Спосіб формування

Реферат: UA 99422 U UA 99422 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 формування, що включає застосування сухих сипучих піщаних сумішей з додаванням гіпсу, такі суміші поставляються в мішках чи їх замішують в сухому стані в ливарних цехах [1]. Ними формують після зволоження замішуванням з водою сухих сумішей із сипких матеріалів до рідкорухомого стану (наприклад, такого складу: 25…30 % води, 30…35 % гіпс, решта пісок [2]) з наступним зв'язування цієї формувальної суміші внаслідок такого зволоження (гіпс при взаємодії з водою твердіє) до монолітних піщаних форм переважно для кольорового лиття по виплавлюваних моделях (ЛВМ). Хоча піщані суміші з гіпсом мають добру вибивальність, недоліком таких піщаних сумішей є підвищена вологість, не менше 6,5 %, навіть із застосуванням ПАР для підвищення рухливості; внаслідок швидкого схоплювання гіпсу при перемішуванні суміш швидко втрачає рідку рухливість, а в подальшому і міцність [3]. При малому вмісті води така рідкорухома гіпсова суміш погано заливається, сильно густіє, швидко твердне, і, щоб отримати необхідну міцність, в гіпсо-піщану суміш треба вводити 10…15 % гіпсу і мінімум 8…9 % води [4]. Аналогічний склад з таким же вмістом води мають піщано-цементні суміші (і суміші з гіпсом і цементом) для ливарних форм. Підвищена вологість вимагає тривалого сушіння таких сумішей для уникнення тріщин форм. Вищеописаний процес формування традиційний для відомих способів, в яких зерна суміші перед ущільненням взаємодіють (замішують) зі сполучним матеріалом (часто, в т.ч. і водою), який змочує, обволікає (плакує) зерна піску, утворюючи на їх поверхні суцільну плівку [4]. Вода, змочуючи зерна, наприклад, кварцового піску, сама є слабким сполучним. При подальшому ущільненні ці плівкові оболонки сполучного взаємно склеюються, утворюючи манжети, завдяки чому суміш набуває міцність [4]. Без такого змочування зерен піску було б відсутнє їх зв'язування з утворенням манжет в складі адгезійно-когезійного комплексу, виходячи із загальної концепції про міцність дисперсних систем [5]. При цьому зерна наповнювача, вкриті сполучним, стикаються між собою через прошарки плівок, а приготування суміші перемішуванням та її ущільнення пов'язано з деформацією і руйнуванням одних клейких манжет між зернами і утворенням нових. Це вимагає значних витрат на обладнання, оснастку і енергію для перемішування й ущільнення сумішей, або витрати на перевід сумішей в рідкорухомий стан з їх перезволоженням, що часто веде до подальшого енергоємного сушіння. При цьому міцність сумішей практично завжди визначається міцністю зазначених манжет. А суцільна плівка сполучного не тільки склеює зерна, а й покриває їх поверхню. На поверхню пор в суміші, як правило, витрачається основна частина сполучного, вартість якого, в основному, визначає вартість суміші. Нещільне прилягання зерен піску (зерно до зерна) не тільки витрачає зайву кількість сполучного, а й сприяє пригару на виливках, оскільки вогнетривкість плівки сполучного, як правило, нижче вогнетривкості піщинки. Наступний менш витратний спосіб приготування і ущільнення суміші застосовують при вакуумному формуванні з сипкої суміші, традиційно використовуваної при вакумно-плівковій формовці (ВПФ) і литті за газифікованими моделями (ЛГМ). Він не вимагає дорогого формувального обладнання, значних енерговитрат і складається з короткочасного віброущільнення сухої сипкої суміші [6] протягом 20…90 с на вібростолі до максимально можливої щільності. Зерна піску переважно стикуються своєю поверхнею без плівок сполучного. Приготування суміші відбувається взагалі без змішувача додаванням свіжого піску в багаторазово застосовувану відпрацьовану суміш часто з переміщенням сипкої суміші пневмотранспортом. Це мотивує ідею про економію витрат на перемішування і ущільнення формувальної суміші в сипкому стані без явищ склеювання-розклеювання її часток та обволікування їх зайвою кількістю часто дорогого сполучного, що часто потребує сушіння форми або стрижня в сушарках або пальниками. Підвищення ймовірності газових і пригарних дефектів також пов'язано з надлишком сполучного і вологи. Також на відміну від більшості застосовуваних в наш час способів приготування сумішей механічним перемішуванням піску з сполучними матеріалами [7], що викликає завищену витрату сполучних матеріалів, з тривалістю приготування сумішей цими способами, що обчислюється хвилинами, відомий спосіб, що дозволяє на порядок скоротити час приготування суміші і довести витрату сполучного нижче 1 % від ваги піску [8]. Це досягається приготуванням сумішей шляхом осадження сполучного на поверхні піску в псевдозрідженому шарі, в якому зріджуючим агентом формувального піску служить сполучне у вигляді туману (аерозолю), що являє собою газове дисперсійне середовище із завислими в ньому частками - дисперсною фазою. Змішувач складався з ємності для киплячого шару піску і ресивера для сполучного в стані туману. Після