Меню Рубрики

Установки для горячего литья керамики

Горячее литье под давлением

Особенность шликеров, предназначенных для формования методом горячего литья под давлением (инжекционного горячего литья), состоит в том, что дисперсионной средой (временной связкой) в них служат термопластичные или термореактивные высокомолекулярные соединения, содержание которых в шликере может достигать 50 % по объему (обычно 30 — 40 %). При температурах, которые выше температуры размягчения, шликер нагнетают в металлические формы, а после застывания или затвердевания изделие-заготовку извлекают из формы. Благодаря равномерности распределения давления в жидком шликере (при формовании методом горячего литья под давлением) можно получать изделия любой по сложности конфигурации и точности размеров, которые определяются точностью и качеством пресс-форм. При использовании термореактивных шликеров нагревание служит средством уменьшения вязкости и ускорения процесса затвердевания (если процесс затвердевания связки обусловлен реакциями поликонденсации или полимеризации). Шликер для горячего

литья под давлением должен обладать примерно такими же реологическими характеристиками, как водный, а именно: отсутствием дела- тантности, минимальной вязкостью при максимальном содержании твердой фазы, обратимой тиксотропией и минимальными значениями мгновенных напряжений сдвига и модулей упругости. Однако применение внешнего давления и более широкая возможность производить литье при повышенных температурах позволяют применять шликеры с большей исходной вязкостью (2,0 — 6,0 Па с), а иногда до 10 3 Па с, т. е. с большим содержанием твердой фазы, что в последующем облегчает ее удаление перед обжигом или в процессе его. Тщательно перемешанный шликер требует вакуумирования для удаления следов воды и газов во избежание образования в отливке раковин и трещин. Дисперсионная среда должна отличаться возможно большим температурным интервалом размягчения и отвердевания. Этому способствуют пластификаторы, поверхностно-активные вещества, антивспе- ниватели, а также применение комбинаций различных высокомолекулярных соединений (см. табл. 4.6 и 4.7).

Правильно подобранный состав дисперсионной среды в основном определяет производительность и качество отливок, возможность использования метода, а также качество обожженных изделий. Наиболее употребительной связкой-пластификатором при горячем литье (табл. 4.7) служат высшие алканы: парафины, воски и т. п. вещества, к которым могут добавляться канифоль, олеиновая, стеариновая, пальминитовая кислоты, а также альгинат аммония, талловое масло и тому подобные добавки (см. табл. 4.6), расширяющие литейный интервал и предотвращающие явление делатантности, т. е. расслоение шликера. Количество таких добавок mn (массовые доли, %) можно определить по формуле

где т„ — количество ПАВ; S — удельная поверхность порошка, м 2 /г;

/ — длина молекулы ПАВ; п — число слоев ПАВ на поверхности частиц порошка (как правило, необходимо не более 10); р„ — плотность ПАВ, г/м 3 .

Добавки, применяемые при инжекционном (под давлением) литье

Полистрол, полипропилен, полиэтилен, этилцелюлоза, сополимер стирола и бутадиена, поливиниловый спирт, акриловые смолы, полистироловый каучук и др.

Диэтилфталат, парафин, дибутилфталат, воск, эфиры ароматических кислот

Стеараты цинка, алюминия, магния, минеральные масла и др.

Атактический полипропилен, смеси смол с различными температурами разложения, нафталин, растительные масла, натуральные животные жиры

Состав и свойства наиболее типичных шликеров на основе высших алканов для горячего литья под давлением порошков из а-АДОз со средним размером частиц 1 — 5 мкм

Состав связки, массовая доля, %

Свойства шликера при содержаь по объему при разных темпе

1ии связки 30 % ратурах Т, К

шликера, L — литейная способность._

Рис. 4.6. Прибор ПЛС-1 для определения литейной способности шликеров горячего литья: 1 — штуцер; 2 — канал

Качество шликера наиболее просто контролировать с помощью прибора модели ПЛС-1 (рис. 4.6). Подготовленный шликер при температуре и давлении литья (около 0,3 МПа) нагнетают через штуцер 1 в прибор, имеющий предварительно комнатную температуру, и по высоте заполнения канала 2 судят о литейной способности шликера.

