Формовой комплект для формования сложнопрофильных керамических заготовок
MOULD SET FOR FORMING COMPLEX CERAMIC WORKPIECES

Изобретение относится к технологии формования крупногабаритных сложнопрофильных керамических изделий из водных шликеров типа кварцевых тиглей для металлургической промышленности.
Известно устройство для литья полых керамических изделий, которое согласно авторскому свидетельству СССР №1570900 содержит водопоглощающую форму (матрицу), сердечник в виде эластичной оболочки, механизм для деформирования эластичной оболочки и обеспечения подпитки.
К недостаткам известного устройства относится то, что сердечник, выполненный в виде эластичной оболочки, не является элементом конструкции, формирующим внутренний контур изготавливаемого изделия. В этом случае получение изделий с одинаковой толщиной стенки во всех сечениях основывается на предположении, что набор толщины стенки изделия идет равномерно по всей поверхности, что не соответствует действительности, так как в процессе формирования стенки изделия участвует целый ряд факторов (гравитационное осаждение частиц, содержащихся в шликере, профиль и габариты формуемого изделия и т.д.), которые приводят к постепенному заполнению полости формы твердым осадком от нижней ее части к верхней, что приводит к невозможности получения изделий с заданным внутренним профилем.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является устройство для формования керамических изделий из водных шликеров (патент на изобретение РФ №2191688, 2002 г.), содержащее водопоглощающую матрицу, расположенную в перфорированном металлическом каркасе, сердечник, наружная поверхность которого имеет покрытие, выполненное из легкодеформируемого гидрофобного материала, компенсирующего усадочные напряжения изделия по мере подсушки в форме при формировании, узлы для их взаимной соосной установки и подпитки. Названная совокупность признаков устройства позволяет обеспечить получение из водных шликеров качественных изделий с заданным внутренним контуром.
Недостатком данного формового комплекта является то, что рабочая часть водопоглощающей матрицы, как правило, выполнена из гипса, расположенного в перфорированном металлическом каркасе. Гипс в процессе формования отбирает влагу из шликера, образуя тем самым плотный черепок заготовки. Процесс формования характеризуется большими временными интервалами, так, например, формование заготовки толщиной 20 мм из шликеров кварцевого стекла составляет 8÷12 часов, а из шликеров литийалюмосиликатного стекла - 12÷25 часов. При этом после каждого формования необходимо производить сушку гипсовой формы, которая длится не менее 15 часов и требует наличия специализированного технологического оборудования. Кроме того, как показывает опыт эксплуатации таких формовых комплектов, максимальное количество отформованных заготовок, полученных на одной форме, достигает всего 30÷35 заготовок. После чего производится удаление использованной водопоглощающей матрицы и изготовление новой. Эта операция занимает порядка 5÷6 дней. Указанные выше недостатки использования в качестве материала рабочей поверхности водопоглощающей матрицы гипса негативно сказываются на технологическом процессе и приводят к большим затратам на изготовление дополнительной оснастки, технологического оборудования и соответственно производственных площадей.
Задачей настоящего изобретения является повышение производительности формовых комплектов для формования сложнопрофильных керамических заготовок.
Поставленная задача достигается тем, что предложен формовой комплект для формования сложнопрофильных керамических заготовок, содержащий водопоглощающую матрицу, расположенную в металлическом каркасе, сердечник, узел подпитки, отличающийся тем, что водопоглощающая матрица выполнена из пористого полимера, заполняющего весь объем, образованный наружным контуром заготовки и каркасом, при этом в теле матрицы выполнены каналы диаметром от 2 до 15 мм, расположенные от основания каркаса к рабочей поверхности матрицы, расстояние между центрами каналов, а также от рабочей поверхности матрицы до окончания канала составляет от 15 до 40 мм, матрица в зоне основания каркаса выполнена с зазором, а каркас имеет патрубки для подачи в этот зазор воздуха и воды под давлением, узел подпитки содержит патрубок для подачи шликера под давлением.
Авторы экспериментально установили, что выполнение водопоглощающей матрицы из пористого полимера, заполняющего весь объем, образованный наружным контуром заготовки и каркасом, существенно ускоряет набор керамической заготовки, при этом не требуется промежуточная сушка водопоглащающей матрицы.
Установлено, что для эффективной промывки полимерной матрицы в ее теле должны быть выполнены каналы, расположенные от основания каркаса к рабочей поверхности матрицы, при этом в матрице в зоне основания каркаса (т.е. от начала каналов) выполнен зазор, в который через патрубок подается воздух и вода под давлением.
Расчетным путем и экспериментально установлено, что каналы должны быть выполнены диаметром от 2 до 15 мм в зависимости от габаритов формуемого изделия, при этом расстояние между центрами каналов, а также от рабочей поверхности матрицы до окончания канала составляет от 15 до 40 мм, превышение указанного расстояния более 40 мм нецелесообразно, так как это может существенно затруднить промывку водопоглощающей матрицы, а уменьшение данного расстояния ниже 15 мм приводит к снижению конструкционной прочности матрицы при приложении давления.
На чертеже изображен общий вид заявленного формового комплекта.
Конструкция формового комплекта включает: сердечник 1; водопоглощающую матрицу, выполненную из пористого полимера 2, в теле которой расположены каналы 3, расположенные от основания металлического каркаса 4 к рабочей поверхности матрицы, с патрубком 5 для подачи воздуха и воды под давлением в зазор 6, образованный полимерной матрицей и каркасом, а также узел подпитки 7 для подачи шликера под давлением.
Формовой комплект работает следующим образом. При сборке формового комплекта сердечник 1 опускают в полость водопоглощающей матрицы 2. В зазор, образованный сердечником 1 и водопоглощающей матрицей 2, через узел подпитки 7 подают шликер под давлением. За счет создания давления вода, содержащаяся в шликере, проходит через рабочую часть водопоглощающей матрицы. Таким образом происходит образование заготовки. После окончания набора заготовки сердечник 1 извлекают из матрицы 2 и вынимают отформованную заготовку. В зазор между каркасом 4 и матрицей 2 через патрубок 5 подается вода и воздух под давлением, которые по каналам 3 подают к рабочей поверхности матрицы, что обеспечивает промывку полимерной части матрицы и очитку ее пор.
На предложенном формовом комплекте были отформованы заготовки тиглей из кварцевой керамики, при этом скорость набора заготовок составила 45 минут против 10 часов, получаемых при формовании в традиционные формовые комплекты с гипсовой водопоглощающей матрицей.
Предложенный формовой комплект чрезвычайно прост в эксплуатации. Его использование существенно повышает производительность формовых комплектов для формования сложнопрофильных керамических заготовок.
Источники информации
1. Авторского свидетельства СССР №1570900, МКИ В28В 1/26.
2. Патент на изобретение РФ №2191688, В28В 1/26, 2000 г.