створення в ресивері сполучного туману і відкриття клапана між ресивером 1 UA 99422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 та ємністю з піском сполучний туман "зріджував" пісок, і через 15 с зерна піску покривались плівкою сполучного. Проте здійснення такого способу приготування суміші вимагає нестандартного обладнання (для створення киплячого шару піску та накопичення в ресивері аерозолю) і має технологічні труднощі для формування, при якому суміш слід перевантажити в формувальну оснастку і ущільнити її. Така суміш може злежуватися, висихати, втрачати сипучість порівняно із сумішами без плівок сполучного, а також вимагає складного енергоємного обладнання, традиційно застосовуваного для ущільнення формувальних сумішей. Звідси випливає мотивація до створення способу змочування піщинок суміші в процесі формування. Відомо застосування в процесі піщаного формування рідинно-повітряної дисперсії, що створюється шляхом безповітряного розпилення нагрітої рідкої протипригарної фарби [9]. Ця операція забезпечується нескладним устаткуванням, однак таке застосування при формуванні рідинно-повітряної дисперсії з нагрітої рідини використовується для переводу матеріалу синтетичної плівки в пластичний стан при її нанесенні на ливарну модель, зазначена дисперсія служить теплоносієм і для зв'язування піщаної суміші не призначена. Відомо застосування при формуванні заповнення піском ливарної оснастки (контейнерних опок) за допомогою спеціальних пристроїв, які дозволяють пошарово насипати пісок навколо пінополістиролових моделей, що сприяє якісному ущільненню піску [10, 11]. Однак у зазначених статтях описано застосування їх для отримання вакуумованих форм з сухого піску без введення в нього сполучного в процесі формування. Використання форм з піщаної суміші зі сполучним становить 90…95 % за об'ємом лиття в піщані форми, що зберігає актуальність вдосконалення саме такого способу формування. Таким чином, вищеописані елементи різних способів, використані в різних цілях, показують технічну можливість їх поєднання в новому способі формування з отриманням ряду переваг. Відомо застосування для ливарного виробництва верстатів з числовим програмним керуванням (ЧПК) у вигляді ЗБ-фрезерів для виготовлення ливарних моделей і піщаних форм з високою точністю і системами контролю розмірів моделей [12]. Фрезерні верстати ЧПК випускаються серійно, способи обробки та системи ЧПК невпинно удосконалюються, однак фрезеруванню супроводжує багато відходів у вигляді стружки, а ряд матеріалів на основі піску погано піддаються фрезеруванню через високу твердість зерен піску і крихкість тонкостінних виробів. Крім верстатів з ЧПК в ливарних процесах застосовують технологію швидкого прототипування для виробництва піщаних виробів, яка також розширює своє застосування в будівництві, зокрема, з використанням маніпуляторів з ЧПК. Наприклад, в даний час за проектом Stone Spray Project створений робот на сонячних батареях. Він по команді з ноутбука в польових умовах виконує 3D-"друк" шляхом напилення масштабних каркасних легковагових будівельних конструкцій з підручних дисперсних мінеральних матеріалів (піску і ґрунту) при замішуванні їх в безперервно діючому змішувачі з рідким самотверднучим сполучним матеріалом [13]. Останній спосіб позбавлений операції ущільнення суміші, необхідної для досягнення високої міцності і вогнетривкості суміші, що контактує з розплавом металу, а також йому притаманні недоліки механічного перемішування піску зі сполучними матеріалами, традиційного для ливарного виробництва, що вказані вище. Сучасну автоматизацію формувальної технології доцільно поєднувати з новими рішеннями в галузі фізико-хімії процесів формування. Найбільш близьким до заявленого по технічному рішенню є спосіб формування, що включає нанесення сипкої піщаної суміші на модель, зволоження цієї суміші та внаслідок цього зволоження зв'язування (сполучення) її до монолітного стану, що в результаті призводить достворення міцної піщаної форми [14]. В цьому способі застосовують, зокрема, разову крижану модель, продуктами розплавлення якої виконують зволоження піщаної суміші, а до суміші уводять матеріал, що твердне при взаємодії з водою внаслідок цього зволоження та призводить до зв'язування сипкої суміші до монолітного стану у вигляді піщаної форми, зокрема оболонкової. Сипкими компонентами, що здатні тверднути внаслідок гідратації, є такі кристалогідрати як гіпс, цемент та ін. Вони входять до складу кристалогідратних піщаних сумішей, при тепловій дії металу дегідратуються і здатні знову твердіти при зволоженні, що дозволяє застосовувати оборотні кристалогідратні суміші з освіженням їх кварцовим піском до 10 % [6]. Використання в зазначеному способі крижаної моделі значно звужує його застосування, бо такі моделі ще не знайшли промислового використання. Тонкі оболонкові форми придатні до дрібних виливків. При формуванні крижаної моделі з розмірами 0,2…0,3 м і більше стельові частини