На рис. 4.7 показана зависимость литейной способности парафинового шликера из порошка а-А123 со средним размером частиц около 2 мкм от некоторых технологических параметров литья. Литейные свойства шликера можно оценить скоростью его протекания через фильеру диаметром 1 мм при заданных значениях температуры и

Рис. 4.7. Зависимость литейной способности алюмооксидных шликеров со средним размером зерен 2 мкм от технологических параметров литья: количества связки (1), температуры (2) и давления (3)

давления. Литейные свойства считаются удовлетворительными, если скорость протекания не менее 50 мм 3 /с при давлении 0,3 МПа. Основные элементы литьевых установок показаны на рис. 4.8. Под давлением сжатого воздуха шликер из емкости выжимается в патрубок и форму, имеющую устройство для нагрева в процессе литья и устройство для охлаждения воздухом или проточной водой через водяную рубашку после литья. Износ литьевых форм при шликерном литье в десятки раз меньше, чем применяемых при прессовании и в основном связан с литниковыми частями, которые подвергают закалке или азотированию.

Читайте также:  Установка проставки на хендай солярис

Большое значение для получения качественных изделий имеет правильный выбор конструкции литьевых форм, которые представляют собой замкнутую металлическую камеру, зеркально отображающую форму отливаемого изделия. Так как в полученном полуфабрикате (отливке) содержится большое количество порошка (высокий коэффициент упаковки), то усадки отливки практически нет (она составляет

Рис. 4.8. Принципиальная схема литейной машины ЛПГ:1 — станина или рабочий стол; 2 — термостатированный рабочий бак; 3 — прижимное устройство; 4 — форма; 5 — охлаждающие плиты; 6 — пульт управления;

  • 7 — терморегулятор; 8, 9 — педали; 10 — воздушные клапаны; 11 — емкость;
  • 12 — электронагреватель; 13 — питающее устройство
  • 0,1 — 0,2 %). Поэтому полуфабрикат имеет практически те же размеры, что и литьевые формы. Размер, форма и расположение литниковых каналов и вентиляционных отверстий должны обеспечивать равномерное заполнение всего внутреннего пространства формы без завихрения струй шликера, без образования недоливов внутренних полостей и раковин в отливке. Так, при литье изоляторов точность размеров обожженных изделий в несколько раз выше при использовании кольцевого литника по сравнению с точечным. Это обусловлено тем, что при использовании точечного литника турбулентность потока выше, что приводит к искривлениям при обжиге в большей мере, чем при применении кольцевого литника, который обеспечивает ламинарное течение шликера.

Литьевые формы бывают с разъемными и неразъемными корпусами, с воздушным или водяным охлаждением (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Схемы форм для литья керамических изделий: а — круги абразивные диаметром 1 — 3 мм; б — бруски абразивные; в — головки угловые (стоматологические); г — кольца корундовые; д — разъемная форма для литья изделий сложной конфигурации

Прекращение подачи шликера осуществляется при появлении небольшого его избытка в вентиляционных (0,1 — 0,5 мм диаметром) отверстиях формы, расположенных в самых сложных и высоких частях формы. Эти отверстия служат для беспрепятственного выхода воздуха при заполнении формы. Выдержка шликера в форме после прекращения его подачи определяется временем его затвердевания. Слишком быстрое затвердевание или заполнение формы в режиме, близком к турбулентному, часто приводит к браку отливок в виде пузырей, трещин и к короблению отливки после ее извлечения из формы. При достаточном количестве шликера одновременно могут заливаться несколько форм или многогнездовые формы, что увеличивает производительность процесса. В процессе литья шликер должен заполнять форму в ламинарном режиме при значении критерия Рейнольдса не более 600 — 800. Температура формы в процессе литья должна быть меньше температуры шликера. При повышении давления процесс литья ускоряется, появляется возможность использования шликеров с большим содержанием твердой фазы; в результате этого увеличивается плотность отливок и точность их конфигурации. Выдержка шликера в форме должна обеспечить заполнение и затвердевание отливки, поэтому в процессе выдержки (вплоть до полного затвердевания отливки) давление снижать не следует, что способствует постоянной подпитке отливки шликером во избежание образования раковин и компенсации усадки при затвердевании отливки. После затвердевания шликера прижим формы ослабляют, форму снимают с установки и разбирают, а отливку очищают от облоев и отпечатков стыков частей формы.

