Изготовление форм

Требования к гипсовым формам. Технология пласти­ческого формования и литья изделий требует от форм высокой прочности при достаточной способности их к всасыванию воды.

Гипсовые формы должны придавать изделиям в не­гативном виде особенности рельефа своих рабочих по­верхностей, равномерно адсорбировать влагу из изде­лий, сохранять неизменными собственные размеры и форму в процессе длительной эксплуатации, не загряз­няться коллоидными частицами глинистого вещества и хорошо противостоять действиям электролитов, всегда имеющихся в массе.

Такие требования к гипсовым формам во многом объясняются условиями их эксплуатации: непосредст­венный контакт с влажной средой, выщелачивающее" воздействие дисперсионной среды шликера и содержа­щихся в ней электролитов, частая смена температурных условий, особенно при эксплуатации форм на поточ­ных автоматизированных линиях.

Требования к качеству гипсовых форм зависят так­же от способа формования изделий: формы, предназна­ченные для литья, должны обладать хорошей водопо-глощаемостью и иметь удовлетворительную прочность, формы для пластического формования изделий — повы­шенной прочностью при удовлетворительном водопогло-щении.

Пористость гипсовых форм для пластического фор­мования составляет 30—40%, для литья изделий —35— 65%, водопоглощение 30—40%, воздухопроницаемость 0, 05 л/с. Средний гидравлический диаметр пор 1, 6— 1^8 мкм, максимальный диаметр 4—7 мкм. Средний размер пор в форме из гипса р-модификации с повыше­нием температуры схватывания увеличивается за счет укрупнения кристаллов двугидрата гипса. Встречаются отдельные поры размером до 200 мкм. Средняя плот­ность гипсовой формы 0, 95 г/см3.

Размер пор определяет величину капиллярных сил, обеспечивающих всасывающую способность формы. Чем больше пористость при меньшем размере пор, тем боль­ше скорость образования слоя массы на поверхности формы; чем больше размер пор, тем меньше скорость образования черепка изделий.

На величину поглощения формой воды влияет также толщина слоя массы, отложившейся на поверхности формы, влажность гипсовой формы, свойства шликера и его дисперсность, влажность и температура шликера. При слишком быстром поглощении воды из отливки на поверхности формы образуется твердая корка, вследст­вие чего на изделии могут возникнуть складки. Кроме того, изделие может преждевременно отставать от фор­мы. При медленном поглощении воды гипсовая форма несколько размягчается и изделие пристает к ней. Нор­мальная скорость поглощения воды 0, 2—0, 3 г/см2-мин. Наибольшая поглощающая способность гипсовых форм наблюдается при температуре 15—20° С. Зависимость прочности форм при сжатии и коэффициента диффузии от водогипсового отношения приведена на рис. 36.

Количество свободной воды в гипсовых формах должно быть не более 5—6%. При повышении влажно­сти форм до 17—19% их направляют на сушку. Темпе­ратура сушки форм не должна превышать 70° С во из­бежание частичной дегидратации гипса. Предел прочно­сти форм при растяжении в 5—8 раз меньше предела прочности их при сжатии и составляет в среднем при растяжении до 3, 5 МПа, а при сжатии 14 МПа. Предел прочности при изгибе 2, 5—8 МПа, твердость по Бринел-лю 15, 3 МПа. Прочность гипсовых форм, высушенных при температуре 60—70° С, в 2—2, 5 раза выше прочно­сти влажных после изготовления.

Рабочую поверхность новых форм протирают губкой, смоченной в 2— 5%-ном растворе соды, так как выделяющаяся в процессе сушки свобод­ная вода растворяет в се­бе гипс, который откла­дывается на поверхности пор; в виде тончайшего на­лета тонкодисперсных кристалликов. Кроме то­го, возможно загрязнение поверхности форм мыль­но-масляной смазкой.

Гипсовые формы дол­жны выдерживать при пластическом формовании чашек, чайников, полукру­жек и приставных деталей к ним 50—80 оборотов (цик­лов); тарелок, блюдец, полоскательниц, крышек, солонок, бомз, капселей тарелочных, блюдечных бандур—80— 100; крупных изделий, изготовляемых способом литья, — 50—60 оборотов.

