Технологическая схема производства шликерного литья

Подготовка дисперсной фазы          

     Размол                                          Подготовка термопластичной связки

Сушка

                                                 Приготовление шликера

                                                Загрузка

                                                  Расплавка

                                                     Вакуумирование

Подготовка формы к заполнению шликером

Заливка под давлением

Низкотемпературный отжиг, удаление связки

Высокотемпературный отжиг

 

Операция		Т, ᵒС	Время, t	Давление, Р	Оборудование
Подготовка дисперсной фазы	Размол		от нескольких часов до нескольких суток	-	ШВМ, планетарные центробежные мельницы, вихревые мельницы
	Сушка	100-150 оС	2-3 ч.	-	Сушильные шкафы
Подготовка термопластичной связки (Парафин,воск,олеиновая кислота)-смешение
Подготовка шликера	Загрузка	-	-	-	Установка для вакуумирования шликера (емкость, оборудованная пропеллерной мешалкой, подключенная к ресиверу и вакуумному насосу)
	Расплавка	60-80 оС		-
	Вакуумирование		5-6 мин	0,8 атм
Подготовка формы к заполнению шликером		-	-	-	Форма собирается вручную.

 

Заливка под давлением	70-100 оС	до 60 мин	0,3 – 0,6 МПа	Подается в форму от установки для вакуумирования шликера
Низкотемпературный отжиг	650-700 С	3 - 4 ч	-	Печи различных типов
Удаление связки	1200 – 1300 оС	Будет зависеть от используемой связки-основы	-	Печи предварительного спекания
Высокотемпературный отжиг	1690 – 1700 оС	2-4 ч	-	Печь с выкатным подом и высокотемпературные печи

 

Шликерное формование позволяет получать изделия сложных форм, мало- и крупногабаритные, полые с равномерной толщиной стенок, с высокой чистотой поверхности и точных размеров.

К основным свойствам шликеров относят текучесть, характеризующую его способность течь, заполнять форму и увеличивать массу заготовки, и устойчивость, то есть способность не расслаиваться в течение длительного времени. Различают седиментационную и агрегативную устойчивость. Седиментационная устойчивость определяется скоростью оседания твердых частиц в жидкости. Она зависит от плотности материала порошка, формы и размера частиц (размера в большей степени), а также от концентрации твердой фазы в шликере. Чем тяжелее частицы, чем ближе их форма к сферической, тем быстрее произойдет расслоение.  

       Агрегативная устойчивость связана со слипанием отдельных частиц в более крупные агломераты под действием электростатических сил Величина этих сил зависит от природы твердой и жидкой фаз, дисперсности порошка, формы частиц, величины удельной поверхности, поверхностных энергий обеих фаз, характера процессов на межфазных границах.

Обычно концентрация твердой фазы в шликерах от 40 до 70%, в данном случае около 80%.

       Дисперсность порошка, используемого при приготовлении шликеров составляет от 1 – 3 мкм (W, Mo) до 5 – 10 мкм (Fe, Ni, Cu). Предельным значением видимо является 40 мкм (Al и другие легкие металлы).

       Жидкая фаза шликера должна иметь низкую упругость пара, быть нетоксичной, пожаровзрывобезопасной (желательно), не должна активно взаимодействовать с твердой фазой, одновременно хорошо смачивая ее. Смачиванием можно управлять, добавляя в жидкость поверхностно-активные вещества (ПАВ). Наиболее часто в качестве основы жидкой фазы используют воду, которая обеспечивает шликеру достаточную жидкотекучесть, хорошее заполнение формы и даже возможность прокачки по трубопроводам. Для нашего случая используется олеиновая кислота.

       Подготовка дисперсной фазы включает в себя получение или выделение порошка заданной дисперсности и формы, что призвано обеспечить максимальную плотность укладки без ухудшения технологических свойств шликера. Крупные порошки дают неустойчивые суспензии и заготовки с пониженной прочностью. Высокодисперсные порошки (обеспечивая шликеру хорошую седиментационную устойчивость, а заготовкам достаточную прочность) имеют низкую скорость набора массы; полученные формовки могут коробиться при спекании из-за анизотропии усадки. Измельчение порошка для шликера целесообразно проводить в жидкости во избежание адсорбции на его поверхности газов, ухудшающих смачивание. Затем идет просушка.

При приготовлении термопластичных шликеров (ТПШ) в качестве связки чаще (и в нашем случае тоже) всего используют парафины (предельные углеводороды) с общей формулой C_nH_2n+2: от нонадекана C₁₉H₄₀ до пентатриоктана C₃₅H₇₂. Температура плавления этих соединений меняется в диапазоне от 49 до 54 ^оС. Парафины легко растворяются в органических растворителях. Кроме них можно использовать церезины и полиэтилен. Последний хорошо смешивается с парафинами, и его применяют в качестве добавки, увеличивающей устойчивость шликеров. Есть упоминания об использовании при приготовлении ТПШ воска, твердых жиров, пеков, фенолформальдегидных смол.

