Спосіб формування

Реферат: UA 95319 U UA 95319 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до ливарного виробництва, зокрема до способів виготовлення піщаних ливарних форм та стрижнів. Відомий спосіб формування, що включає застосування сухих формувальних сумішей із сипучих матеріалів з додаванням гіпсу. Такі суміші поставляють в мішках або замішують в сухому вигляді в ливарних цехах [1]. Ними формують після зволоження замішуванням з водою сухих формувальних сумішей із сипких матеріалів до рідкорухомого стану (25…30 % води, 30…35 % гіпсу, 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 моделях, що виплавляються. Хоча суміші з гіпсом мають добру вибивальність, недоліком таких піщаних сумішей з гіпсом є підвищена вологість, не менше 6,5 %, навіть із застосуванням ПАР для підвищення рухливості; внаслідок швидкого схоплювання гіпсу при перемішуванні суміш швидко втрачає рідкорухливість, 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 для ливарних форм. Підвищена вологість вимагає тривалої сушки таких сумішей, щоб уникнути тріщин форм. Вищеописаний процес формування традиційний для відомих способів, в яких зерна суміші перед ущільненням взаємодіють (замішують) зі зв'язуючим (часто, в т.ч. і водою), яке змочує, облицьовує (плакує) зерна наповнювача, утворюючи на їх поверхні суцільну плівку [4]. Вода, змочуючи зерна, наприклад кварцового піску, сама є слабким зв'язуючим. При подальшому ущільненні ці плівкові оболонки зв'язуючого взаємно склеюються, утворюючи манжети, завдяки чому суміш набуває міцності [4]. Без такого змочування зерен наповнювача не було б утворення манжет, що зв'язують зерна, що разом представляє адгезійно-когезійний комплекс, згідно із загальною концепцією міцності дисперсних систем [5]. При цьому зерна наповнювача, вкриті зв'язуючим, 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 і ущільнення сумішей, або витрат на переведення сумішей в рідкорухомий стан з їх надмірним зволоженням, що часто супроводжується подальшою енергоємною сушкою. При цьому міцність сумішей найчастіше визначається міцністю зазначених манжет. А суцільна плівка зв'язуючого не тільки склеює зерна, а й покриває їх поверхню, яка оточує пори в суміші і на яку часто витрачається основна частина зв'язуючого. Нещільне прилягання зерен піску не тільки витрачає зайву кількість зв'язуючого, а й сприяє пригару на виливку, оскільки вогнетривкість плівки зв'язуючого як правило нижче вогнетривкості піщинки. Наступний менш витратний спосіб приготування і ущільнення суміші застосовують при вакуумному формуванні з сипкої суміші, традиційно використовуваної при ВПФ і 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 переважно при стикуванні зерен наповнювача своєю поверхнею без плівок зв'язуючого. А приготування суміші відбувається взагалі без змішувача додаванням свіжого піску в багаторазово застосовувану відпрацьовану суміш, зокрема з наступним пневмотранспортуванням сипкої суміші. Це мотивує ідею про економію витрат при перемішуванні і ущільненні формувальної суміші в сипкому вигляді без явищ склеюваннярозклеювання її часток, обгортанні їх зайвою кількістю часто дорогого зв'язуючого з нерідко супроводжуваним сушінням форми або стрижня в сушилах, або пальниками і подальшим підвищенням ймовірності газових і пригарних дефектів, пов'язаних з надлишком зв'язуючого, або вологи. Крім цього відомий спосіб змішування сипких матеріалів [7], в якому компоненти, що змішують, течуть самопливом зверху вниз струменями до їх перерізу при направленні цих струменів елементами змішувача. Однак при цьому змішувані сипкі компоненти потрапляють в приймальний резервуар змішувача, а суміш приводять в рух шляхом приведення в рух цього резервуара. Також відомий спосіб приготування однорідних сумішей сипких матеріалів [8], що полягає в нашаруванні один на інший потоків компонентів, в кожному з яких частинки одна за одною розміщуються на транспортуючому ці частинки органі. В обох останніх випадках недоліками способів є наявність рухливих частин, які приводять в рух суміш рухом резервуара змішувача або транспортуючого органу. Це ускладнює 1 UA 95319 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 устаткування і замість приведення в рух суміші проміжними пристроями логічно було б привести в рух суміш формувальним оснащенням, яке стикається з цією сумішшю. Найбільш близьким до заявленого по технічному рішенню є спосіб формування, що включає насипання