Развитие технологии шликерного литья под давлением показало перспективность подачи шликера под давлением с помощью шнек- прессов. Использование шнек-прессов позволяет создавать более высокое давление мри формовании, осуществлять его регулирование, проводить дозирование подачи шликера в более широких пределах, а также использовать более концентрированные шликеры при соответственно более высоких температурах литья (420 — 450 К). Кроме того, в шнек-прессах (особенно с вакуумированием) обеспечивается дополнительная гомогенизация шликера и удаление из него воздуха. В результате использования шнек-прессов процесс шликерного литья иод давлением по своим характеристикам приближается к процессу пластичного формования при высоких давлениях, а свойства шликеров — к свойствам пластифицированных масс.

Удаление термопластичной связки из отливки в процессе обжига должно протекать в режиме, исключающем ее деформацию. Эго достигается в том случае, если уменьшение вязкости связки при нагревании компенсируется повышением вязкости отливки за счет удаления связки.

Термопластичные связки на основе высших алканов удаляют при температуре 450 — 470 К со скоростью нагревания не более (3 -4) 10 ‘ Юс’ 1 . Жидкая связка, ее пары и продукты ее пиролиза поглощаются или пористыми подставками, или засыпкой, в которую помещают отливку. Материалом засыпки служит прокаленный до 700 — 1000 К глинозем, тальк, сажа, стеатит с удельной поверхностью не менее 5-10 м 2 /г. Основной движущей силой отвода связки из отливки в засыпку служит сила капиллярного всасывания порошка засыпки. Объем засыпки должен быть достаточно большим, для того чтобы разность концентраций связки в отливке и засыпке поддерживалась достаточно высокой. При остаточном содержании связки 1 — 2 % (реже до 5 %) процесс удаления ее можно считать законченным. Всасывающие свойства засыпки регенерируют повторным ее прокаливанием.

Читайте также:  Установка замка кпп construct

В вакууме удаление связки происходит быстрее и предотвращается окисление отливок на основе порошков бескислородных материалов. Основными достоинствами технологии формования методом литья под давлением служат: возможность изготовления изделий наиболее сложных конфигураций, автоматизации процесса и повышения его производительности за счет применения многогнездовых форм или формования в нескольких формах одновременно; к недостаткам относятся дополнительная операция удаления связки или обжига на утель [1] , малая прочность отливок после удаления связки. Однако расширение номенклатуры изделий керамических материалов для машиностроения позволяет отнести литье под давлением к одному из наиболее перспективных методов формования.

Керамические изделия, изготовленные методом горячего литья под давлением

источник

Горячее литье под давлением

Горячее литье под давлением производится в стальные формы при температурах выше температуры размягчения (плавления). Применение оборудования при литье зависит от вида используемого пластификатора, его свойств и температуры плавления, а также формы изделия. Если в качестве основы связки применяются термореактивные или термопластичные органические вещества или их комбинация с температурой плавления выше 100С, то формование осуществляется на литейных машинах, подобных машинам для литья изделий из пластических масс. При этом используют предварительно перемешанную со связкой гранулированную и охлажденную массу. После засыпания гранул в емкость их подогревают до состояния размягчения и нагнетают в охлаждаемые формы. Процесс литья по этому способу аналогичен формованию изделий из пластических масс. Поэтому так же, как и при формовании последних, применяют многоместные формы-кассеты. В настоящее время наше предприятие приобрело машину для инжекционного формования ARBURG320S, имеющие следующие характеристики:

— температура в цилиндрах 148С;

— максимальное давление впрыска 1000бар;

