванні і фільтрації завдяки адсорбційно-капілярним силам талої рідини сухим сипким формувальним матеріалом, компоненти цих рідини і матеріалу підбирають так, що вони утворюють в'яжучу композицію, яка призводить до створення твердої оболонки на глибину фільтрації (просочення) рідини. Гідрофільність кварцових зерен призводить до обволікання їх водним розчином гелеутворюючого чи зв'язуючого матеріалу (при введенні його до складу талої композиції) і молекулярному зчепленню між ним і піщинами. Якщо в одному з варіантів формувальний матеріал містив сухий пісок з порошком гіпсу (чи цементу), то тала вода від моделі при вбиранні стінками форми (з цього формувального матеріалу) та капілярному всмоктуванні [15] її (як дисперсійного середовища) служила затверджувачем гіпсу та збільшувала міцність зчеплення (адгезію) його із зернами піску, що в результаті утворювало тверду оболонку. При цьому твердіння зазвичай відбувалося протягом від кількох до десятків хвилин і полягало в перетворенні дисперсної системи в "конденсований" стан - утворення інтерфазної структури з дисперсних різнорідних часток [15]. Навіть для чистого кварцового піску вода, що має високий поверхневий натяг, сама є слабким зв'язуючим. Якщо властивості міцності багатьох зв'язуючих органічного (лігносульфонати, декстрин, пектиновий клей, патока тощо) і неорганічного (глина, цемент, гіпс, рідке скло тощо) походження виявляються тільки в присутності води, то застосування саме крижаних моделей з постачанням води при їх таненні належить до переваг, що використано в цьому способі формування. Для проявлення адгезії потрібен тісний контакт між адгезивом та субстратом. Такий контакт між матеріалом і клеючим продуктом, що його склеює, забезпечує тала водна композиція, а основою механізму тверднення зазначених зв'язуючих являється гідратоутворення і структуроутворення як синтез міцності [15]. Виконання вистоювання ливарної форми чи стрижня протягом часу не меншого, ніж потрібний для мимовільного протікання зазначених вище процесів від моменту нанесення на крижану модель сипкого формувального матеріалу до створення твердої оболонки є таким технічним рішенням, що дозволяє досягти запланованого технічного результату. На цей час піщана форма наче випадає з поля зору ливарників, а подальші технологічні дії з нею виконують не раніше, ніж досягається створення твердої оболонки піщаної форми чи стрижня, коли наступні дії не здатні порушити її цілісність. Після отримання оболонкової форми з товщиною твердої оболонки відповідно глибині просоченого дотичного до моделі піщаного шару її звільняють від залишків рідких продуктів моделі (якщо такі залишились) і після додаткового твердіння, висушування оболонки чи інших відомих операцій можуть відправляти на операцію 2 UA 91197 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 заливання металом або, видаливши з форми шляхом висипання через низ опоки залишку сипкого формувального матеріалу, відправляти на склад для наступної заливки металом з опорним наповнювачем або без нього. В варіанті способу передбачено скорочення часу набору заданої міцності обмеженим по температурі та енергоємності нагріванням оболонкових форм чи стрижнів для можливості збільшення оборотності оснастки, ефективності використання обладнання та підвищення продуктивності виробництва, що також сприяє зменшенні витрат на виробництво. Суттєвою ознакою цього способу є вистоювання ливарної форми чи стрижня без струсів та коливань, що притаманні транспортуванню форм чи стрижнів. Для зазначених трьох мимовільно плинних операцій важливий режим відносної статичності форм чи стрижнів, теоретично допустимий лише прямолінійний рух з постійною швидкістю. Бо в цей час опора для сипкого формувального матеріалу - крижана модель тане, а набуває міцності оболонка навколо неї. Збереження в статичному стані зерен формувального матеріалу навколо танучої моделі та непорушності стінок ливарної порожнини, яка звільняється від моделі, забезпечують рішення [16, 17] та інші нижче зазначені, що ґрунтуються на вивченні, практичній перевірці та застосуванні фізичних особливостей кріотехнологічних явищ, притаманних процесу фільтраційного формування за крижаними моделями. Способом [16] наносили сипкий формувальний матеріал у вигляді порошкового покриття на крижану модель завдяки використанню двох протилежних електрозарядів цього матеріалу і поверхні нанесення (моделі) та утримували шар покриття товщиною до 3 мм, що для дрібних моделей можна вважати вже облицюванням і після його затверднення використовувати як оболонкову форму. А способом [17] отримували багатошарове покриття на моделі з формувального матеріалу, що призначено для формування крупних моделей, або виробництва оболонкових безопочних форм. Застосування в останньому випадку навколо моделі зволоження атмосфери, з якої пошарово наносили конденсуванням вологу на формувальний