сипкої формувальної суміші на модель, зволоження сипкої формувальної суміші та внаслідок цього зволоження зв'язування сипкої формувальної суміші до монолітного стану, що в результаті призводить до створення міцної піщаної форми [9]. В цьому способі застосовують, зокрема разову крижану модель, зволожують формувальну суміш продуктами розплавлений крижаної моделі, а до формувальної суміші вводять матеріал, що твердіє при взаємодії з водою внаслідок цього зволоження та призводить до зв'язування сипкої формувальної суміші до монолітного стану у вигляді піщаної форми, зокрема, оболонкової. Компонентами, що тверднуть 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]. В цьому способі формувальну суміш можуть охолоджувати до температури нижче температури плавлення моделі. Використання в зазначеному способі крижаної моделі звужує його застосування, бо такі моделі виготовляють лише в дослідному виробництві, а також тонкі оболонкові форми придатні для дрібних виливків. Навіть при формуванні крижаної моделі вагою від кілограму і більше стельові частини оболонкової форми можуть слабко зволожуватись, бо модель при таненні просідає і її 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 (воскових, пінопластових) цей спосіб формування не придатний, що призвело до створення нижче описаного 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, від зменшення зв'язуючого, скорочення сушіння форм, або розширення області формування за разовими крижаними моделями. Поставлена задача вирішується тим, що в способі формування, що включає змішування, насипання сипкої формувальної суміші на модель чи в робочу порожнину стрижневого ящика, зволоження сипкої формувальної суміші та внаслідок цього зволоження зв'язування сипкої формувальної суміші до монолітного стану, що в результаті призводить до створення піщаної форми чи стрижня, згідно з корисною моделлю, зволоження формувальної суміші виконують шляхом танення сипкого зернистого льоду, що вводять до складу цієї суміші. Крім цього насипання сипкої формувальної суміші на модель чи в робочу порожнину стрижневого ящика і змішування шляхом зсипання струменя зерен льоду зі струменем зерен інших компонентів сипкої формувальної суміші в один потік можуть поєднувати з виконанням вібрації моделі чи стрижневого ящика. А також зв'язування сипкої формувальної суміші до монолітного стану можуть виконувати внаслідок зволоження порошку кристалогідратів, що знаходиться у складі сипкої формувальної суміші, а при зволоженні сипкої формувальної суміші можуть використовувати капілярне переміщення вологи. Спосіб реалізується завдяки тому, що сипка формувальна суміш наноситься на модель чи вводиться в робочу порожнину стрижневого ящика та зволожується шляхом танення сипкого зернистого льоду, введеного до складу цієї формувальної суміші. У склад сипкої формувальної суміші також вводять порошок, зокрема кристалогідратів, внаслідок зволоження якого виконують твердіння сипкої формувальної суміші до монолітного стану у вигляді піщаної форми чи стрижня. Сипку суміш ущільнюють вібрацією в контакті з моделлю чи стрижневим ящиком на вібростолі протягом орієнтовно 30…300 с в залежності від швидкості її подачі для заповнення оснастки та розміру цієї оснастки. Після попереднього змішування мінеральної основи, найпростіший склад якої складає пісок, гіпс чи/та цемент в різних дозуваннях [1], насипання сипкої формувальної суміші на модель чи введення сипкої формувальної суміші в робочу порожнину стрижневого ящика в одному з варіантів суміщають з введенням до цієї суміші сипкого зернистого льоду при змішуванні двох струменів шляхом зсипання струменя зерен льоду зі струменем зерен цієї сипкої мінеральної основи формувальної суміші в один потік та виконанням вібрації моделі чи стрижневого ящика. Такий варіант змішування дозволяє швидко змішати зерна в сипкому виді і їх ущільнити в формувальній оснастці без чи з мінімальними ознаками танення льоду, для чого скорочено шлях потоку зерен до формувальної оснастки усуненням проміжних елементів порівняно з 2 UA 95319 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 наведеними аналогами, коли рухомими елементами виступають модель з модельною і тією оснасткою, якою традиційно утримується чи до якої кріпиться модель, або стрижневий ящик. При зсипанні та гравітаційному падінні в повітрі різних піщинок чи зерен суміші з різними швидкостями в залежності від питомої ваги та розміру вони