Если в качестве термопластичной связки применяют парафин и смеси на его основе с температурами плавления 50 – 60С, то литье литье осуществляется на специальных литьевых машинах с преимущественной передачей давления сжатым воздухом . Процесс формования керамики при данном способе заключается в нагнетании избыточного давления 4-5 атм в термостатированный резервуар. Заполненную шликером форму выдерживают под давлением в течение времени, достаточном для затвердевания отливки определенных размеров. Это время колеблется от нескольких секунд до нескольких минут, в зависимости от размеров получаемых отливок. При остывании шликера происходит сокращение его объема, поэтому в форму добавляют шликер до полного его объема. Выдерживают и охлаждают форму под давлением. На качество и структуру отливки оказывает влияние свойства шликера, а так же режимы литья. Определенное влияние может оказывать конструкция литейной формы. Литник располагают таким образом, чтобы шликер в нем застыл в последнюю очередь. Все перечисленные условия взаимосвязаны, так как свойства шликера определяют некоторые технологические параметры. На качество отливки влияет прежде всего температурный режим литья охлаждения. Шликер должен быть нагрет до температуры, обеспечивающей его хорошую литейную способность. Перегрев шликера ведет к появлению больших усадок, снижению плотности, увеличению длительности твердения и другим нежелательным явлениям. Обычно оптимальная температура шликера при литье 65 – 70С. Форму охлаждают в зависимости от конфигурации изделия. Охлаждение рекомендуется вести от переферии к литниковому отверстию.

Большое значение для получения качественных заготовок имеет правильный выбор конструкции литьевый форм, которые представляют собой замкнутую металлическую форму, зеркально отражающую форму отливаемого изделия. Так как в полученном полуфабрикате (отливке) содержится большое количество порошка (высокий коэффициент упаковки), то усадки отливки практически нет (он составляет 0,1 -0,2%). Поэтому полуфабрикат имеет практически такие же размеры, что и литьевые формы. Размер, форма и расположение литниковых каналов и вентиляционных каналов должны обеспечивать равномерное заполнение всего внутреннего пространства формы без завихрения струй шликера, без образования недоливов внутренних полостей и раковин в отливке. Литьевые формы бывают с разъемными и неразъемными корпусами, с воздушным или водяным охлаждением, одноместные и многоместные.

Развитие технологии шликерного литья под давлением показало перспективность подачи шликера под давлением с помощью шнек – прессов, позволяющих создавать более высокое давление при формовании, осуществлять его регулирование, проводить дозирование подачи шликера в более широких пределах, а также использовать более концентрированные шликеры при соответственно более высоких температурах литья. Кроме того, в пресс шнеках (особенно с вакуумированием) обеспечивается дополнительная гомогенизация шликера и удаление из него воздуха. В результате использования шнек – прессов процесс шликерного литья под давлением по своим характеристикам приближается к процессу пластического формования, а свойства — к свойствам пластифицированных масс.

Шликерное литье под давлением позволяет получать керамические заготовки сложных геометрических форм, включая получение резьбовых соединений.

Читайте также:  Установка заднего сидение от опель вектра

Намораживание

Намораживание осуществляется погружением оправки в расплавленный шликер с выдержкой ее в течение времени необходимого для образования слоя определенной толщины. После извлечения оправки с намороженной отливкой обе детали охлаждают, заготовку снимают с оправки и при необходимости обрабатывают наружную поверхность. Практически при литье намораживанием применяют водоохлаждаемые оправки, температура в которых поддерживается в приделах 15 – 20 С. Температура шликера составляет60 — 90С. Методом намораживания термопластичных шликеров формируют тонкостенные детали, такие как тигли, защитные чехлы для термопар и др.

Сливное литье

Сливное литье — разновидность метода намораживания. Шликер заливают в холодную металлическую форму, конфигурация которой соответствует наружной конфигурации отливаемой детали. После выдержки шликера в форме на ее стенках намораживается слой определенной толщины. ОСТАТКИ ШЛИКЕРА СЛИВАЮТ. В ФОРМЕ ОСТАЕТСЯ ПОЛАЯ ОТЛИВКА С ТОЧНОЙ НАРУЖНЕЙ КОФИГУРАЦИЕЙ И ПОЛОСТЬ, ПОВЕРХНОСТЬ КОТОРОЙ ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО ПОВТОРЯЕТ НАРУЖУЮ ПОВЕРХНОСТЬ. Внутреннюю поверхность при необходимости обрабатывают резанием для получения точных размеров. Режимы литья в этом случае применяют такие же, как и при намораживании.