Недостатками гипсовых форм являются небольшой срок их эксплуатации, значительная масса (для тарелок 1, 6—1, 8 кг, чашек 0, 9—1, 1 кг), ограниченное регулиро­вание скорости образования стенок изделий, уменьше­ние скорости образования стенок изделий при повтор­ном использовании форм, трудность извлечения изделий сложной конфигурации из формы, повреждение поверх­ности форм при чистке, низкая производительность тру­да при литье изделий в формах, трудоемкость изготов­ления и невозможность высокотемпературной скорост-" ной сушки форм.

Последовательность изготовления форм. Последова­тельность технологических операций изготовления гип­совых форм приведена на рис. 37. Это длительный мно­гооперационный процесс, предусматривающий изготов­ление модели, маточной формы (негативное изображе­ние модели), маточного капа, пристроя, кожуховой фор­мы и рабочего капа для размножения рабочих модель­ных гипсовых форм (рис. 38).

Модель 2 должна соответствовать изделию в нату­ральную величину с учетом усадки при сушке и обжи­ге. Ее размеры определяют по формуле Х=100-а/(100— —Ь)2 (а — размер изделия после обжига, 6—-усадка массы, воздушная и огневая). Изготовляют модель вручную из пластичной малоусадочной глины, пласти­лина, полуэфировых или эпоксидных смол или обточкой из гипсовой болванки /. Маточную форму 3 изготов­ляют из гипса. Это черновая модель, при помощи кото­рой получают требуемое количество гипсовых моделей. Маточный кап — вторичная модель изделия, необходи­мая для отливки по ней рабочих форм в требуемом ко­личестве. Сначала отливают верхнюю часть 4 маточного капа, а затем нижнюю 5. Готовые части маточного капа смазывают олифой, сушат и по ним отливают ниж­нюю 6 и верхнюю 7 части пристроя, которые после про-

ПитЫвания олифой и сушки используют Для размножения нижней части рабочих капов.

По верхней части маточного капа отливают верхнюю часть 8 ее пристроя, а по нижней части маточного капа и пристроя после окружения их обводкой отливают нижнюю часть пристроя Р. После обработки и подгонки пристроев, пропитывания олифой и сушки по ним отли­вают рабочие капы 10 — нижнюю часть капа в при-строях, отлитых по верхней части // маточного капа. После твердения гипса обечайки снимают, собирают нижнюю и верхнюю части рабочего капа 12, оправляют (калибруют), смазывают спиртовым лаком, а после вы­сыхания лака олифой. Рабочую (модельную) форму 13 отливают по капу. Кап смазывают, устанавливают обечайку и заливают раствор. После твердения гипса и снятия обечайки форму протачивают, покрывают ла­ком и олифой. Рекомендуемый состав мыльно-жировой эмульсии, %: мыло ядровое 72%-ное или детское — 33, масло веретенное или трансформаторное — 67. Воду добавляют по мере надобности для получения эмульсии необходимой густоты. Хорошей смазкой для форм является смесь следующего состава, кг: вода — 0, 5, соли­дол— 1, сода кальцинированная — 0, 3. Смесь кипятят в продолжении 15 мин на водяной бане и в теплом виде наносят на форму, что обеспечивает ее хорошее закреп­ление на поверхности гипса. Гипсовые модели, матрич­ные формы и капы можно также пропитывать олифой или покрывать тонким слоем спиртового лака, состоя^ щего из шеллака — 25% и спирта гидролизного — 75%.

Продолжительность службы гипсовых капов может быть увеличена почти в два раза, если их поверхности, пропитанные натуральной олифой, дополнительно про­питать специальной мастикой из эпоксидной смолы, дибутилфталата и полиэтиленполиамина в соотношении 1: 6: 1. После пропитки капы сушат в естественных ус­ловиях в течение 48 ч.

Режим литья в значительной степени определяет ка­чество форм. Рекомендуется заливать гипсовые формы осторожно в один угол капа, гипсовый раствор расте­кается по всему капу, и это позволяет избежать уплот­нения гипсовой формы в местах соприкосновения струи гипсового раствора с капом. В результате водопоглоще-ние гипсовой формы становится равномерным. Для уда­ления пузырьков воздуха залитые гипсовым раствором формы следует встряхивать или вращать по мере за­полнения их гипсовым раствором.

. Сушат гипсовые формы в камерных (рис. 39), тун­нельных или конвейерных сушилках при температуре не выше 70° С в течение 16—30 ч в зависимости от раз­меров формы до остаточной влажности 5—6%.