оболонкової форми можуть слабко зволожуватись, бо модель при таненні просідає і її 2 UA 99422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 контакт в цих місцях з формою припиняється, а перекидання крупної форми на кут до 180° або періодичне її похитування вельми трудомістка операція, при якій крижані залишки крупної моделі можуть вдарити по стінці порожнини форми та її порушити. Також до застосування не крижаних, а традиційних постійних (дерев'яних) моделей, чи разових (з матеріалу типу парафіну, пінопластових) цей спосіб формування непридатний, що обґрунтовує потребу створення способу формування з сипких сумішей, які, зокрема, легко ущільнюються вібрацією та мають інше джерело вологи. Задача створення і застосування способу - зменшення економічних витрат при формуванні, зокрема, по постійних моделях чи разових моделях з традиційних органічних матеріалів, на операціях змішування та ущільнені суміші, також від зменшення сполучного, скорочення сушіння форм, або розширення області формування за разовими крижаними моделями. Поставлена задача вирішується тим, що в способі формування, що включає пошарове насипання сухої піщаної суміші на модель чи в робочу порожнину стрижневого ящика, зволоження сухої піщаної суміші шляхом контактування її з рідинно-повітряною дисперсією, внаслідок цього зволоження зв'язування цієї суміші до монолітного стану, що в результаті призводить до створення піщаної форми чи стрижня, згідно з корисною моделлю, пошарове насипання сухої піщаної суміші виконують принаймні одноразовим насипанням дозованої кількості цієї суміші при контактуванні її з рідинно-повітряною дисперсією шляхом проникнення піщин цієї суміші крізь рідинно-повітряну дисперсію, що створюють між моделлю та дозатором, з якого виконують насипання, та/або шляхом нанесення рідинно-повітряної дисперсії на поверхню шару цієї піщаної суміші, або шляхом створення направленого потоку рідинноповітряної дисперсії, в який подають суху піщану суміш з утворенням спільного потоку цих дисперсії і суміші. Крім того, дозування кількості цієї піщаної суміші та/або нанесеної рідинноповітряної дисперсії на поверхню цієї піщаної суміші можуть проводити одночасно з контролем якості зволоження поверхні принаймні одного шару цієї піщаної суміші за зміною кольору цієї поверхні шляхом візуального спостереження, або шляхом застосування веб-камери в комплекті з програмно-керованим електронним пристроєм обробки інформації. Також можуть виконувати в будь-якому поєднанні принаймні одноразово наступні операції: рідинно-повітряну дисперсію створювати з нагрітої рідини, та/або створювати направлені потоки рідинно-повітряної дисперсії з більш ніж одного джерела, та/або модель чи стрижневий ящик на час насипання та/або після нього піддавати вібрації, та/або змінювати міцність зв'язаної сухої піщаної суміші отриманих форми чи стрижня зміною ступеня зволоження шляхом зміни кількості сухої піщаної суміші для шарів, що насипаються, та/або зміни витрати рідини, з якої створюють рідинно-повітряну дисперсію, та/або зміни тривалості створення рідинно-повітряної дисперсії між нанесенням окремих шарів піщаної суміші, та/або виконувати вакуумування піщаної суміші під час контактування її з рідинно-повітряною дисперсією, та/або після насипання і заповнення порожнини формувальної оснастки, або при нанесенні рідинно-повітряної дисперсії на поверхню шару піщаної суміші, або створенні направленого потоку рідинно-повітряної дисперсії виконувати переміщення джерела створення рідинно-повітряної дисперсії з застосуванням верстата або маніпулятора з числовим програмним керуванням в поєднанні з таким керуванням будь-яких інших операцій цього способу формування. Спосіб реалізується завдяки тому, що пошарове насипання чи нанесення сухої піщаної суміші на модель чи в робочу порожнину стрижневого ящика, виконують принаймні одноразовим, а частіше кількаразовим чи багаторазовим насипанням дозованої кількості цієї суміші, піщини якої, вийшовши з дозатора, контактують з рідинно-повітряною дисперсією шляхом проникнення крізь неї, та/або проникнення вологи в піщане середовище виконують нанесенням цієї дисперсії на шар суміші. На шляху руху піщин в просторі між моделлю та дозатором, з якого виконують насипання, в повітрі як дисперсійне середовище створюють дві дисперсні системи. Перша - піщана суміш як дисперсна фаза дрібно розподіляється і рухається в цьому середовищі. Друга - рідина (зокрема, вода, водний розчин або дисперсія) розподілена в цьому середовищі у вигляді аерозолю (туману). Суміщенням двох дисперсних систем створюють трифазну систему, в якій контактуванням твердої і рідкої фаз з різною швидкістю руху виконують зволоження зерен суміші при її русі та/або шляхом нанесення рідинноповітряної дисперсії на поверхню шару цієї піщаної суміші та проникнення в її пори. Рівномірне зволоження наряду з іншими показниками досягається рядом операцій фізико-хімічного регулювання процесу формування. В