Материалы для изготовления форм

Формовочный гипс. В себестоимости фарфоровых и фаянсовых изделий бытового назначения расходы на формовое хозяйство из гипса составляют от 1, 7 до 3, 4%, а трудовые затраты около 10% $бщей трудоемкости из­готовления изделий.

Формовочный гипс представляет собой тонкомолотый порошок полуводного гидрата сернокислого кальция CaS04-V2H20 следующего состава: 38% СаО, 55, 2 S03, 6, 2% Н20, получаемый путем обработки природного двуводного гипса CaS04-2H20. Гипсовый камень дол­жен соответствовать требованиям ГОСТ 4013—74.

Процесс дегидратации двуводного гипса протекает по реакции

130—170°С

CaS04-2H20; * CaSO4.0, 5HsO + 1, 5 Н20.

Кривая дегидратации гипса приведена на рис. 33. Участок кривой АВ соответствует продолжительности подогрева двуводного гипса до начала дегидратации, участок ВС — периоду дегидратации при температ}ре 130—170° С, участок CD — окончанию процесса дегид­ратации с повышением температуры до точки D (180— 190°С), которая превышает температуру дегидратации на 20—25° С, что необходимо для полного завершения процесса дегидратации более крупных зерен двуводного гипса.

К формовочному гипсу предъявляют следующие тре­бования: при затворении с водой давать однородную массу; обеспечивать повышенную пористость и' доста­точную механическую прочность отливок; иметь неболь­шое объемное расширение при литье и постоянные сро­ки схватывания, позволяющие отливать формы для крупных изделий. Физико-технические свойства полу­водного гипса характеризуются (по МРТУ 21-31-76) следующими показателями: тонкость помола по остатку на сите № 02 (918 отв/см2) не более 0, 5%, начало схва­тывания не ранее 8 мин, конец — не позже 25 мин, объемное расширение не более 0, 15%, предел прочно­сти через 7 сут при растяжении не менее 2, 3 МПа, при сжатии не менее 16 МПа,

Формовочный гипс дол­жен храниться в сухих за­крытых помещениях, так •как жадно поглощая вла­гу из воздуха, он перехо­дит в двуводный гипс, те­ряя свои свойства. Транс­портировать г.ипс необхо­димо в упЁковке. Пре­дельный срок хранения гипса на складе до трех месяцев, при этом его ак­тивность снижается на 30—50%.

Приготовление гипсо­вого раствора. Перед при­готовлением раствора гипс просеивают через сито №0, 45 (252 отв/см2) для литья форм и через сито № 0355 (400 отв/см2) для литья капов и моделей. При затворе­нии гипса водой частицы гипса, суспендируясь в воде, покрываются водной пленкой. Через 1—5 мин после за-творения начинается гидратация гипса, раствор приоб­ретает густо-текучую консистенцию и становится при­годным для отливки. Порядок приготовления гипсового раствора следующий: воду, подогретую до температуры 35—40° С, заливают в мешалку, затем туда же засы­пают формовочный гипс и через 0, 5—1 мин смесь пере­мешивают в течение 2—3 мин. Приготовленный гипсо­вый раствор немедленно заливают в матричные формы или капы.

Водогипсовое соотношение (гипс: вода) во многом определяет качество гипсовых форм. Это объясняется тем, что для полной гидратации гипса требуется 18, 6% (по массе) воды, остальная вода — более 80% остается в свободном состоянии, обусловливая пористость высу­шенной формы, ее структуру и прочность. Прочность отливок из гипса обратно пропорциональна консистен­ции гипсового раствора. С повышением водогипсового отношения увеличивается размер кристаллов двуводно­го гипса, с понижением — уменьшается не только пори­стость, но и средний размер пор.

При изготовлении форм руководствуются такими оптимальными соотношениями гипс: вода, как 1: 1 — для форм-литья; 1, 43; 1 —для форм пластического формования; 1, 6: 1—для изготовления капов и моделей; 1, 25: 1 для форм, предназначенных для литья и пласти­ческого формования. На практике чаще всего приме­няют следующие соотношения: 56: 44 — для форм, ис­пользуемых на шпиндельных станках и для литья тон­костенных изделий; 60: 40 — для форм, используемых для формования изделий на полуавтоматах и автома­тах; 50: 50 — для форм, используемых для литья рядо­вых изделий и формования капселей; 67: 33 — для при­готовления капов и моделей.

Вакуумирование гипсового раствора в течение 1, 5— 2 мин при глубине вакуума 0, 8—0, 9 МПа удлиняет сро­ки схватывания на 15—20% и повышает механическую прочность отливок на 18—20%, улучшает состояние по­верхности формы и повышает оборачиваемость форм на 20—25%. Вакуумированный гипсовый раствор обладает повышенной текучестью, лучше заполняет все неровно­сти и соединения капа. Вакуумирование способствует снижению пористости форм на 10—12% и изменяет ха­рактер пор. Структура формы более однородна (рис. 34) и не имеет замкнутых воздушных включений, снижающих прочность формы и не участвующих в ка­пиллярном отсосе влаги. Коэффициент расширения ва-куумированного гипсового раствора снижается.

Качество и экономичность гипсового раствора в про­цессе его приготовления повышаются при использова­нии механизированных и автоматизированных устано­вок. В ФРГ, например, используются установки «Роко-вакумат» десяти типоразмеров производитель­ностью от 100 до 1600 л/ч.

