Способ изготовления утеплительной вставки
METHOD FOR PRODUCING A HEAT INSULATION INSERT

Заявляемое изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления изотермических изоляционных вставок литниковых систем.
Известен аналог вкладыш в описании изобретения к авторскому свидетельству № 389878, МПК В22D 7/10, по заявке № 1629809/22-2 от 02.III.1971, опубл. в бюл. № 30 от 11.VII.1973, выполненный по форме стенки изложницы или прибыльной надставки, где в нижней части вкладыша выполнен уступ, образующий зазор между стенкой изложницы и вкладышем, при этом высота уступа составляет 75-150 мм, а его ширина 8-15 мм.
Недостатки: не достаточно обеспечивает надежную фиксацию изделия в кокиле, поэтому не исключает смещение вкладыша с места во время разливки, что влечет за собой дополнительную обрезь слитка, не обеспечивает герметичность разливки и полностью не исключает разбрызгивание расплавленного металла.
Известен наиболее близкий аналог утеплительная вставка в описании изобретения к авторскому свидетельству № 1472174, МПК В22D7/10, по заявке № 4217602 от 25.03.87, опубл. в бюл. № 14 от 15.04.89. преимущественно из волокон огнеупоров на термопластичной связке, форма которой соответствует цилиндрической изложницы и образует в нижней части со стенкой изложницы зазор, нижняя часть вставки выполнена в виде усеченного конуса, высота которого составляет 0,3-0,5 высоты вставки, нижняя часть вставки наклонена относительно стенки изложницы под углом 10-15 градусов.
Недостатки: не достаточно обеспечивает надежную фиксацию изделия в кокиле, поэтому не исключает смещение вкладыша с места во время разливки, что влечет за собой дополнительную обрезь слитка, не обеспечивает герметичность разливки и полностью не исключает разбрызгивание расплавленного металла.
Технический результат: создание изделия из теплоизолирующего материала, геометрические параметры которого обеспечивают надежную фиксацию изделия в кокиле, что исключает дополнительную обрезь слитка, герметичность разливки и полностью предотвращает разбрызгивание расплавленного металла.
Технический результат в способе изготовления утеплительной вставки кокиля, содержащей фланцевую часть с выемкой для установки сифона разливочной чаши во время разливки металла из  разливочной чаши в кокиль и круглую теплоизоляционную часть, с внешним диаметром 45-790 мм, внутренним диаметром 30-730 мм и высотой 50-500 мм, включающий ее формование из волокнистого материала и связующего, достигается за счет того, что осуществляют вакуумное формование, перед которым собирают пресс-форму, содержащую корпус и внутреннюю часть, повторяющую контур и размеры утеплительной вставки, по внутренней поверхности которой размещен сетчатый каркас с диаметром отверстий, равным, по крайней мере 0,1 мм, и изготавливают гидромассу, содержащую муллитокремнезёмистое волокно, связующее, отвердитель и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
муллитокремнезёмистое волокно
1,5-3,0
связующее
0,1-0,25
отвердитель
0,25-0,7
вода
остальное
изготовленную гидромассу направляют в формовочную ёмкость, в которую погружают пресс-форму и осуществляют вакуумное формование с равномерным распределением гидромассы по сетчатому каркасу, вынимают пресс-форму из формовочной ёмкости и осуществляют сушку при температуре 80-140°С в течение 8-24 часов.
Технический результат достигается за счет оптимального и сбалансированного по набору ингредиентов и оптимального объемного содержания ингредиентов, за счет оптимального значения времени, температуры. Отклонение в любую сторону от указанных значений ингредиентов приводит к снижению технического результата.
Полученная заявленным способом вставка состоит из фланцевой части, которая помогает надежно удерживаться изделию в кокиле и одновременно выполняет роль теплоизоляционной прокладки между разливочной чашей и кокилем, выемки для разливочного сифона на чаше, который предохраняет от разбрызгивания расплавленного металла, круглая теплоизоляционная, находящаяся в кокиле и утепляющей прибыльную часть слитка. Фланцевая часть помогает удерживать изделие в кокиле и одновременно выполняет роль теплоизоляционной прокладки между разливочной чашей и кокилем, устраняет разбрызгивание, потери металла, обеспечивая сохранение температуры расплава, что приведет к сохранению физико-механические свойства слитка. Фланцевая часть исключает смещение утеплительной вставки во время разливки металла, сохраняя минимальный размер обрези готового слитка.
Имеет внешний диаметр 45-790 мм, внутренний диаметром 30-730 мм, высоту 50-500 мм, температуру применения 1200°С -1600°С.
