УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВОДНЫХ ШЛИКЕРОВ
DEVICE FOR MOULDING OF CERAMIC ITEMS FROM AQUEOUS SLIPS

Изобретение относится к керамической промышленности и, в частности, к технике и технологии формования изделий из водных суспензий наливным методом шликерного литья.
Заявляемая конструкция может быть использована при изготовлении керамических оболочек антенных обтекателей летательных аппаратов, тиглей различного назначения, сталеразливочных стаканов из водных шликеров путем набора керамической заготовки на поверхности гипсовой матрицы.
Известны устройства для формования керамических изделий из водных шликеров, включающие активную влагопоглащающую гипсовую матрицу и пассивный влагонепроницаемый сердечник. Согласно патенту РФ №2137599, кл. В28В 1/26, 1998 г., устройство для формования керамических оболочек для антенных обтекателей летательных аппаратов из водных шликеров включает водопоглащающую гипсовую матрицу, пассивный сердечник, состоящий из опорного фланца с центрирующим штоком и формообразующего конического стержня. Матрица и сердечник соединены между собой посредством направляющих осей или болтов, а для обеспечения заливки шликера и подпитки формы шликером предусмотрены заливочный штуцер, закрепленный на нижнем фланце матрицы, и подпиточные емкости, установленные сверху на фланце сердечника.
Набор стенки изделия осуществляется посредством осаждения твердой фазы шликера на поверхности гипсовой матрицы и гравитационного осаждения частиц в полости между матрицей и сердечником до полного заполнения полости.
После завершения набора в процессе дальнейшего отвода влаги из заготовки в гипсовую матрицу, отформованное изделие или его часть дает усадку как по высоте, так и по диаметру и в результате при контакте с жестким сердечником отформованное изделие разрушается. Для предотвращения разрушения необходимо своевременно извлекать сердечник, но точно определить момент завершения набора и извлечения сердечника из матрицы сложно в силу ряда технологических причин:
- изменение свойств шликера в процессе длительного набора изделия,
- различие скоростей набора стенки заготовки в связи с неоднородностью свойств гипсовой матрицы и температурного поля и др.
С целью исключения образования трещин при формовании сталеразливочных стаканов из кварцевой керамики методом водного шликерного литья в конструкции формового комплекта, включающей гипсовую матрицу, металлический сердечник и знаки, предусмотрены резиновые прокладки, которые натягивали на сердечник и знаки при сборке и извлекали их из отформованного изделия (К.А.Красотин, Д.Б.Миньков, Т.С.Макарова и др. Производство кварцевых стаканов. // Огнеупоры, №11, с.7-11, 1973).
Недостатком данного технического решения является сравнительно высокая жесткость резиновых прокладок, плохое скольжение резиновой прокладки по металлу и керамике. Рекомендация по обильному припудриванию поверхностей скольжения порошком нитрида бора усложняет технологию производства изделий и приводит к загрязнению кварцевой керамики борсодержащими легкоплавкими примесями.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для формования керамических изделий из водных шликеров, предложенное в патенте РФ №2191688, кл. В28В 1/26, 2002 г., включающее водопоглащающую матрицу, сердечник или знак, узлы для их взаимной соосной установки и подпитки, у которых наружная поверхность сердечника или знака имеет покрытие, выполненное из микропористой резины. Покрытие из микропористой резины выгодно отличается от покрытия из обычной резины по деформируемости и предложенная конструкция в принципе может компенсировать диаметральную усадку набранной заготовки изделия.
Однако рассматриваемое устройство для формования керамических изделий из водных шликеров имеет ряд существенных недостатков, затрудняющих его практическое применение.
Во-первых, изготовление покрытия из микропористой листовой резины, полученной, например по ТУ 105867-90, на сердечник сложной конфигурации практически затруднено из-за присущей резине достаточно высокой упругости. Изготовление цельных чехлов из микропористой резины является технически очень сложным и дорогостоящим процессом. Склеить чехол по профилю сердечника из отдельных кусков микропористой резины, а затем надеть его плотно на сердечник не удается не только из-за сложной формы, но и по причине низкой прочности и эластичности микропористой резины.