більшості варіантів формування виконують при розміщенні разової моделі з протипригарним покриттям або багаторазовою моделлю з роздільним покриттям в опочній оснастці, яку поміщають під ємністю (бункером) з піщаною сумішшю і дозатором. Між отворами дозатора і моделлю в просторі оснастки розпорошують аерозоль, крізь який просипають 3 UA 99422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 дозовану кількість сухої піщаної суміші. Зазвичай ці дві операції повторюють 4…6 разів або можуть повторювати до заповнення сумішшю оснастки. У першому випадку отримують оболонкову форму, в другому - пошарово отримують форму із зв'язаної міцної суміші, причому регулюючи кількість сухого компонента і/або рідкого, можна отримувати форму з різною міцністю суміші за принципом "чим ближче до моделі, тим міцніша суміш". Для прискорення формування можна не припиняти розпорошення аерозолю під час подачі крізь неї доз (порцій) суміші. Можна розпорошувати з чотирьох і більше розпилювачів по кутах формувального оснащення та/або з їх переміщенням, включаючи направлення струменів в сторону моделі та/або назустріч руху зерен піщаної суміші, подовжуючи тривалість контактування. Частинки порцій суміші, що насипають, проходять крізь аерозоль, а між їх подачами шар суміші покривається нанесеною рідинно-повітряною дисперсію на поверхню попереднього шару цієї піщаної суміші. У склад сухої піщаної суміші вводять порошок, наприклад, кристалогідратів чи інших сполучних, внаслідок зволоження яких досягають твердіння сипкої суміші до монолітного стану у вигляді піщаної форми чи стрижня. Сипку суміш в одному з варіантів ущільнюють вібрацією на вібростолі протягом орієнтовно 30…300 с передусім в залежності від швидкості її подачі до оснастки та розміру цієї оснастки. При зсипанні та гравітаційному падінні (чи направленому польоті) крізь аерозоль різні зерна суміші з різними швидкостями в залежності від питомої ваги та розміру перемішуються та падають на поверхню оснастки чи попередній шар, які приводять у рухливий стан завдяки вібрації. При вібрації піщинки продовжують рухатись, укладаючись між собою до максимально можливої щільності суміші та переважно формуючи жорсткий каркас з оптимально укладених зерен піску з поруватістю 33…36 % [10], бо вібрація зменшує внутрішнє тертя піщинок і наближає сипкий матеріал до стану "псевдорідини" [10]. Ущільнення проводять головним чином перед початком тужавлення та твердіння зволоженої суміші. Такий рух піщинок підвищує рівномірність зволоження. Варіанти способу включають ряд різноманітних операцій, що підвищують його адаптивність до різних умов виробництва виливків при виборі формувальниками необхідних операцій до кожного окремого технологічного процесу. Наприклад, при формуванні вручну з почерговим насипанням суміші на модель та розпиленням рідинно-повітряної дисперсії для дозування кількості цієї піщаної суміші та нанесеної рідинно-повітряної дисперсії на поверхню цієї піщаної суміші, можливе застосування того закономірного явища, що при зволоженні піщана суміш змінює колір на більш темний, а в процесі присипання зволоженого шару сухою сумішшю - на більш світлий. Як тільки колір змінюється, то операцію припиняють і переходять до наступної, щоб зволожити послідовно шар за шаром без надмірного насипання сухого до сухого. Також колір може світлішати при підсиханні піщаної поверхні на крупних моделях, що дає підставу для додаткового зволоження. Так в ході формування візуально контролюють зволоження поверхні за зміною кольору і оперативно регулюють цей процес, досягаючи високих якісних характеристик отриманої форми. Застосування веб-камери з комп'ютером для такого контролю дозволяє автоматизувати цей процес, вилучивши з нього суб'єктивну складову для підвищення якості піщаних виробів, що сумісне з застосуванням обладнання з ЧПК для формування в автоматичному режимі. В варіанті можливе зафарбування рідини, наприклад чорнилом. Тоді зволожений шар буде кольоровим, свіжа засипка буде кольору сухого піску, а підсохлий раніше зволожений шар буде світлого кольорового кольору. Останнє можливе при нанесенні аерозолю вручну на крупні моделі, наприклад, з пінопласту, що підлягають випалюванню. При нанесенні рідинно-повітряної дисперсії на поверхню шару піщаної суміші, або створенні направленого потоку рідинно-повітряної дисперсії виконують переміщення джерела створення рідинно-повітряної дисперсії (наприклад, у вигляді форсунки) з застосуванням верстата або маніпулятора з ЧПК в поєднанні з таким керуванням будь-яких інших операцій цього способу формування, оскільки сучасні програмні комп'ютерні засоби все ширше застосовують не тільки для тримірного переміщення, наприклад, з метою рівномірного розпилення дисперсії по поверхні навколо крупної моделі, а й для дозування складу суміші, зокрема, з одночасним моніторингом веб-камерою (з достатньо високою роздільною здатністю в пікселях) кольору поверхні нарощуваних шарів, відповідно до заданих