Фланцевая часть помогает удерживаться изделию в кокиле, а также служит прокладкой между кокилем и литейной чашей.
Форма выемки соответствует геометрическим параметрам разливочного сифона литейной чаши.
Форма втулки соответствует форме и размерам кокиля и утепляет прибыльную часть слитка.
Из уровня техники не выявлены технические решения, содержащие, признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого способа, поэтому заявляемый способ отвечает критерию изобретательского уровня.
Наличие отличительных от прототипа существенных признаков позволяет признать заявляемое техническое решение новым.
Возможность осуществления заявляемого изобретения в промышленности позволяет признать его соответствующим критерию промышленной применимости.
Сущность заявляемого устройства пояснена следующими чертежами:
на фиг. 1- показана утеплительная втулка, вид сбоку;
на фиг. 2 - показана утеплительная втулка вид, сверху.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
Собирают пресс-форму для изготовления вставки, которая представляет собой металлическую пресс-форму, состоящую из корпуса, внутренней части, повторяющую контур и размеры изделия – утеплительной вставки. Конструкция пресс-формы разработана для изготовления утеплительных вставок методом «вакуумного формования», используя откачивание вакуумным насосом водного раствора из внутренней полости формы.
Для этого из металлической сетки с диаметром отверстий равным, как минимум 0,1 мм изготавливают каркас, выполненный в соответствии с геометрической формой утеплительной вставки. При значении меньше 0,1мм будет не достаточное вакуумирование, при значении больше 1мм муллитокремнезёмистое волокно будет забиваться в перфорацию формы и затруднять снятие вставки с формы. Сетку размещают по внутренней поверхности пресс-формы.
Данный каркас позволяет равномерно формировать внутреннюю и внешнюю поверхность изделия, с точными геометрическими параметрами вставки, не прибегая к стадии доработки на токарно-шлифовальных станках.
Конструкция пресс-формы разработана для изготовления утеплительных вставок методом «вакуумного формования». Что в свою очередь позволяет получить образцы с точными геометрическими параметрами, не прибегая к стадии доработки на токарно-шлифовальных станках.
Затем приготавливают гидромассу. Для приготовления гидромассы используют смесители с приводными мешалками. Все емкости изготовлены из нержавеющей стали, для предотвращения коррозии и загрязнения смеси посторонними ингредиентами. Гидромасса содержит муллитокремнезёмистое волокно, связующее, отвердитель, воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
муллитокремнезёмистое волокно
1,5-3,0
связующее
0,1-0,25
отвердитель
0,25-0,7
вода
остальное
3
Муллитокремнезёмистое волокно измельчают в специальной дробилке. Длина волокна позволяет варьировать кажущуюся плотность изделия от 250-600 кг/м. Для формовки используют водопроводную воду со значением pH 6,0-8,0. Отбор проб воды совершают перед началом работы. В случае несоответствия показателей, добавляют кальцинированную соду. Для исключения микробиологическое воздействие на ингредиенты смеси, добавляют 0,1-0,5 % антисептика (на основе перекиси водорода) от массы воды.
Затем в чистые смесители заливают подготовленную воду 1/3 объема, после чего парциально загружают измельченное волокно, до полного смешения. Связующее и отвердитель вносят в последнюю очередь. Смешивание ингредиентов осуществляют до полного растворения связующего ингредиента, затем доливают оставшейся 2/3 воды.
Готовая гидромасса из смесителей через гравитационный отделитель неволокнистых включений поступает в гидроакустический измельчитель, затем насосом подают в формовочную ёмкость, оснащенную перекачивающим насосом.
Пресс-форму погружают в готовую гидромассу, которая представляет собой водную суспензию основного материала с добавлением связующего ингредиента и отвердителя.
Использование откачивания вакуумным насосом водного раствора из внутренней полости формы обеспечивает равномерное распределение гидромассы по металлической перфорации формы. Это позволяет равномерно формировать внутреннюю и внешнюю поверхность изделия, с точными геометрическими параметрами вставки, не прибегая к стадии доработки на токарно-шлифовальных станках
Сформованные изделия снимают с пресс-формы и производят укладку на металлический поддон.
Поддоны с изделиями устанавливают на вагонетку, которую помещают в сушильную камеру.
Сушку изделий осуществляют в сушильной камере при температуре равной 80-140°С и в зависимости от геометрической формы изделия время сушки составляет 8-24 часа. При температуре менее 80°С не достигаются физико-химические свойства изделия. Свыше 140°С разлагается связующий ингредиент.