Камерная сушилка состоит из двух камер, в каждой из которых помещается четыре ряда клетей 1. Отопи-тельно-вентиляционная система общая на обе камеры. Нагнетательный коллектор 2 с соплами расположен под потолком камеры, а вытяжной короб 3 внизу камеры (на полу). Для снижения затрат теплоты на сушку су­шилка оборудована системой рециркуляции (повторно­го использования) теплоносителя.

Расход теплоты на 1 кг испаренной влаги в. сушилке составляет 8400— 9240 кДж. Скорость влагоотдачи обратно пропорцио­нальна относительной влажности теплоносителя.

При сушке вновь отлитых гипсовых форм учиты­вают, что высокая скорость теплоносителя при низкой его температуре лучше, чем высокая температура тепло­носителя при недостаточной его циркуляции. Равномер­ность сушки форм оказывает большое влияние на их прочность, которая возрастает по мере их высушивания.

Сушка гипсовых форм при температуре 20—40° С должна осуществляться достаточно медленно при отно­сительной влажности воздуха около 50%. В связи с вы­соким коэффициентом теплового расширения (17, 27Х XlO" 6 град-1) формы охлаждают от температуры ни­же 38° С так же медленно, чтобы не допустить их рас­трескивания.

Пересушенные формы интенсивно всасывают влагу при соприкосновении с ними массы или шликера, что-приводит к образованию на поверхности изделий корки, складок и трещин. Слишком влажные формы плохо от­сасывают влагу из массы или шликера, вследствие чего удлиняется время изготовления моделей, а отлитые изделия прилипают к форме.

Новые гипсовые формы подвергают калибровке на одношпиндельных станках, что необходимо для получе­ния изделий заданных размеров и точной формы. Про­изводительность полуавтомата для калибровки гипсо­вых форм тарелок составляет 480—720 в час при часто­те вращения шпинделя 6, 1 с-1 и мощности электродви­гателя 1 кВт.

Схема поточной линии, созданной на фарфоровом заводе им. М. В. Ломоносова, приведена на рис. 40. В линию входят узел приготовления раствора гипса, замкнутый горизонтальный конвейер длиной 26 м, пять камерных сушилок и станок для калибровки сухих форм. В растворном узле выполняются операции дозиро­вания воды и гипса, смешивания и вакуумирования гипсового раствора, а также его транспортирования к местам заливки форм.

Работа на поточной линии производится в такой по­следовательности. Ковш 8 (см. рис. 40) устанавливают на тележку 9, подают на весы 4. Включив весы рукоят­кой 20, взвешивают ковш. Заливают в него требуемое количество воды (по массе) из дозатора 3 и засыпают гипс (по объему) из дозатора бункера по­рошкового гипса 5. Гипсовый порошок поступает в бун­кер из ларя / с помощью шнекового транспортера 2. За­полненный ковш по подъездному пути 6 подают под ва­куумный колокол 7, после опускания которого вклю­чается мешалка и вакуумный насос. После вакуумиро­вания колокол поднимается, и ковш с готовым гипсовым раствором тельфером 10 по монорельсу подают к конвейеру 13. Наклоняя ковш, заливают раствор в ка­пы 12 по ходу движения конвейера. Опорожненный ковш подают тельфером к месту мойки от остатков гип­сового раствора, затем цикл повторяется. Далее формы загружают на монорельсовые вагонетки 14, направляя в сушильные камеры 19, а после сушки к калибровоч­ному станку 17. Готовые формы подъемником 18 по­даются в литейно-формовочный цех к рабочим местам при помощи монорельсового пути 16 и транспортера 15.

Производительность поточной линии 1000 форм в смену. Для продления срока службы гипсовых форм их рекомендуется пропитывать растворами калиевых квас^ цов, цинкового или медного купороса, буры и обраба­тывать (окунать) наружную поверхность 2%-ным поли­виниловым спиртом с последующей сушкой при темпе­ратуре 60° С или 50%-ным сульфитно-спиртовым рас­твором. Пропитывают формы также растворами борно­кислого алюминия плотностью 10° Боме при температу­ре 30° С и канифоли в скипидаре (массовое соотноше­ние 30: 70).