диференційованих характеристик отримуваного піщаного виробу. Це є прикладом суміщення автоматизації формувальної технології з новими рішеннями з проблем фізико-хімії процесів формування. Адаптувати спосіб до різних умов формування нескладно будь-яким поєднанням наступних операцій. Рідинно-повітряну дисперсію створюють з нагрітої рідини, що розпилюють з бачка, в який вмонтовано нагрівач, аналогічно [9], оскільки з підвищенням температури поліпшується змочуваність водою поверхні мінералів [15]. Нагрівання також дозволяє прискорити (частіше) чи 4 UA 99422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сповільнити початок та швидкість тужавлення і тверднення ряду видів сполучних, що дозволяє температурою нагрівання зазначеної рідини регулювати процес формування. Створення направлених потоків рідинно-повітряної дисперсії з більш ніж одного джерела, наприклад, з чотирьох розпилювачів (форсунок), що опускають на трубках, наприклад, діаметром 4…10 мм по кутах порожнини опоки або рамної трубчатої конструкції з рядом встановлених на них розпилювачів, дозволить швидко заповнити простір аерозолем, зокрема, переважно в об'ємі навколо моделі. Регулювання величини міцності зв'язаної піщаної суміші отриманих форми чи стрижня можна досягти зміною ступеня зволоження шляхом зміни кількості сухої піщаної суміші для шарів, що насипаються, та/або зміни витрати рідини, з якої створюють рідинно-повітряну дисперсію, та/або зміни тривалості створення рідинно-повітряної дисперсії між нанесення окремих шарів піщаної суміші. Шари суміші, що ближче до моделі, нескладно виготовляти з більшим ступенем зволоження, а на ті, що ближче до контрладу, витрачати менше сполучного, що призведе до його економії. Оскільки піщана частина форми складається зі зв'язаних шарів з можливим створенням слабкозв'язаних чи сипких шарів, то це дає можливість регулювати міцність всього об'єму суміші, що полегшує вибивальність суміші та підвищує газопроникність (сипкі шари, як правило, мають найбільшу пористість та газопроникність) як важливих технологічних характеристик форми, що зменшують витрати на виробництво та підвищують якість продукції. Вібрацію оснастки для ущільнення і усереднення вологості можуть застосовувати під час насипання суміші та/або після нього, зокрема навантажуючи контрлад форми вантажем, наприклад, як це показано для форм з разовими моделями [16], чи залишати прошарок поблизу контрладу без ущільнення для покращення газопроникності та вибивальності суміші [17]. Вакуумування піщаної суміші в оснастці виконують відомими способами під час контактування її з рідинно-повітряною дисперсією, що дозволяє вбирати (засмоктувати) рідинно-повітряну аерозоль в пори піску (можливе багаторазове на 2…5 с включення вакуумування одночасне чи почергове з операцією вібрації) для усереднення ступеня зволоження, та/або після насипання і заповнення порожнини формувальної оснастки і герметизації її синтетичною плівкою. Завдяки опору фільтрації в порах піску в товщі вакуумованої форми завжди наявний градієнт тиску в залежності від відстані до джерела (фільтра) вакуумування суміші. Цей градієнт (перепад) тиску повітря в порах піску призводить до зміщення рідини (рідина тече і парує) в сторону більшого розрідження (рідина віджимається з зон більшої її концентрації разом з капілярно-сорбційним поширенням), що дозволяє застосовувати вакуумування суміші як ефективний засіб усереднення ступеню її зволоження при пошаровому заповненні оснастки чи нанесенні на моделі. Вакуумування піщаної суміші також часто виконує роль місцевої витяжної вентиляції, що поліпшує умови праці запобіганням поширення пилу за межі порожнини оснастки завдяки організації притоку повітря всередину форми. Засоби та методи, за допомогою яких реалізується корисна модель як промислово придатна, перевірено на наступних прикладах її реалізації. Для утворенні двоводного гіпсу на 1 кг напівводного гіпсу потрібно 186 г води, а в двоводному гіпсі в зв'язаному вигляді буде 20,9 % води. Для різних формувальних умов можлива широка гамма складів (рецептів) формувальних сумішей, зокрема, для економії сполучного та мінімізації вологості суміші застосовували суміші піску та цементу такого складу: гіпс напівводний - 10…40 %, решта - пісок. При формуванні додавали воду у вигляді аерозолю - 5…8 % понад 100 %. Вологість суміші при вимірюванні в різних варіантах способу зазвичай не перевищувала 6 %.