       Любая связка в расплавленном состоянии должна смачивать твердую дисперсную фазу и не должна образовывать вокруг ее частиц толстые структурированные оболочки с аномально высокой вязкостью.

       Термопластичные шликеры готовят, перемешивая порошок с расплавленной связкой, причем частицы твердой фазы часто предварительно подогревают до 60 – 80 ^оС. Содержание связки (пластификатора) в ТПШ 8 – 15% (14,35%).

       Обычно формы для этой разновидности шликерного формования изготавливают из стали; при производстве небольших партий изделий их делают из меди, алюминиевых сплавов, пластика и даже гипса. В нашем случае использовалась стальная форма.

       Термопластичные шликеры на парафиновой основе формуют, предварительно разогревая их до 70 – 100 ^оС и заливая в равномерно подогретые резервуары, откуда шликеры будут перекачиваться в формы под избыточным давлением 0,3 – 0,6 МПа. Помимо перекачки это давление обеспечит хорошее заполнение всего объема формующей полости, особенно тонких каналов и сечений.

       Важно, чтобы избыточное давление поддерживалось в системе до момента полного затвердевания шликера, чтобы естественно возникающая усадка не изменила геометрию заготовки.

       Очень важной операцией при формовании ТПШ является отгонка пластификатора, которая в большинстве случае сочетается с начальным (неизотермическим) периодом спекания. Она осуществляется при медленном нагреве, с промежуточными изотермическими выдержками. В качестве поглотителя расплавленного пластификатора используют ламповую сажу, активированный уголь, оксид алюминия, прокаленный при 1200 – 1300 ^оС. В нашем случае изделие спекалось при 1150 ^оС при первом низкотемпературном отжиге для удаление связки.

       Процесс удаления связки включает в себя ее плавление, улетучивание легких фракций углеводородов, пиролиз (термическое разложение) тяжелых фракций, выгорание углеродного остатка. Общая продолжительность этого процесса, длительность отдельных его этапов, скорости подъема температуры, температуры и время изотермических выдержек будут зависеть от используемой связки-основы ТПШ.

Второй раз мы спекаем в печи высокотемпературного отжига при 1690 – 1700 ^оС.

Коэффициент усадки изделия в конечном итоге составляет 1,2-1,19.

Конечная плотность изделия 3,85 – 3,90 г/см³.

4.Основные производственные цеха и участки

 

1.Участок размола порошка Рис. 1, 2

Содержит шаровые вращающиеся мельницы, гуммированные резиной, в которых осуществляется мокрый размол порошка. Производительность- 50 т в месяц.

 

 

Рис. 1                                                       Рис. 2

 

2.Участок приготовления смеси Рис. 3,4

В результате размола получают пульпу, которая поступает на сушку. Полученную смесь просеивают на вибросите. В зависимости от дальнейшего цикла производства в порошок может быть добавлена связка (каучука в бензине, поливиниловые спирты, растворы ПВС в воде). После смешивания идет протирка и грануляция смеси, в результате которой уходит весь бензин и смесь становится очень пластичной. Количество связки зависит от способа формования порошка. Так, например, для прессования на гидравлическом прессе вводят 4-5 об. % связки, тогда как для шликерного формования необходимо 30-40 об. %. Приготовление шликера также происходит в этом цехе.

                                                                                    

Рис. 3                                                                   Рис. 4

 

3.Цех формования Рис. 5 Гидравлический пресс                                        Рис. 6 Механический пресс Рис.7 Машина для литья ТПШ Рис.8 Пресс горячего прессования

Основным производственным помещением является цех формования, в котором установлены гидравлические пресса, гидравлический длинноходовой пресс мундштучного формования усилием 100т, механические пресса с автоматической подачей навески, на которых получают 1000-3000 изделий за смену, машина для литья термопластичного шликера и пресс горячего формования.

 

Рис. 5                                                                   Рис. 6

 

 

Рис. 7                                                                   Рис. 8

4.Участок удаления связки и спекания Рис. 9,11 Рис.10 Печь с выкатным подом

После формования заготовки, необходимо удалить связку. Процесс проводят в печах предварительного спекания объемом 200 л. Температура удаления связки 1150°С. Если заготовки имеют небольшие размеры, то удаление связки происходит в капсуле. Засыпкой служит, в основном, глинозём. акже на этом участке установлена печь с выкатным подом и высокотемпературные печи, максимальная температура нагрева в которых 1700°С.

Рис. 9                                Рис. 10                                          Рис. 11

5. Цех механической обработки Рис. 12

В этом цехе установлены шлифовальные машины для механической обработки изделий, фрезерные станки и др.

 

 

Рис. 12