Смешивание гипса с водой осуществляется одновре­менно с вакуумированием раствора в специальных ре- -зервауарах. Дозирование гипса и воды, глубина и про­должительность вакуумирования автоматизированы.

Разгрузка вакуумных резервуаров и подача гипсо­вого раствора к месту отливки форм на расстояние до 150 м производятся пневматически. Продолжительность загрузки, приготовления раствора, разгрузки и чистки составляет 2—3 мин в зависимости от вместимости ре­зервуара (100—1600л).

Прочность, водопоглощение, твердость и другие свойства форм во многом зависят от степени измельче­ния гипса, режима смешивания гипса с водой, водогип-сового отношения, а также чистоты исходного сырья

Твердение гипсового раствора. Процесс схва­тывания и твердения гип­сового раствора по А. А. Байкову состоит из трех периодов: растворе­ния полуводного гипса в воде с образованием на­сыщенного раствора; пре­вращения кристалличе­ских частиц полуводного гипса в коллоидные час­тицы двуводного гипса и кристаллизации двуводно­го гипса из пересыщенно­го.раствора с увеличением размеров кристаллов. Имеются и другие точки зрения на процесс твер­дения гипсового раствора. Процесс твердения начи­нается через 5—8 мин после затворения гипса водой. Кристаллы полуводного гипса, присоединяя 1, 5 молекул воды, переходят в двуводный гипс, раствор быстро пе­ренасыщается кристаллами двуводного гипса, раст­воримость которого (2, 6 г на 1 л воды при ' темпе­ратуре 20° С) в 4 раза меньше полуводного гипса (10, 5 г на 1 л воды) и из раствора выпадают мель­чайшие, коллоидные частицы двуводного гипса. Об­разуется рыхлая пространственная сетка ввиду воз­никновения ван-дер-ваальсовых сил, действующих через тонкие пленки воды. Такая структура называется коа--гуляционной.

Вследствие выпадения из раствора частиц двуводно­го гипса раствор по отношению к полуводному гипсу становится ненасыщенным. В нем растворяются новые порции полуводного гипса и процесс повторяется.

Двуводный гипс быстро кристаллизуется, а тесное срастание его кристаллов приводит к затвердеванию гипсовой отливки и образованию кристаллизационной структуры формы.

Интенсивный рост кристаллов двугидрата происхо­дит сразу же после заливки гипсового раствора в фор­му. Затвердевшая гипсовая масса представляет собой каркас взаимосросшихся иглоподобных кристаллов устойчивого двуводного гипса с размером кристаллов 2—5 мкм, окруженных сетью сообщающихся пор, за­полненных водой, а после испарения ее при сушке форм — связанных системой открытых пор.

Процесс схватывания гипсового раствора сопровож­дается незначительным увеличением объема гипса (на 0, 1—0, 3%). Высокое объемное расширение нежелатель­но, так как возникает опасность распушивания форм растущими кристаллами двуводного гипса и снижения прочности форм. Повышенное объемное расширение гипса уменьшают, затворяя его водой, содержащей из­вестковое молоко, добавкой молотого двуводного гипса и др. Объемное расширение при твердении гипсового раствора способствует лучшему заполнению формы и более точному воспроизводству отливаемого изделия.

Твердение гипсового раствора может как ускоряться, так и замедляться при введении различных добавок. Влияние добавок в основном сводится к изменению формы и размеров двуводного гипса, прочности связи кристаллов в отливке и ее текстуры.

Все замедлители процесса схватывания раствора по­луводного гипса могут быть разделены на три группы: органические добавки с высокой молекулярной массой, образующие коллоидную защиту (клеи, желатин, мелас­са, гидролизированный протеин, сода и др.); добавки, уменьшающие растворимость гипса (спирт, глицерин, ацетон, сахар, фосфорная, борная, уксусная и лимонная кислоты, а также растворы их солей); добавки, изме­няющие структуру двуводного гипса (триполифосфат, сапонин, ацетат кальция и др.).

Добавки, ускоряющие схватывание гипсового раст­вора; ССБ (0, 1—5%), серная и соляная кислоты, щело­чи, аммиак, крахмал, мыло, хромат кальция, фторид алюминия, силикат кальция, поваренная соль и др. Они в меньшей мере влияют на изменение формы и размер кристаллов двугидрата гипса, чем замедляющие до­бавки.

Мелкозернистая структура отливки имеет более вы­сокую прочность, чем крупнозернистая. Со временем гипсовые формы теряют прочность в связи с образова­нием крупнозернистой структуры. Потеря прочности ускоряется при попеременном увлажнении (отливка из­делий) и высушиваниии при температуре 60—70° С.

Уменьшение прочности в этом случае объясняется раст­ворением игловидных кристаллов двугидрата, в резуль­тате чего в структуре гипсовой формы преобладают не-сросшиеся между собой частицы двуводного гипса. Из­менения структуры форм в процессе эксплуатации незначительны и выход форм из строя объясняется, главным образом, износом их рабочих поверхностей.

Расход гипса составляет 120—200 кг на 1 т готовых фарфоровых и 100—150 кг на 1 т фаянсовых и майоли­ковых изделий. Для снижения стоимости форм исполь­зуют примерно до 25% регенерированного (повторно обожженного) гипса из выбракованных форм. Расход формовочного гипса на 1 т гипсовых отливок равен 1, 05 т, расход воды 1 м3.