В ливарній лабораторії виконували формування вручну в рамкових опоках (розміром 150×200×60 мм) шляхом нанесення сипкої формувальної суміші на металеву модель барельєфа, покриту тонким шаром роздільного матеріалу і розташовану на модельній плиті. Установили опоку на модельну плиту навколо моделі і стали пошарово насипати з крупнопористого сита дозовані кількості сухої піщаної суміші. Між насипанням чи/та протягом нього створювали між ситом та моделлю рідинноповітряну дисперсію (аерозоль) розпилюванням рідини з форсунки і крізь неї насипали суміш. Також випробували спосіб нанесення аерозолі на насипаний шар суміші до рівномірного її потемніння. Товщина утворюваних піщаних шарів при пошаровому насипанні складала 0,2…1,5 мм і більше. При установленні модельного комплекту на вібростіл виконували вібрацію оснастки в момент нанесення шарів, і після заповнення опоки. Оптимальним для економії сполучного було пошарове створення загального зволоженого шару (пласта) сумарною товщиною 5…15 мм. Решту до верху опоки засипали сухою сумішшю без додавання аерозолю, або сухим піском з розміщенням в них вакуумного фільтра, виготовленого з металорукава. Потім проводили герметизацію верха форми шляхом накривання її синтетичною плівкою і підключали до фільтра 5 UA 99422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вакуум, підтримуючи тиск повітря в піщаному середовищі 30…80 кПа, що типово для вакуумного формування. Після тужавлення або початку тверднення суміші при гідратації гіпсу напівформу з моделлю кантували на 180°, знявши їх з модельної плити, клали на рівну поверхню і вакуум відключали. Другу напівформу виготовляли аналогічно, зробивши мітки для точного збирання в подальшому отриманих оболонкових форм. А також доцільне прокладання вказаної плівки по роз'єму. Твердіння зволоженого шару до міцності, достатньої для видалення з форми моделі тривало протягом 6…12 хвилин. Рознімали напівформи при вакуумуванні. При видаленні моделі навколо неї утворились дві тверді оболонки, суха сипка суміш з них обсипалась. Ці оболонки висушували, збирали по мітках і заливали металом в формі з опорним наповнювачем, чи без нього, згідно з відомим варіантом ливарних процесів. Отриманий виливок мав якість не гіршу, ніж притаманну виливкам при литті в відомі гіпсо-піщані форми. Оскільки було відсутнє трамбування суміші чи інші силові дії, широко застосовані в наш час при формуванні, насипання тонких шарів не пошкоджує модель і дозволяє знімати копії з крихких чи тонких художніх виробів, чеканок по жесті, археологічних зразків тощо. На відміну від вакуумно-плівкового формування, яке нерідко застосовують для лиття художніх виробів, відсутня потреба на моделі виконувати венти для облицювання її плівкою, що зберігає суцільність виробу, з якого знімають копію. Вище наведено один з найпростіших варіантів цього пошарового способу формування в виконанні вручну. Він відображає суть способу - створення з двох двофазних однієї трифазної дисперсної системи в процесі насипання формувальної суміші до і під час контактування з формувальною оснасткою. Зазначені в цьому патенті додаткові операції відомі по механізму їх виконання; але, оскільки взаємодія двофазних дисперсних систем надто швидкоплинна на відміну від аналога [8], ці операції сприяють фізико-хімічним процесам пришвидшення і усереднення зволоження суміші. Не менш важливе використання в способі капілярного поширення (фільтрації) вологи в порах (з моменту їх утворення) насипаних шарів суміші завдяки гідрофільності, властивій кварцовому піску та іншим мінералам. Зазначене дозволяє рівномірно зволожити суміш одночасно з ущільненням вібрацією до моменту її тужавлення. Силова дія на пісок вібрації і вакууму дозволяє витіснити вологу з зон надмірного її скупчення. Другий приклад цього способу формування розширює область формування за разовими моделями, зокрема крижаними, на відміну від способу [14]. Перед нанесенням на модель сипкої піщаної суміші за складом аналогічної вказаній в попередньому прикладі нами частина гіпсу була замінена цементом. Зволоження цієї суміші продуктами розплавлення моделі спричиняло зв'язування (сполучення) суміші до монолітного стану, що в результаті призводило до створення міцної піщаної форми. Зокрема, при формуванні таким чином крижаної моделі молотка дробарки стельові частини оболонкової форми слабко зволожувались водою від талої моделі шляхом просочення крізь піщане середовище форми, бо модель при таненні просідала, утворювала зазор зі стінкою форми і її контакт в цих місцях з формою припинявся. В результаті в верхніх стінках порожнини форми утворювалась кірка товщиною 0,3…1,2 мм, що часто призводило до її порушення при подальших операціях на шляху до заливання металом, а в нижніх частинах порожнини форми утворювалась достатньо міцна оболонка товщиною 18…25 мм. Для стабілізації якості форм застосували спосіб, що патентується. Зокрема, при засипанні сухої суміші в контейнерну опоку з блоком із двох вказаних крижаних моделей молотка (з наявними на них технологічними надливами і нанесеним протипригарним покриттям) на верхні частини моделей (не менше ¼ по висоті моделі) пошарово насипали дозовані об'єми сухої піщаної суміші на модель почергово при контактуванні її з рідинно-повітряною дисперсією за наступними трьома варіантами: шляхом проникнення піщин цієї суміші крізь рідинно-повітряну дисперсію, що створювали між моделлю та дозатором, з якого виконують насипання, та/або шляхом нанесення рідинно-повітряної дисперсії на поверхню шару