матеріал за наявністю в ньому гіпсу чи цементу, отримували напівтверде покриття, в якому починалось схоплювання вказаних в'яжучих ще на твердій моделі. Засоби та методи, за допомогою яких реалізується корисна модель як промислово придатна, ілюструються наступними прикладами її реалізації. В першому прикладі після нанесення на модель формувального матеріалу у вигляді покриття, цикл операцій з одержання виливка полягав в наступному. Модель з покриттям поміщали в контейнерну опоку і засипали формувальним матеріалом, зокрема, як зазначено в патенті [18], а приклад складу цього матеріалу наведений в патенті [6] з урахуванням оптимізації за гранулометричним складом, згідно з патентом [19]. Потім формувальний матеріал, як правило, пісок з додаванням гіпсу чи цементу, віброущільнювали (можливо з урахуванням способу [20]), він також обтискав і ущільнював покриття. Потім виконували вистоювання ливарної форми на горизонтальному майданчику протягом мимовільного протікання трьох операцій плавлення цієї моделі, фільтрації її розплаву у формувальний матеріал та створення в ньому твердої оболонки піщаної форми чи стрижня при закінченні цього вистоювання не раніше, ніж досягали створення твердої оболонки піщаної форми. Після віброущільнення за оптимальним режимом піщинки формувального матеріалу розміщуються так, що заклинюють один одного, заважаючи взаємному переміщенню. Це явище носить назву "поява арочних структур" [13]. В арці кожен окремий елемент не може переміститися в напрямку дії зовнішньої сили - він затиснутий врозпір сусідніми елементами, яким і передає діюче навантаження і набуває властивостей твердого тіла, що дозволяє в статичному стані досить тонкій тверднучій оболонці витримувати вагу верхніх прошарків сипкого формувального матеріалу. Досягнення створення твердої оболонки піщаної форми достатньої міцності контролювали за відомими методами, наприклад за патентами [1, 21]. Як правило в цьому та інших варіантах формування вистоювання форм чи стрижнів проводили протягом другої та третьої змін, працюючи на першій. На другий день формувальні вироби набували достатньої міцності для подальших операцій. Наступний приклад полягає в тому, що для дрібних моделей наносили на них в безперервному режимі (підряд) два-три шари покриття з сипкого формувального матеріалу з застосуванням зволоженого повітря згідно [17], поміщали отриману оболонкову форму з моделлю на деко і виконували вистоювання такої ливарної форми на горизонтальній площадці. Модель танула, рідина від неї просочувала оболонку з гідратаційним в'яжучим в формувальному матеріалі, твердненням котрого створювало тверду оболонку піщаної форми. Надлишок рідини стікав в деко. Наданням достатнього часу для поволі плинних операцій досягали заданого результату. 3 UA 91197 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При виготовленні стрижня моделлю відтворювали порожнину в його центральній частині. Піщані стрижні з порожниною чи оболонкові стрижні економлять формувальний матеріал, мають високу газопроникність, що запобігає газовим дефектам виливків, а також високі податливість та вибивальність, що часто дозволяє їм повністю висипатись з порожнин виливків шляхом руйнування від усадки твердого виливка. В процесі виготовлення стрижня на дно стрижневого ящика засипали шар формувального матеріалу, вкладали крижану модель, що по розмірам відповідала утворюваній в тілі стрижня порожнині, досипали і віброущільнювали формувальний матеріал до заповнення стрижневого ящика. Поміщали ящик з моделлю на деко і виконували вистоювання ящика зі стрижнем на горизонтальній площадці. Модель танула, рідина від неї просочувала оболонку з гідратаційним в'яжучим в формувальному матеріалі, твердненням котрого досягали створення твердої оболонки стрижня. Надлишок рідини (за наявності) стікав в деко. Наданням достатнього часу для поволі плинних операцій досягали заданого результату - тверднення матеріалу стрижня. В разі необхідності протягом вистоювання можливе обережне кантування ящика для рівномірної фільтрації талої рідини в стрижнях складної конфігурації. Рідину з дека подавали на повторне застосування. В одному з варіантів під час вистоювання ливарної форми чи стрижня їх підігрівали до температури 40-100 °C шляхом установки форми чи дека зі стрижневим ящиком на металеву пластину, яку в лабораторному варіанті знизу підігрівали побутовою електроплиткою. Дрібні форми поміщали в камерне сушило. Для формувального матеріалу з гіпсом форму в контейнерній опоці чи деку нагрівали до 40-46 °C, а при формувальному матеріалі з цементом, згідно з рекомендаціями [15] - до 80-100 °C. Оскільки процеси в цей період лежать в дифузійній області, підвищення температури зволоженого прошарку формувального матеріалу з цементом на кожні 10 % стимулює скорочення набору контрольної міцності приблизно в 1,2 рази, то при нагріванні його до 80 °C орієнтувались