Способ формования керамических заготовок
METHOD FOR FORMING CERAMIC BLANKS

Изобретение относится к технологии формования керамических заготовок из водных шликеров в гипсовые формы.
Известен формовой комплект для формования равнотолщинных крупногабаритных керамических изделий из водных шликеров (патент РФ № 2387537, B28B 1/00 от 27.04.2010), способ формования в котором включает установку в высушенную влагопоглощающую матрицу, которая расположена в перфорированном корпусе и повторяет наружный контур изделия, сердечника, формирующего внутренний контур отливаемого изделия, вкручивание центрирующего стержня в центрирующее отверстие с резьбой, расположенное в носовой части сердечника, центровка сердечника с помощью узлов взаимной соосной установки до такого положения центрирующего стержня относительно заливочного отверстия, чтобы калибровочная втулка села на центрирующий стержень, извлечение перед заливкой изделия центрирующего стержня и закручивание на его место заглушки с резиновой прокладкой, заполнение формы шликером, выемку заготовки после ее образования.
К недостаткам технологии формования заготовки, описанной в известной конструкции, следует отнести то, что несоосность основания не контролируется и не корректируется при центровке сердечника на этапе сборки формового комплекта в отличие от «несоосности носка». Также здесь не учитывается, что сердечник и модель, с помощью которой образуется влагопоглощающая матрица, могут обладать отличными геометрическими размерами, в пределах установленных допусков, которые связаны с особенностями их изготовления. Одним из таких примеров является несоосность относительно фланцев, которая свойственна для крупногабаритных заготовок, высотой более 800 мм. Разные взаимные расположения сердечника и модели/формы могут обладать разными параметрами несоосности. Различие в выходе брака по трещинам и сколам при использовании разных формовых комплектов связаны с параметрами самой оснастки, а именно с геометрией формообразующих поверхностей, в частности высокое значение несоосности приводит к повышенному выходу брака по трещинам и сколам.
Наиболее близким техническим решением является способ формования крупногабаритных керамических заготовок (патент РФ №2671380 МПК B28B 1/26, МПК С014В 33/28, публикация 30.10.2018), технология формования которого включает установку в высушенную влагопоглощающую матрицу, повторяющую наружный контур изделия, сердечника, повторяющего внутренний контур изделия, заполнение образовавшегося зазора водным шликером, выдержку до полного набора заготовки, извлечение сердечника, выдержку набранной заготовки в форме, извлечение заготовки, перед установкой сердечника в матрицу нижнюю часть активной поверхности влагопоглощающей матрицы смачивают водой, при этом высота смачиваемой поверхности составляет не более 15% от высоты заготовки.
К недостаткам известного способа следует отнести то, что при установке сердечника в влагопоглощающую матрицу не учитываются индивидуальные геометрические размеры сердечника и модели, разные взаимные расположения которых приводят к разной несоосности основания.
Задачей настоящего изобретения является улучшение качества отформованных заготовок.
Поставленная задача достигается тем, что предложен способ формования керамических заготовок, включающий установку в высушенную влагопоглощающую матрицу, повторяющую наружный контур изделия, сердечника, повторяющего внутренний контур изделия, заполнение образовавшегося зазора водным шликером, выдержку до полного набора заготовки, извлечение сердечника, выдержку набранной заготовки в форме, извлечение заготовки, отличающийся тем, что для изготовления влагопоглощающей матрицы проводят 3D-измерения модели и сердечника, совмещают полученные 3D-сканы, получают 3D-модели заготовок по различным вариантам разворота сердечника относительно модели, выбирают оптимальный разворот, обеспечивающий наименьшую несоосность основания заготовки, наносят метки на форму и на сердечник по выбранному развороту, установку сердечника в влагопоглощающую матрицу производят по меткам.
Установлено, что количество разворотов определяется количеством узлов фиксации положения сердечника. Выбор оптимального взаимного расположения (угла разворота) сердечника и формы приводит к снижению несоосности основания и как следствие к снижению выхода брака по трещинам и сколам.
Авторы установили, что получение 3D-сканов (измерений) сердечника и модели и выбор их оптимального взаимного расположения (угла разворота), на основании которого наносятся метки на форму и сердечник, производится один раз на вновь изготовленных модели и сердечнике. Кроме того, нанесенные метки используются многократно при установке сердечника в влагопоглощающую матрицу.
Реализация предложенного технического решения представлена на следующем примере.
3
Пример 1 (по прототипу). Для формования заготовки высотой 1200 мм и диаметром основания 400 мм изготавливают модель для формирования наружного контура заготовки и сердечник, имеющий четыре узла фиксации, для формирования внутреннего контура заготовки. С помощью модели изготавливают влагопоглощающую матрицу (гипсовую форму). В высушенную гипсовую форму устанавливают сердечник, закрепляют с помощью четырех узлов фиксации, после чего заполняют образовавшийся зазор водным шликером кварцевого стекла, имеющим плотность 1,87 г/см. Через 10 часов извлекают сердечник и выдерживают набранную заготовку в форме в течение двух часов, после чего извлекают заготовку из формы. По данному примеру было изготовлена партия заготовок в количестве 40 шт.
Пример 2. Аналогично вышеописанному примеру 1 отформовали партию заготовок в количестве 40 шт. При этом на вновь изготовленных модели и сердечнике проводят 3D-измерения с помощью лазерного трекера. Совмещают 3D-сканы по фланцам с выравниванием позиций посадочных мест для крепления сердечника и модели в четырех вариантах взаимного расположения (разворота друг относительно друга). Выбирают их оптимальное взаимное расположение (угол разворота), основываясь на наименьшем значение несоосности основания.
В таблице 1 представлены значения несоосности основания для четырех разных вариантах разворота сердечника относительно формы.
Таблица 1
Параметр
Угол разворота сердечника относительно модели
0°
90°
180°
270°
Несоосность основания, мм
0,46
0,24
0,15
0,21
На форме влагопоглощающей матрицы и сердечника наносят соответствующие метки оптимального взаимного расположения. В высушенную влагопоглощающую матрицу (гипсовую форму) устанавливают сердечник по меткам. Нанесенные метки используют многократно для формования заготовок при установке сердечника в высушенную влагопоглощающую матрицу.
Исследования полученных заготовок показали, что у отформованных заготовок по предложенному решению существенно снизилась несоосность основания заготовок, которая привела к снижению выхода брака.
Таблица 2
Способ формования
Несоосность основания
Выход брака
По прототипу
25,6 %
По предложенному решению
17,3 %