цієї піщаної суміші, або шляхом створення направленого потоку рідинно-повітряної дисперсії, в який подають суху піщану суміш з утворенням спільного потоку цих дисперсії і суміші. Після створення зволоженого шару над моделлю з кількох зволожених аерозолем прошарків загальною товщиною 5…15 мм решту до верху опоки засипали сухою сумішшю без додавання аерозолю. Виконано опробування переважної більшості зазначених в формулі додаткових операцій, прийнятних для різних серійності та умов ливарного цеху. В процесі танення крижаної моделі відбувалось самовільне через капілярне транспортування чи переважно примусове з застосуванням вакууму зволоження суміші навколо моделі. Зволожений шар суміші твердів, зменшуючи свою водопроникність, при наявності надлишку рідини в порожнині форми його видаляли. Потім через отвір у нижній частині контейнера поволі 6 UA 99422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 висипали суху суміш, що сипалась самопливом і була придатна для повторного використання, бо не контактувала з водою і не затверділа. Діставши оболонкову форму з майже порожнього контейнера, її відправили на сушіння, завершуючи ливарний процес відомими операціями. Також випробували варіант способу зі створенням направленого потоку рідинно-повітряної дисперсії, в який подавали суху піщану суміш з утворенням спільного потоку цих дисперсії і суміші, а потім насипали утворену суміш на модель та/чи в формоутворюючу оснастку. Для цього, крім застосування відомого обладнання безповітряного розпилення рідини [9], застосовували пристрій, аналогічний задувному для завантаження гранул пінополістиролу в прес-форму і подальшої обробки в автоклаві. Креслення цього пристрою наведені в книзі [18]. Ливарники ще називають цей пристрій пістолетом для задування. В його корпусі повітря надходить в камеру змішування, куди замість гранул подавали піщану суміш, кількість якої дозували регулюванням відстані між вихідним соплом і соплом подавання повітря. Замість повітряного потоку застосовували потік аерозолю з дозуванням піщаної суміші в камері змішування. Можлива інтенсифікація подачі суміші, наприклад, подаванням її зверху в камеру при дії на піщинки сили гравітації. В умовах серійного і масового виробництва піщаних форм чи стрижнів на напівавтоматичних і автоматичних установках при нанесенні рідинноповітряної дисперсії на поверхню шару піщаної суміші, або створенні направленого потоку дисперсії доцільно встановлювати пристрої - інжектори, аналогічні до вказаних [18], на верстатах або маніпуляторах з числовим програмним керуванням. Сучасні комп'ютерні технології дозволяють поєднувати 3D-позиціювання і переміщення таких інжекторів відносно формоутворюючої оснастки з програмним керуванням таких операцій цього способу формування як дозування, подача компонентів, контроль процесу за даними з веб-камери тощо. Для лиття за моделями з традиційних органічних матеріалів типу парафіну чи пінопласту, що виплавляються чи випалюються, створення оболонкової форми є довготривалим процесом з висушуванням кожного прошарку форми у міру його нарощування. Описаним способом досягається практично безперервне пошарове нанесення суміші на модель, що економить тривалість приготування суміші та формування. Дозуванням компонентів нескладно досягти таких складів суміші, що утримуються на стінках моделі шляхом налипання та/чи швидкого тверднення. Патент [8] описує нанесення плівки сполучного на піщинки за допомогою газового дисперсійного середовища зі значною економією сполучного в суміші. В нашому патенті на піщинки наноситься волога, яка є складовою багатьох формувальних сумішей. Але принцип формування шляхом створення з дво- двофазних однієї трифазної дисперсної системи в процесі насипання формувальної суміші з наступним її твердінням в контакті з оснасткою придатний для застосування суміші з будь-яких компонентів. Вода в нашому способі може служити аналогом будь-якого рідкого компонента чи носієм будь-якого сполучного чи затверджувача порошкового сполучного. Наприклад, вода з аерозолю може призводити до твердіння змішаних зернистих компонентів, які не реагують між собою сухому стані і можуть тривалий час зберігатись, але швидко твердіти в контакті з водою [19]. Крім того, дисперсійне газове середовище може створюватись не лише з повітря, але й з газів-реагентів, наприклад, вуглекислого газу, що застосовують для твердіння піщаних сумішей з рідким склом. Це означає, що спосіб може служити методичним прикладом застосування зазначеного принципу збільшення кількості дисперсних фаз в кінцевій дисперсній системі шляхом додавання фаз з більш простих дисперсних систем з метою маловитратного формування сумішами з різних компонентів, що твердіють в контакті з оснасткою. Описаним способом досягається зменшення економічних витрат при формуванні на операціях насипання, змішування та ущільнені суміші, що протікають майже одночасно, від зменшення витрат сполучного і можливого його диференційного введення в товщу піщаної форми, скорочення сушіння форми, а також розширення області формування за разовими крижаними моделями. Джерела інформації: 1. Репях С.