Спосіб нанесення порошкової фарби на крижану модель

Реферат: UA 82026 U UA 82026 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до ливарного виробництва, зокрема, до способів нанесення покриття (ливарної фарби) на крижану модель виливка. Відомо широке застосування в промисловості порошкових фарб (ПФ), які після нанесення на поверхню, що фарбується, утримуються на ній електростатичними силами і складаються з твердих частинок - плівкоутворюючої основи і розділяючого їх середовища - повітря (Яковлев А.Д. Порошковые краски. - Л.: Химия, 1987, -216 с). У цих фарбах як наповнювачі застосовують порошковий діоксид кремнію, оксиди інших металів, портландцемент та ін. Однак вони практично не використовуються у ливарному виробництві, тому що не розроблені способи їх електростатичного нанесення і електроосадження. Відомо, що біля поверхні водного льоду при негативних температурах близьких до точки плавлення утворюється не рідкий і не кристалічний шар, в якому дипольні молекули води створюють подвійний електричний шар. Цей шар на поверхні льоду складається з декількох десятків або сотень молекулярних прошарків і має загальну товщину від декількох десятків до декількох сотень ангстрем, у ньому до 74 % молекул води орієнтуються протонами назовні. Цей шар називають квазірідким з тих пір, як Фарадей висловив ідею про його існування. Існування цього шару доведено експериментально (Маэно Н. Наука о Льве. - М.: Мир, 1988, с. 130-139). На думку відомого фахівця з геокриології, директора Інституту кріосфера Землі СО РАН академіка РАН В.П. Мельникова, існування цього шару викликано хаотичним розташуванням молекул води в квазірідкому шарі, але одночасно впорядкованою (у порівнянні з кристалом) орієнтацією самого крайнього ряду молекул як диполів (www.tmnsc.ru). Хоча вказаний електричний шар (за термінологією Маено) на поверхні льоду зручно використовувати для електроосадження ПФ на поверхні крижаної ливарної моделі шляхом спеціального створення умов його утворення, інформації про наявність такого способу авторами не виявлено. Найбільш близьким до заявленого за технічним рішенням є спосіб нанесення покриття на охолоджувану модель, що включає охолодження моделі, подачу на модель дрібнозернистого порошку, нанесення на зерна порошку і модель води шляхом конденсації водяної пари з навколишнього до моделі повітря при охолодженні моделі нижче точки роси повітря, при цьому порошок охолоджують нижче точки роси повітря шляхом теплопередачі при контакті їх з моделлю, а точку роси повітря навколо моделі підвищують шляхом збільшення вологості повітря за рахунок диспергування водної композиції в повітрі (патент UA 88304 МПК В22С 7/00, опубл. 12.10.2009 в бюл. № 19). Однак з огляду на те, що вологість в цеху залежить від погоди і пори року, цей спосіб не дозволяє досягти стабільної якості покриття. Зазвичай крижані моделі охолоджують до негативної температури (-20...-15) °С з міркувань створення їм запасу міцності і зазначений електростатичний ефект льоду для нанесення ПФ може використовуватися випадково, що не дає стабільно якісного шару покриття. На опуклих і нижніх частинах моделі шар іноді обсипається або збивається зернами піску, яким обсипають модель при формуванні у контейнерній опоці. Штучне підвищення вологості в момент нанесення ПФ важко регулювати, різні товщини покриття по-різному зволожуються, зайво товсті шари відпадають під власною вагою при обертанні і обсипання моделі з усіх сторін, їх доводиться наносити повторно. Це погіршує якість покриття і викликає додаткові трудовитрати. Диспергування (пульверизація) водної композиції в повітрі також вимагає трудовитрат і з санітарно-гігієнічних причин несприятливо діє на органи дихання працівників або вимагає їх захисту спеціальними масками, що підвищує ступінь шкідливості праці і вимагає додаткових коштів на вентиляцію. Задачею корисної моделі є підвищення якості покриття на моделі та зниження трудовитрат при його нанесенні. Поставлена задача вирішується тим, що в способі нанесення порошкової фарби на крижану модель, який включає охолодження моделі, подачу на поверхню моделі дрібнозернистого порошку, створення умов утримання дрібнозернистого порошку на поверхні моделі, згідно винаходу, поверхню моделі перед подачею або при подачі на її поверхню дрібнозернистого порошку охолоджують до температури не нижче мінус 6 °С або нагрівають її з більш низької температури