Во-вторых, затруднено извлечение сердечника с резиновым покрытием после завершения набора, что связано не только с высоким коэффициентом трения между резиной и керамикой, но и с тем, что микропористая резина зачастую обладает капиллярно-активными свойствами, которые приводят к прилипанию керамического слоя к поверхности сердечника.
В-третьих, в конструкции устройства по прототипу предусмотрена только компенсация усадки по диаметру. В большинстве случаев высота применяемых в технике керамических изделий больше их диаметра и поэтому компенсация осевой усадки при формовании сложнопрофильных изделий имеет большее значение. Отсутствие такой компенсации в прототипе существенно снижает его эффективность.
Задачей настоящего изобретения является полная компенсация литьевой усадки при формовании керамических изделий и, тем самым, предотвращение разрушения отформованных изделий после завершения набора; упрощение технологии изготовления легкодеформируемого покрытия на сложнопрофильном сердечнике, облегчение операции извлечения сердечника после завершения набора изделия.
Поставленная задача достигается тем, что предложенное устройство для формования керамических изделий из водных шликеров включает водопоглощающую матрицу, пассивный сердечник, состоящий из опорного фланца с центрирующим штоком и формообразующего конуса с легкодеформируемым покрытием, элементы для соосной установки сердечника в матрице и подачи шликера, отличающееся тем, что между сочленяющимися торцами опорного фланца и формообразующего конуса установлена упругодеформируемая прокладка, а на всей или части поверхности формообразующего конуса имеется легкодеформируемое покрытие из многослойного пористого полиэтилена толщиной 0,5-3,0 мм, причем наружный слой выполнен из водонепроницаемого плотного полиэтилена.
Легкодеформируемое покрытие из многослойного полиэтилена может быть выполнено с наружным слоем из пластичного металла, например алюминия.
Плоская упругодеформируемая прокладка между опорным фланцем и формообразующим конусом предназначена для компенсации усадки по высоте изделия. В связи с тем, что она не контактирует со шликером, особых требований к ней, кроме упругих свойств, нет. Она может быть изготовлена из микропористой резины.
Легкодеформируемое покрытие на формообразующей поверхности сердечника выполнено из высокопористого вспененного полиэтилена, например пенополиэтиленизолона толщиной 0,5-3,0 мм, выпускаемого отечественной промышленностью в виде непрерывных лент шириной от 600 до 1200 мм, толщиной от 0,5 до 15 мм. Авторами установлено, что выбранная толщина 0,5-3,0 мм с одной стороны достаточна для компенсации усадочных явлений при формовании керамических изделий, а с другой стороны - тонкий материал хорошо облегает профильную поверхность сердечника и упрощает процесс его приклейки по всей поверхности сердечника или его части, в местах возможных усадок керамического слоя.
Покрытие из пористого полиэтилена имеет ряд технических преимуществ перед покрытием из микропористой резины:
3
3
- низкая плотность (0,08-0,12 г/см против 0,15-0,55 г/см у резины) делает его более податливым к сжатию и изгибу, обеспечивает высокую эффективность его работы в качестве компенсатора усадочных явлений при формовке изделий и хорошую технологичность при создании покрытий на сложнопрофильный сердечник;
- гладкая, беспористая поверхность полиэтиленового слоя хорошо смачивается водой, легко отделяется от керамической заготовки без дополнительной смазки и нанесения порошкообразных антиадгезивов.
Листовой многослойный полиэтилен разрезают на выкройки и с поджимом приклеивают к поверхности сердечника. Если применяют полиэтилен без клеящего покрытия, то используют клей быстрого схватывания, например «Момент», №88 и др.
Малая толщина полиэтиленового слоя, большое разнообразие толщин (примерно через 0,5 мм), высокая податливость материала позволяют наносить покрытия заданной толщины на всю сложнопрофильную поверхность сердечника или его часть, включая плавные переходы от одной толщины к другой.