И. Технологические основы литья по выплавляемым моделям. - Днепропетровск: Лира, 2006. - 1056 с. 2. Патент Росії на винахід № 2484916, В22С 1/00, бюл. 17/2013. 3. Дорошенко С.П., Ващенко К.И. Наливная формовка. - К.: Вища школа, 1980. - 176 с. 4. Ветишка А. и др. Теоретические основы литейной технологии. - К.: Вища школа, 1981. 320 с. 5. Жуковский С.С., Ромашкин В.Н. О "шаровой" модели формовочной смеси // Литейное производство, 1986. - № 3. - С. 12-13. 7 UA 99422 U 5 10 15 20 6. Формовочные материалы и смеси / С.П. Дорошенко, В.П. Авдокушин, К. Русин, И. Мацашек. - К.: Вища школа, 1990. - 415 с. 7. Болдин А.Н., Давыдов Н.И., Жуковский С.С. И др. Литейные формовочные материалы. Формовочные, стержневые смеси и покрытия. - М: Машиностроение, 2006. - 507 с. 8. Патент Росії на винахід № 2484916, В22С 1/00, бюл. 24/2010. 9. Патент Росії на винахід № 2020029, В22С 9/02, бюл. 18/1994. 10. Андерсон В.А., Котович А.В. Опыт внедрения инновационных технологий и оборудования на основе оптимальной технологичности и экономической эффективности // Литье Украины. - 2014. - № 5. - С. 14-22. 11. Андерсон В.А., Котович А.В. Опыт освоения инновационных технологий и оборудования // Литейное производство. - 2014. - № 6. - С. 32-36. 12. Дорошенко В.С., Шинский И.О. 3D-технологии при литье по газифицируемым моделям // Металл и литье Украины. - 2009. - № 4-5. - С. 30-33. 13. Yirka Bob. Researcher use robot arm to print 3D sand structures // PHYSorg.com. 6 Aug. 2012. P. 1/2. http://phys.org/news/2012-08-robot-arm-3d-sand.html (дата звернення: 01.09.2014). 14. Патент України на винахід № 83891, В22С 9/04, В22С 7/00, бюл. 16/2008. 15. Муравьев В.М., Середа Н.Г. Спутник нефтяника. - М.: Недра, 1971. - 240 с. 16. Патент України на корисну модель № 82837, В22С 9/02, бюл. 15/2013. 17. Патент Росії на винахід № 2020027, В22С 9/02, бюл. 18/1994. 18. Шуляк B.C. Литье по газифицируемым моделям. - СПб.: Профессионал, 2007. - 408 с. 19. Патент України на корисну модель № 85830, В22С 9/02, бюл. 23/2013. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб формування, що включає пошарове насипання сухої піщаної суміші на модель чи в робочу порожнину стрижневого ящика, зволоження сухої піщаної суміші шляхом контактування її з рідинно-повітряною дисперсією, внаслідок цього зволоження зв'язування цієї суміші до монолітного стану, що в результаті призводить до створення піщаної форми чи стрижня, який відрізняється тим, що пошарове насипання сухої піщаної суміші виконують принаймні одноразовим насипанням дозованої кількості цієї суміші при контактуванні її з рідинноповітряною дисперсією шляхом проникнення піщин цієї суміші крізь рідинно-повітряну дисперсію, що створюють між моделлю та дозатором, з якого виконують насипання, та/або шляхом нанесення рідинно-повітряної дисперсії на поверхню шару цієї піщаної суміші, або шляхом створення направленого потоку рідинно-повітряної дисперсії, в який подають суху піщану суміш з утворенням спільного потоку цих дисперсії і суміші. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що дозування кількості цієї піщаної суміші та/або нанесеної рідинно-повітряної дисперсії на поверхню цієї піщаної суміші проводять одночасно з контролем якості зволоження поверхні принаймні одного шару цієї піщаної суміші за зміною кольору цієї поверхні шляхом візуального спостереження або шляхом застосування веб-камери в комплекті з програмно-керованим електронним пристроєм обробки інформації. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що виконують в будь-якому поєднанні принаймні одноразово наступні операції: рідинно-повітряну дисперсію створюють з нагрітої рідини та/або створюють направлені потоки рідинно-повітряної дисперсії з більш ніж одного джерела, та/або модель чи стрижневий ящик на час насипання та/або після нього піддають вібрації, та/або змінюють міцність зв'язаної сухої піщаної суміші отриманих форми чи стрижня зміною ступеня зволоження шляхом зміни кількості сухої піщаної суміші для шарів, що насипаються, та/або зміни витрати рідини, з якої створюють рідинно-повітряну дисперсію, та/або зміни тривалості створення рідинно-повітряної дисперсії між нанесенням окремих шарів піщаної суміші, та/або виконують вакуумування піщаної суміші під час контактування її з рідинно-повітряною дисперсією, та/або після насипання і заповнення порожнини формувальної оснастки, а при нанесенні рідинно-повітряної дисперсії на поверхню шару піщаної суміші або створенні направленого потоку рідинно-повітряної дисперсії виконують переміщення джерела створення рідинно-повітряної дисперсії з застосуванням верстата або маніпулятора з числовим програмним керуванням в поєднанні з таким керуванням будь-яких інших операцій цього способу формування. 8 UA 99422 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9