Данная температура необходима для формирования физико-химических соединений между волокном и связующим, для придания продукции необходимой механической твердости.
Массовая доля влаги изделий после сушки не должна превышать 1,0%. Изделия с влажностью более 1,0% подвергаются повторной сушке.
Полученные заявленным способом вставки состоят из 1 фланцевой части, которая помогает удерживаться изделию в кокиле и одновременно выполняет роль теплоизоляционной прокладки между разливочной чашей и кокилем, выемки 2 для разливочного сифона на чаше, который предохраняет от попадания воздуха во время разливки, круглая теплоизоляционная часть 3, находящаяся в кокиле и утепляющей прибыльную часть слитка.
Фланцевая часть 1 помогает удерживать изделию в кокиле и одновременно выполняет роль теплоизоляционной прокладки между разливочной чашей и кокилем, фланцевая часть 1 с выемкой 2 для разливочного сифона на чаше позволяет удерживать изделие в кокиле и одновременно выполнять роль теплоизоляционной прокладки между разливочной чашей и кокилем устраняет разбрызгивание, потери металла, уменьшает контакт с внешней средой, обеспечивая сохранение температур расплавленного металла, что приведет к сохранению физико-механических свойств слитка. Форма выемки 2 соответствует геометрическим параметрам разливочного сифона на чаше.
Пример 1
Собирают пресс-форму для изготовления вставки, которая представляет собой металлическую пресс-форму, состоящую из корпуса, внутренней части, повторяющую контур и размеры изделия – утеплительной вставки. Конструкция пресс-формы разработана для изготовления утеплительных вставок методом «вакуумного формования», используя откачивание вакуумным насосом водного раствора из внутренней полости формы.
Для этого из металлической сетки с диаметром отверстий равным, как минимум 0,1 мм изготавливают каркас, выполненный в соответствии с геометрической формой утеплительной вставки. При значении меньше 0,1мм будет не достаточное вакуумирование, при значении больше 1мм муллитокремнезёмистое волокно будет забиваться в перфорацию формы и затруднять снятие вставки с формы. Сетку размещают по внутренней поверхности пресс-формы.
Данный каркас позволяет равномерно формировать внутреннюю и внешнюю поверхность изделия, с точными геометрическими параметрами вставки, не прибегая к стадии доработки на токарно-шлифовальных станках.
Конструкция пресс-формы разработана для изготовления утеплительных вставок методом «вакуумного формования». Что в свою очередь позволяет получить образцы с точными геометрическими параметрами, не прибегая к стадии доработки на токарно-шлифовальных станках.
Затем приготавливают гидромассу. Для приготовления гидромассы используют смесители с приводными мешалками. Все емкости изготовлены из нержавеющей стали, для предотвращения коррозии и загрязнения смеси посторонними ингредиентами. Гидромасса содержит муллитокремнезёмистое волокно, связующее, отвердитель, воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
муллитокремнезёмистое волокно
1,5
связующее
0,1
отвердитель
0,25
вода
остальное
3
Муллитокремнезёмистое волокно измельчают в специальной дробилке. Длина волокна позволяет варьировать кажущуюся плотность изделия от 250-600 кг/м. Для формовки используют водопроводную воду со значением pH 6,0-8,0. Отбор проб воды совершают перед началом работы. В случае несоответствия показателей, добавляют кальцинированную соду. Для исключения микробиологическое воздействие на ингредиенты смеси, добавляют 0,1-0,5 % антисептика (на основе перекиси водорода) от массы воды. Затем в чистые смесители заливают подготовленную воду 1/3 объема, после чего парциально загружают измельченное волокно, до полного смешения. Связующее и отвердитель вносят в последнюю очередь. Смешивание ингредиентов осуществляют до полного растворения связующего ингредиента, затем доливают оставшейся 2/3 воды. Готовая гидромасса из смесителей через гравитационный отделитель неволокнистых включений поступает в гидроакустический измельчитель, затем насосом подают в формовочную ёмкость, оснащенную перекачивающим насосом. Пресс-форму погружают в готовую гидромассу, которая представляет собой водную суспензию основного материала с добавлением связующего ингредиента и отвердителя.
Использование откачивания вакуумным насосом водного раствора из внутренней полости формы обеспечивает равномерное распределение гидромассы по металлической перфорации формы. Это позволяет равномерно формировать внутреннюю и внешнюю поверхность изделия, с точными геометрическими параметрами вставки, не прибегая к стадии доработки на токарно-шлифовальных станках.