перемішуються та падають на поверхню оснастки, яку в основному варіанті способу рухають, піддаючи вібрації. При цьому піщинки продовжують рухатись кожна між іншими, вкладаючись між собою до максимально можливої щільності суміші; переважно формується жорсткий каркас з оптимально укладених зерен кварцового піску з розміщенням між ними при пористості 33…36 % [10] технологічних часток зв'язуючого та криги. Вібрація зменшує внутрішнє тертя піщинок, призводячи сипкий матеріал до стану "псевдорідини" [10]. Якщо скорочення часу контакту крижаних та мінеральних зерен до закінчення їх ущільнення знизить якість змішування, то рівномірність поширення вологи в процесі чи після танення крижаних часток в об'ємі суміші підвищують використанням капілярного переміщення вологи [11], яке ще називають капілярним транспортом [12]. Відсутність плівок вологи та зв'язуючого на зернах піску при його ущільненні і появи ознак зв'язування лише після зволоження дозволяє знизити кількість зв'язуючого. Це аналогічно рекомендації при виготовленні бетону, що пісок для бетону повинен складатися із зерен різного розміру, щоб його міжзернова пористість була мінімальною; чим менше обсяг пустот у піску, тим менше потрібно цементу для отримання щільного бетону [13]. Для кристалогідратів основою механізму твердіння являється гідратоутворення та структуроутворення, що надають їм міцності [14]. Засоби та методи, за допомогою яких реалізується корисна модель як промислово придатна, перевірено наступними прикладами її реалізації. Для утворення двуводного гіпсу на 1 кг напівводного гіпсу потрібно 186 г води, а в двуводному гіпсі в зв'язаному виді буде 20,9 % води [15]. Для різних формувальних умов можлива широка гама складів формувальних сумішей, зокрема, для економії льоду та мінімізації вологості суміші. В найпростішому варіанті використовували суміші піску, гіпсу та зернистого льоду такого складу: гіпс напівводний 10…40 %, лід - 4…8 %, решта - пісок. Вологість суміші не перевищувала 6 %. Виконували насипання сипкої формувальної суміші на дерев'яну модель чи введення сипкої формувальної суміші в робочу порожнину стрижневого ящика. Модель на модельній плиті чи ящик можна покривати рідким роздільним покриттям відомих складів для зменшення прилипання суміші. Суміш подавали при змішуванні двох струменів шляхом зсипання струменя зерен льоду зі струменем зерен піщано-гіпсового сипкого компоненту в один потік та виконанням вібрації моделі чи стрижневого ящика. Зерна суміші змішувались при зіткненні двох потоків в один. Можливі і інші способи змішування, включно з охолодженням суміші чи її компонентів. Рух зерен між собою продовжувався при попаданні на поверхню оснастки чи попередні шари, бо потік зерен розсипався при русі зерен по інерції, від вібрації модельноопочної оснастки чи стрижневого ящика зерна суміші також рухались з ущільненням всієї маси суміші. Після заповнення оснастки для підвищення ущільнення на поверхню суміші рекомендується за відомими способами формування встановлення вантажу [16], що пришвидшує своїм тиском танення крижаної складової, атакож тривалість вібрації автоматично підтримувати в оптимальному режимі з відключенням вібратора відповідним датчиком [17]. Зволоження сипкої формувальної суміші відбувалось при витіканні води з талого льоду. Капілярним переміщенням вологи між твердими мінеральними частинками досягали рівномірності зволоження, внаслідок якого формувальна суміш тверділа до монолітного стану піщаної форми чи стрижня. Після танення льоду твердіння зазвичай відбувалося протягом від кількох до десятків хвилин і полягало в перетворенні дисперсної системи в "конденсований" стан - утворенні інтерфазної структури з дисперсних різнорідних часток за закономірностями гідратоутворення і структуроутворення як синтезом міцності [14]. З напівформи після твердіння суміші при формуванні в рамкових опоках видаляли модель, а з стрижневого ящика - стержень аналогічно відомим способам. Подальші операції формування не відрізнялись від відомих. Невисокий рівень вологості потребував менших затрат на підсушування піщаного виробу порівняно з аналогами, або дозволяв використовувати його без сушіння в залежності від різних ливарних умов. Спосіб формування придатний для виготовлення оболонкових форм при нанесенні лицювального шару товщиною приблизно 8,40 мм на модель з варіантом додавання поверх нього сухих піску чи відпрацьованої суміші без льоду, або іншими відомими варіантами, а також для лиття по разовим моделям, що виплавляються чи газифікуються. Сухі наповнювачі форми з ліску чи відпрацьованої суміші ефективно вбирають можливий надлишок вологи капілярним переміщенням вологи між твердими мінеральними частинками. 