Центробежное литье

Центробежное литье (горизонтальное и вертикальное) применяется при изготовлении деталей представляющих собой тела вращения. Для его осуществления термопластичный щликер наливают во вращающуюся металлическую форму. Благодаря действию центробежных сил сам шликер заполняет внутреннюю цилиндрическую поверхность, а наружняя его поверхность отражает конфигурацию литейной формы.

При данном способе литья действие центробежных сил значительно влияет на качество отливок. Во время вращения формы частицы шликера под действием центробежных сил еще до кристаллизации шликера перемещаются в направлении от центра к периферии. В результате происходит уплотнение отливки, которое тем больше, чем выше скорость вращения. При этом происходит вытеснение термопластичной связки в направлении к оси вращения. После затвердевания на ее внутренней поверхности сосредотачивается тонкий слой термопластичной связки. Высокая окружная скорость приводит к увеличению числа дефектов в отливке (трещины, расслоения). Чтобы избежать появление дефектов, центробежное литье изделий из термопластичных шликеров осуществляется при небольшой окружной скорости вращения формы, используя при этом концентрированный шликер. Данный метод литья является одним из основных методов применяемых на ЗАО «НЭВЗ КЕРАМИКС» и используется для получения отливок цилиндрических изоляторов с наружним диамером до 200мм и высотой до 150мм.

Литье в кокиль

Литье в кокиль (металлическую форму) предусматривает заливку шликера в литейную форму. Под влиянием гравитационных сил шликер заполняет форму и после отвердевания образует отливку. Литье в кокиль – процесс более длительный, чем литье под давлением. В связи с этим шликер должен обладать высокими литейными свойствами. Летник формы помещают в наиболее толстой части отливаемого изделия, и его размеры должны быть больше, чем самое большое сечение детали. Чаще всего применяют литье в кокиль для формирования простых плоских деталей, таких как кольца, диски, плиты. Литье в кокиль рекомендуется применять только при мелкосерийном и опытном производстве.

Непрерывное литье

Непрерывное литье осуществляется на установке, принципиальная схема которой представлена на рисунке. Расплавленный шликер перед литьем заливают в рабочий бак, который помещают в установку, и при помощи сжатого воздуха, подаваемого в бак через штуцер, производят литье. Благодаря давлению сжатого воздуха шликер поступает в формующую трубку. Охлаждаясь в месте расположения холодильника, шликер при перемещении по трубке затвердевает, принимает форму ее канала, и образует заготовку в виде стержня. Если в формообразующую трубку установить внутренний оформляющий стержень, то на установке будет формировать трубка. При кристаллизации шликера происходит его усадка, в результате чего отливка отстает от стенок формующей трубки, что значительно облегчает ее выталкивание непрерывно поступающим жидким шликером. Температуру воды, поступающую в холодильник через штуцер, регулируют таким образом, чтобы скорость отвердевания шликера равнялась или немного превышала скорость подачи шликера. Скорость литья увеличивают повышением давлением сжатого воздуха на шликер, а так же понижением температуры охлаждающей воды и шликера. Увеличение диаметра отливаемого стержня и толщины отливаемой трубки приводит к снижению скорости литья.

Горячая штамповка

Горячую штамповку осуществляют на прессах в металлических прессформах, в которые предварительно заливают требуемую порцию жидкого шликера. Во время смыкания формы шликер растекается по ее внутренней полости и кристаллизуется в отливку. Из – за отсутствия компенсации объемной усадки при охлаждении в отливках, как правило, образуются поры и пустоты. Для уменьшения дефектности отливок при горячей штамповке применяют высококонцентрированнее шликеры, нагретые до 50 – 60С. Благодаря высокой производительности этот способ формования термопластичных шликеров весьма перспективен для оформления многих керамических изделий, где указанные дефекты не имеют значения, а также для изготовления тонкостенных деталей.

источник