На фиг.1 изображен общий вид заявляемого устройства с легкодеформируемым покрытием по всей поверхности сердечника, на фиг.2 изображен вариант устройства с легкодеформируемым покрытием сердечника только в носовой части, на фиг.3 изображено в увеличенном масштабе сечение покрытия из легкодеформируемого пористого полиэтилена с наружным металлическим слоем.
Конструкция устройства включает матрицу, состоящую из перфорированного металлического корпуса 1 с наформованным гипсовым слоем 2, пассивный сердечник, состоящий из опорного фланца с центрирующим штоком 3 и формообразующего конуса 4. Между фланцем и конусом установлена упругодеформирующаяся резиновая прокладка 5, а на наружной поверхности конуса водостойким клеем неподвижно зафиксирован легкодеформирующийся слой 6 высокопористого многослойного полиэтилена толщиной 0,5-3,0 мм с наружным водонепроницаемым слоем из того же материала или плакированного слоем мягкого алюминия 7. Между сердечником и матрицей установлено разделительное кольцо 8 и герметизирующее резиновое кольцо 9. Матрица и сердечник соединены между собой посредством направляющих осей 10 и гаек 11. Для подачи шликера в нижней (носовой) части матрицы предусмотрен заливочный штуцер 12, а сверху на фланце сердечника установлены подпиточные емкости 13, общий объем которых должен быть больше объема шликера для подпитки с учетом добавки на расслоение в верхней части подпиточных емкостей.
Устройство работает следующим образом. Предварительно высушенную гипсовую матрицу устанавливают на кантователь посредством цапф, предусмотренных на металлическом корпусе матрицы 1. Затем в матрицу вставляют собранный сердечник, включающий опорный фланец 3, формообразующий конус 4, упругодеформированную резиновую прокладку 5 и легкодеформируемое покрытие на конусе из высокопористого многослойного полиэтилена. Фланцы матрицы и сердечника соединяют направляющими осями 10 и гайками 11, затем через резиновую прокладку к матрице подсоединяют заливочный штуцер 12, а к фланцу сердечника через уплотнительные прокладки крепят подпиточные емкости 13.
Заливку шликера производят через заливочный штуцер из переносной емкости по системе сообщающихся сосудов до отмеченного уровня в подпиточных емкостях. Процесс набора стенки изделия осуществляется до полного заполнения твердой фазой шликера всего объема заливаемой полости между матрицей и сердечником. Так как в заявляемом устройстве предусмотрена полная компенсация литейной усадки, то разрушения отформованного изделия не происходит. Поэтому определение момента завершения набора заготовки и своевременное извлечение сердечника не требуется. На практике извлечение сердечника при формовании конических оболочек из кварцевой керамики диаметром у основания 350-450 мм, высотой 800-1200 мм и толщиной стенки 15-19 мм осуществляли в приемлемое для выполнения этой работы время, через 2-20 часов после завершения набора и изделия.
На фиг.2 представлена конструкция заявляемого устройства для формования конических разнотолщинных керамических изделий со значительным (1,5-3,0 раз) утолщением у основания оболочки. Обозначения аналогично фиг.1. Конструктивно устройство отличается от предыдущего только тем, что легкодеформируемый слой нанесен на часть сердечника в нижней зоне, где производится набор тонкой стенки изделия. В этой зоне набор происходит гораздо быстрее, чем в верхней, толстостенной части изделия, что приводит к обезвоживанию и усадке заготовки в нижней части до завершения набора всего изделия. Легкодеформируемый слой компенсирует эту усадку, что позволяет формовать разнотолщинные изделия.
Порядок работы устройства аналогичен предыдущему, однако извлечение сердечника производится непосредственно после набора изделия. При помощи такого формового комплекта производили формование разнотолщинных изделий с толщиной стенки в носовой части 7-10 мм и 15-18 мм в торцевой.
Заявляемое устройство для формования керамических изделий из водных шликеров исключает возникновение усадочных напряжений в керамической заготовке при формовании и тем самым, снижает брак при производстве изделий; позволяет формовать разнотолщинные изделия наливным методом водного шликерного литья.
Указанные технические преимущества заявляемого устройства дают обоснованное подтверждение его практической применимости в производстве керамических изделий.