Сформованные изделия снимают с пресс-формы и производят укладку на металлический поддон. Поддоны с изделиями устанавливают на вагонетку, которую помещают в сушильную камеру. Сушку изделий осуществляют в сушильной камере при температуре равной 80-140°С и в зависимости от геометрической формы изделия время сушки составляет 8-24 часа. При температуре менее 80°С не достигаются физико-химические свойства изделия. Свыше 140°С разлагается связующий ингредиент. Данная температура необходима для формирования физико-химических соединений между волокном и связующим, для придания продукции необходимой механической твердости.
Массовая доля влаги изделий после сушки не должна превышать 1,0%. Изделия с влажностью более 1,0% подвергаются повторной сушке.
Полученные заявленным способом вставки состоят из 1 фланцевой части, которая помогает удерживаться изделию в кокиле и одновременно выполняет роль теплоизоляционной прокладки между разливочной чашей и кокилем, выемки 2 для разливочного сифона на чаше, который предохраняет от попадания воздуха во время разливки, круглая теплоизоляционная часть 3, находящаяся в кокиле и утепляющей прибыльную часть слитка.
Фланцевая часть 1 помогает удерживать изделию в кокиле и одновременно выполняет роль теплоизоляционной прокладки между разливочной чашей и кокилем, фланцевая часть 1 с выемкой 2 для разливочного сифона на чаше позволяет удерживать изделие в кокиле и одновременно выполнять роль теплоизоляционной прокладки между разливочной чашей и кокилем устраняет разбрызгивание, потери металла, уменьшает контакт с внешней средой, обеспечивая сохранение температур расплавленного металла, что приведет к сохранению физико-механических свойств слитка. Форма выемки 2 соответствует геометрическим параметрам разливочного сифона на чаше.
Пример 2.
Заявляемый способ осуществляют по примеру 1 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
муллитокремнезёмистое волокно
3,0
связующее
0,25
отвердитель
0,7
вода
остальное
Пример 3.
Заявляемый способ осуществляют по примеру 1 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
муллитокремнезёмистое волокно
1,5
связующее
0,25
отвердитель
0
вода
остальное
Пример 4.
Заявляемый способ осуществляют по примеру 1 при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
муллитокремнезёмистое волокно
4,5
связующее
0,4
отвердитель
1,0
вода
остальное
Пример 5.
Заявляемый способ осуществляют по примеру 1 при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
муллитокремнезёмистое волокно
1,0
связующее
0,07
отвердитель
0,5
вода
остальное
Оптимальные соотношения ингредиентов, в зависимости от геометрических параметров, описаны в примерах 1, 2. При увеличении заявленных соотношений ингредиентов, пример 4, затрудняется равномерный набор гидромассы на перфорацию пресс-формы и вдвое увеличивается время приготовления гидромассы, а при уменьшении заявленных соотношений ингредиентов, пример 5, увеличивается время набора гидромассы на пресс-форму, что уменьшает производительность утеплительных вставок в смену. При исключении отвердителя из состава, пример 4, увеличивается содержание связующего ингредиента, что влечет за собой удорожание утеплительных вставок.
Для достижения технического результата, наилучшими являются примеры 1-2. Сушку изделий осуществляют в сушильной камере при температуре равной 80-140°С и в зависимости от геометрической формы изделия время сушки составляет 8-24 часа.
Использование заявляемого способа позволит создать изделие из теплоизолирующего материала, геометрические параметры которого обеспечивают надежную фиксацию изделия в кокиле, что исключает дополнительную обрезь слитка, герметичность разливки и полностью предотвращает разбрызгивание расплавленного металла.
Кроме этого, выпускаемые заявителем вставки обладают высокой технологичностью применения и позволяют повысить выход годного литья на крупных отливках до 25%, снизить металлоемкости отливки до 40%,  уменьшить технологические припуски на механическую обработку прибыльных мест отливок с 15-20 мм до 4-5 мм, сократить в несколько раз расходы металлообрабатывающего инструмента, полностью ликвидировать трудоемкость процесса огневой отрезки прибылей, обеспечивают возможность установки прибыли на любые поверхности без нарушения конфигурации отливки, повысить качество литья по снижению дефектов усадочного характера (раковины, рыхлоты, трещины), а также по неметаллическим и газовым включениям и возможность серийного изготовления утеплительных вставок по индивидуальному техническому заданию заказчика  (форма и геометрические параметры утеплительных вставок в зависимости от размеров кокилей и литейных чаш для улучшения качества отливок расплавленного металла).