3 UA 95319 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 При формуванні за разовими крупними крижаними моделями масою від сотень грамів і більше на верхні випуклі частини моделі накладали шар облицювання товщиною 5…25 мм. Вся суміш навколо була сухою гіпсо-піщаною, котра потім зволожувалась від талого льоду моделі, а окремі облицьовані місця для підсилення стінки форми додатково зволожувались з зернистого льоду у складі сипкої суміші за даним способом формування, що в результаті утворювало тверду стінку форми підвищеної міцності. Цим досягали розширення області формування за разовими крижаними моделями за можливості збільшувати товщину стінок крупних форм для виливків масою десятки кілограм. Описані суттєві ознаки заявленого способу задовольняють досягненню зазначеного технічного результату і підтверджують промислову придатність способу. В способі рух сипких зерен (дисперсної фази) в повітрі (дисперсійному середовищі) разом з вібрацією оснастки при насипанні суміші використано для їх змішування, що поєднано з рівномірним поширенням талої води самовільною капілярною фільтрацією вологи, як стабілізуючою операцією рівномірного зволоження суміші. Застосування в технології формування зазначених фізико-хімічних явищ, а також короткотермінове віброущільнення, притаманне ВПФ та ЛГМ, сприяє зменшенню економічних витрат при формуванні. Цілеспрямоване утворення міцного каркасу з сипких сухих мінеральних піщинок без плівок на їх поверхні у складі суміші сприяє зменшенню зв'язуючого, скороченню сушіння форм, чи 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, МПК В22С 1/00, опубл. 20.06.2013, бюл. 17. 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. 6. Формовочные материалы и смеси / С.П. Дорошенко, В.П. Авдокушин, К. Русин, И. Мацашек. - К.: Вища школа, 1990-415 с. 7. Патент Росії на винахід № 2479342, МПК B01F 9/10, опубл. 20.04.2013, бюл. 11. 8. Васин В.М. Способ приготовления однородных смесей сыпучих материалов // Автоматизация и современные технологии. - 2003. - № 3. - С. 21-24. 9. Патент України на винахід № 83891, МПК В22С 9/04, В22С 7/00, опубл. 26.08.2008, бюл. 16. 10. Шуляк B.C. Литье по газифицируемым моделям. - СПб.: Профессионал, 2007. - 408 с. 11. Смоляницкнй Л.А. Капиллярное увлажнение грунтов земляных сооружений // Вестник ВГУ, серия: геология, 2012, № 1. - С. 229-233. 12. Либенсон Г.А. Производство порошковых изделий. - М.: Металлургия, 1990. - 240 с. 13. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. - М.: Стройиздат, 1984. - 672 с. 14. Сычев М.М. Твердение вяжущих веществ. - Л., Стройиздат, 1974. - 80 с. 15. Примеры и задачи по строительным материалам. Под ред. П.Ф. Шубенкина. - М.: Высш. Школа, 1970. - 232 с. 16. Патент України на корисну модель № 82837, МПК В22С 9/02, опубл. 12.08.2013, бюл. 15. 17. Патент України на корисну модель № 81014, МПК В22С 9/02, опубл. 25.06.2013, бюл. 12. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Спосіб формування, що включає змішування, насипання сипкої формувальної суміші на модель чи в робочу порожнину стрижневого ящика, зволоження сипкої формувальної суміші та внаслідок цього зволоження зв'язування сипкої формувальної суміші до монолітного стану, що в результаті призводить до створення піщаної форми чи стрижня, який відрізняється тим, що зволоження формувальної суміші виконують шляхом танення сипкого зернистого льоду, що вводять до складу цієї суміші. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що насипання сипкої формувальної суміші на модель чи в робочу порожнину стрижневого ящика і змішування шляхом зсипання струменя зерен льоду зі струменем зерен інших компонентів сипкої формувальної суміші в один потік поєднують з виконанням вібрації моделі чи стрижневого ящика. 4 UA 95319 U 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зв'язування сипкої формувальної суміші до монолітного стану виконують внаслідок зволоження порошку кристалогідратів, що знаходиться у складі сипкої формувальної суміші, а при зволоженні сипкої формувальної суміші використовують капілярне переміщення вологи. 5 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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