на те, що досягнення контрольної міцності скоротиться приблизно в два рази [15]. Але з урахуванням втрат тепла на танення льоду і поступовість нагрівання до вказаних температур форми чи стрижня досягали скорочення часу вистоювання в середньому на 2060 %. Підвищення температури піщаних виробів стимулювало процеси їх висушування і скорочувало цю операцію в подальшому. Перед заливанням металом отриманих форм, як зазначено в описах наведених патентів, їх можуть додатково висушувати, вакуумувати при заливанні, формуючи в опорному наповнювачі, чи іншим відомим способом, зокрема вказаних в згаданих патентах. Можливість регулювання швидкості формувальних процесів дає гнучкості виробництву з оптимізацією його витратної складової. Але основна вигода полягає в заміні процесу примусової фільтрації з рядом операцій (часто запозичених з технології ВПФ чи ЛГМ), що потребують енерго- та трудовитрат, спеціального обладнання, і часто не забезпечують стабільної якості виробів, на капілярну мимовільну фільтрацію, що потребує лише надання достатнього "спокою" ливарній формі чи стрижню. Описаний спосіб формування належить до екоінноваційної кріотехнології ливарного виробництва. Основні переваги цієї технології лиття за разовими моделями полягають в заміні традиційних широко вживаних органічних модельно-формувальних матеріалів на недорогі неорганічні. Останні дають приблизно на порядок менше забруднюючих навколишнє середовище відходів, дозволяють значне повторне використання матеріалів при необхідності з їх нескладною регенерацією. Суттєві ознаки заявленого способу підтверджують промислову придатність способу і задовольняють досягненню технічного результату - зменшенню витрат на ливарне виробництво порівняно з наявними аналогами. Джерела інформації: 1. Патент України на корисну модель № 79719, В22С 9/02, бюл. 8/2013. 2. Патент України на винахід № 80235, В22С 9/02, В22С 7/00, бюл. 13/2007. 3. Патент України на винахід № 89664, В22С 9/04, В22С 7/00, бюл. 4/2010. 4. Патент України на винахід № 80381, В22С 9/02, В22С 7/00, бюл. 14/2007. 5. Патент України на корисну модель № 74539, В22С 9/02, бюл. 21/2/2012. 6. Патент України на винахід № 83891, В22С 9/04, В22С 7/00, бюл. 16/2008. 7. Патент України на винахід № 91282, В22С 9/02, В22С 9/04, В22С 7/00, бюл. 13/2010. 8. Патент України на корисну модель № 76132, В22С 9/02, бюл. 2420/12. 9. Волженский А.В., Буров Ю.С, Колокольников B.C. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиэдат, 1979. - 476 с. 10. Битюрин А.К. и др. Фильтрация воды в гидротехнических сооружениях. Методич. указания. - Н. Новгород: Нижегород. гос. архит. - строит. ун-т, 2011. - 22 с. 11. Цытович Н.А. Механика грунтов. - М.: Высшая школа, 1979. - 272 с. 4 UA 91197 U 5 10 12. Патент України на корисну модель № 14009 МПК С04В 28/00, В04С 9/00, бюл. 4/2006. 13. Котов. В. Физика на пляже // Наука и жизнь. - 2003. - № 6. - С. 120-123. 34. Либенсон Г.А. Производство порошковых изделий. - М.: Металлургия, 1990. - 240 с. 15. Сычев М.М. Твердение вяжущих веществ. - Л.: Стройиздат, 1974. - 80 с. 16. Патент України на корисну модель № 82026, В22С 7/00, бюл. 14/2013. 17. Патент України на винахід № 88304, В22С 7/00, бюл. 19/2009. 18. Патент України на винахід № 81726, В22С 9/00, 9/02, 9/06, бюл. 2/2008. 19. Патент України на корисну модель № 83018, В22С 9/02, бюл. 16/2013. 20. Патент України на корисну модель № 82837, МПК В22С 9/02, бюл. 15/2013. 21. Патент України на корисну модель № 74280, МПК В22С 9/02, бюл. 11/2012. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 1. Спосіб фільтраційного формування, що включає операції нанесення сипкого формувального матеріалу на модель, виготовлену з замороженої водної композиції, плавлення цієї моделі, фільтрації її розплаву у формувальний матеріал та створення в ньому твердої оболонки піщаної форми чи стрижня, який відрізняється тим, що виконують вистоювання ливарної форми чи стрижня протягом мимовільного протікання останніх трьох операцій з закінченням цього вистоювання не раніше, ніж досягається створення твердої оболонки піщаної форми чи стрижня. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при виготовленні стрижня моделлю відтворюють порожнину в його центральній частині. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що під час вистоювання ливарної форми чи стрижня їх підігрівають до температури 40-100 °C. 25 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5

Додаткова інформація

Автори англійською

Shynskyi Oleh Yosypovych, Doroshenko Volodymyr Stepanovych

Автори російською

Шинский Олег Иосифович, Дорошенко Владимир Степанович

МПК / Мітки

МПК: B22C 9/02

Мітки: фільтраційного, формування, спосіб

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/7-91197-sposib-filtracijjnogo-formuvannya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб фільтраційного формування</a>

Подібні патенти