до температури не нижче мінус 6 °С. Крім того, поверхню моделі можуть нагрівати до вказаної в п. 1 температури шляхом подачі теплоносія з температурою вище мінус 6 °С, за який використовують дрібнозернистий порошок фарби та/або газове та/чи рідке середовище, що знаходиться в статиці або в русі, або використовують опромінення, розміщення моделі в полі сил або енергії, або іншими способами. Також перед подачею на поверхню моделі дрібнозернистого порошку його можуть заряджати електронегативним зарядом. Здійснення способу засновано на явищі утворення квазірідкого поверхневого шару в льоді ливарної моделі, завдяки якому поверхня льоду заряджається електричним зарядом. Цей заряд 1 UA 82026 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 утримує порошкоподібні частинки фарби на поверхні крижаної моделі. Квазірідкий шар на поверхні льоду утворюється в інтервалі температур від 0 °С до трохи нижче (-6) °С, хоча слабкий прояв його ознак починає проявлятися вище (-13) °С (Маено). Як приклад нанесення на крижані моделі ПФ застосовували протипригарне, герметизуюче (для зниження газо- і водопроникності поверхневого шару ливарної форми) і тверднуче покриття. Для цього використовували такі порошкоподібні матеріали, як пилоподібний формувальний кварцовий пісок, дистен-силіманітовий концентрат КДСП (ТУ 48-4-307-74) головним чином в якості наповнювачів, а гіпс напівводний будівельний (ГОСТ 125-79), портландцемент марок 400...500 та ін., декстрин (ГОСТ 6034-74), порошки синтетичних смол для виконання функції плівкоутворювача або зв'язуючого. Для прискорення твердіння зазначених гіпсу та цементу у водну композицію моделі додавали рідке скло до густини 1,08 3 г/см , водна композиція служила затверджувачем ПФ. Відмінності в способах і результатах нанесення ПФ на основі пилоподібного кварцового піску або КДСП практично не спостерігались. В один із цих наповнювачів додавали 15...20 % гіпсу напівводного, замішували у суху суміш порошків і наносили на поверхню крижаної моделі. В одному з варіантів крижану модель охолоджували до температури її поверхні не нижче (6) °С, що було достатньо з точки зору збереження міцності для товстостінної моделі. Тонкостінні і дрібні моделі переміщали з полиць морозильної камери, де була температура (-18...-15) °С в зону камери з температурою (-6) °С і там витримували перед нанесенням ПФ. В обох випадках при нанесенні насіванням ПФ на поверхню при обертанні моделі отримували з усіх боків стабільний шар фарби товщиною від 0,3 мм до 3,0 мм. При використанні ПФ кімнатної температури або підігрітої ПФ аналогічного ефекту досягали при нанесенні її на поверхню моделі з більш низькою температурою. У результаті теплообміну з ПФ (або іншим супутнім навколишнім середовищем) з температурою вище (-6) °С поверхня моделі нагрівалася до температури утворення квазірідкого шару, який створює підвищення енергії у вигляді електричного заряду на поверхні моделі і утримує частинки ПФ, що давало аналогічні першому випадку позитивні результати по стабільності і рівномірності нанесеного шару ПФ. Контакт зайво холодної моделі з повітрям близько +20 °С до і/або разом з нанесення ПФ давав такі ж стабільні результати. Відомі способи нанесення ПФ в киплячому шарі, температура якого також може підвищувати температуру поверхні моделі до потрібної. Аналогічно для нагрівання зайво холодної поверхні моделі можна використовувати пульверизацією рідини, освітлення моделі сонячним або штучним світлом, або піддавати випромінюванню іншого виду (ультрафіолетовим, інфрачервоним, прискорених електронів і т. п.), поміщати модель у поле магнітних сил, поле коронного розряду, або струмів високої частоти. Також відомо біоенергетичний вплив і вплив інформаційних хвиль на воду поблизу температури її замерзання, чим також можна регулювати температуру поверхні моделі. Такий різновид способу пропонується застосовувати передусім при транспортуванні моделі на конвеєрі до місця формування в піску, модель може проходити відповідну зону. У промисловості широко застосовують трибостатичне нанесення заряду на частинки ПФ в результаті тертя об діелектрик, при якому йде обмін електронами і здійснюється передача електричного заряду. Величина потенціалу, який характеризує стан наелектризованості на поверхні частинок ПФ, залежить від оптимального вибору пари контактуючих матеріалів, положення матеріалів в так званому трибоелектричному ряду (Nordson. Методы зарядки порошковых покрытий. Покраска профессиональная. Львов. № 4, 2006, с. 60-64). Якщо широко поширений в якості зарядних поверхонь всередині трибо-напилювачів фторопласт (тефлон) є одним з найбільш електронегативних матеріалів - отримує електрони при контакті з багатьма іншими матеріалами, які віддають електрони і отримують позитивний заряд, то нейлон як зарядна поверхня - яскраво виражений електропозитивний матеріал, який з легкістю віддає електрони іншим матеріалам, заряджаючи їх негативно. Тому використовували нейлон у вигляді сітки як зарядної поверхні. Сітку поміщали в обичайку з приставним дном, куди висипали при дозуванні складові порошки для утворення ПФ, розмішували скляною пластинкою, а потім поміщали обичайки з сіткою над крижаною моделлю, віднімали дно і насівали ПФ на модель з рівномірним її обертанням. Оскільки явище електро-позитивного самозарядження поверхні льоду при (-6) °C лише починається і досягає максимуму при 0 °С, то застосуванням електронегативно заряджених частинок ПФ (як різнойменних зарядів, що притягуються) підвищували стабільність нанесення фарби вже при (-6) °С, що покращувало якість покриття на моделі при достатній її міцності і при збільшенні часу її допустимого знаходження на повітрі в цеху, що важливо для збереження від надмірного перегрівання моделі. Це відразу позначалося на стабільності рівня браку одержуваних металовиливків, який при такому застосуванні способу не перевищував 3 %, а 2 UA 82026 U 5 10 15 20 також на підвищенні чистоти їх поверхні, що також знижувало трудовитрати на їх очищення. У більшості випадків потреба такої очистки відпадала. Крім того, контакт льоду з електронегативно зарядженою ПФ стимулює утворення на ньому позитивно зарядженого шару з відповідним поверхневим шикуванням молекул-диполів. Після нанесення ПФ на модель, цикл операцій з одержання виливка полягав в наступному. Модель з покриттям поміщали в контейнерну опоку і засипали піском, наприклад, як зазначено в патенті UA № 81726. Потім пісок віброущільнювали, він обтискав і ущільнював ПФ. Модель піддавали таненню з дотриманням відомих умов утримання в статичному стані піску навколо неї. Продукти танення моделі просочують ПФ і призводять до її затвердіння завдяки взаємодії з гіпсом або цементом. У такому вигляді, видаливши надлишок моделі, що повністю розтанула, форму підсушували і заливали розплавленим металом при вакуумуванні піску форми. При наявності зв'язуючого в модельній композиції або порошкового зв'язуючого в піску просочують, крім ПФ, ще й дотичний до неї шар піску, отримуючи оболонкову форму, яку звільняють від залишків рідких продуктів моделі, і після затвердіння оболонки можуть відправляти на операцію заливання металом або, видаливши з форми шляхом акуратного висипання через низ опоки пісок, відправляти на склад в очікуванні заливки металом з опорним наповнювачем або без нього. Спосіб, завдяки використанню двох протилежно заряджених ПФ і поверхні нанесення, дозволяє підвищити якість покриття на моделі та знизити трудовитрати при його нанесенні, а також отримувати шар затверділої ПФ товщиною 3 мм і більше, що для дрібних моделей можна вважати вже облицюванням і використовувати як оболонкові форми. Спосіб є одним із перших кроків застосування ПФ в ливарництві. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 1. Спосіб нанесення порошкової фарби на крижану модель, що включає охолодження моделі, подачу на поверхню моделі дрібнозернистого порошку, створення умов утримання дрібнозернистого порошку на поверхні моделі, який відрізняється тим, що поверхню моделі перед подачею або при подачі на її поверхню дрібнозернистого порошку охолоджують до температури не нижче мінус 6 °С, або нагрівають її з більш низької температури до температури не нижче мінус 6 °С. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що поверхню моделі нагрівають до вказаної в п. 1 температури шляхом подачі теплоносія з температурою вище мінус 6 °С, за який використовують дрібнозернистий порошок фарби та/або газове та/чи рідке середовище, що знаходиться в статиці або в русі, або використовують опромінення, розміщення моделі в полі сил або енергії, або іншими способами. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перед подачею на поверхню моделі дрібнозернистого порошку його заряджають електронегативним зарядом. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 3