Замена гипса при изготовлении капов. В формовом хозяйстве фарфоровых и фаянсовых заводов особенно

трудоемким процессом из-за сложности конструкции и большой массы гипсовых форм является изготовление капов. Для изготовления моделей капов и кожуховых форм используют преимущественно металл (бронзу, алюминий, чугун), серно-графитные массы, а также но­вые органические материалы. Чтобы продлить срок эксплуатации капов и моделей, в гипс вводят различные добавки, заменяют его другими материалами, которые могут затвердевать без уменьшения объема, не содер­жат компонентов, способных улетучиваться под влия­нием выделяющейся теплоты при отливке рабочих форм. Использование серно-графитовой и серно-талько-вой (31% талька, 69% серы) массы улучшает качество капов и в 10—20 раз повышает срок службы по сравне­нию со сроком службы капов из гипса. В последнее время для изготовления капов применяют эпоксидные смолы ЭД-20 и ЭД-16 отечественного производства и «СН-Ероху 1200» (ЧССР). В качестве отвердителей смол используют полиэтиленполиамин и приэтаноламин. Пластификатором является дибутилфталат, наполни­телем сухой кварцевый песок, просеянный через сито № 07 (98 отв/см2).

Матричный кап для литья капов из эпоксидных смол изготовляют из высокопрочного гипса. Перед заливкой матричный кап пропитывают олифой или мастикой од­ного из следующих составов, %: 1) растопленный пара­фин 10, масло веретенное 60, дизельное топливо 30; 2) парафин 15, масло веретенное 85; 3) масло транс­форматорное 65, вазелин 35.

После пропитывания матричный кап покрывают мыльно-масляной эмульсией, состоящей из смеси 72%-ного мыла ядрового (33%) и масла трансформаторного (67%), и выдерживают в течение 1/2 ч в вытяжном шкафу. Остатки эмульсии с поверхности капа после выдержки снимают с помощью мягкой кисти. Для литья рабочих капов готовят необходимое количество смеси из эпоксидной смолы, отвердителя и пластификатора одно­го из следующих составов, %•' 1) смола ЭД-20—87, полиэтиленполиамин—13; 2) смола «СН-Ероху 1200»— 90, полиэтиленполиамин — 10; 3) смола ЭД-16—87, 5, дибутилфталат—12, 5. Смесь тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха и получения однородной смеси. Для приготовления компаундов с использованием эпоксидных смол ЭД-20 и ЭД-16 их по­догревают на песочной или водяной бане до темпера­туры 50° С.

Отливают капы в два приема. Сначала в матричный кап заливают смесь из чистой смолы с отвердителем, приготовленную по одному из указанных выше трех составов, и посредством кругообразных движений капа покрывают всю его внутреннюю поверхность слоем сме­си толщиной 2—5 мм. После отвердения нанесенного слоя через 3—4 ч в кап заливают эпоксидную смолу с отвердителем (35%), смешанным с чистым сухим про­сеянным кварцевым песком (65%).

После окончательного затвердения массы через 12—18 ч кап извлекают из пристроя, промывают его по­верхность денатуратом, затем тщательно отполировы­вают фетром или сукном. Обработанный кап проверяют на соответствие размерам. Изъяны, обнаруженные на его поверхности (пузыри, раковины и другие дефекты), заделывают смолой с последующей обработкой поверх­ности описанным выше способом.

При литье гипсовых форм в капах из эпоксидной смолы его рабочую поверхность слегка смазывают трансформаторным маслом. Крупногабаритные капы, подверженные деформации, снабжают сотообразным каркасом из древесного волокна. Основание капа целе­сообразно изготавлять из гипса. Предел прочности при изгибе у капа из эпоксидной смолы до 3 МПа, при скалывании 15 МПа. Оборачиваемость таких капов свыше 1000 раз.

К возможным заменителям гипса также относятся пенопласты на основе эпоксидных смол и пенопласты, пластифицированные виниловыми полиэфирными смо­лами. Состав пенопластов, ч. по массе: 1) эпоксидная смола 100, отвердитель 10, вспенивающая добавка 4— 5, выравниватель 3, катализатор 0, 4—0, 5; 2) эпоксидная смола 36, отвердитель 36, вспенивающая добавка 14 — 18, выравниватель А 11, катализатор 1, 5—1, 8.

Отвешенное (по рецепту) количество смолы, вырав­нивателя и вспенивающего агента перемешивают, до­бавляют отвердитель и вновь перемешивают в течение 7—10 мин, вводят катализатор и приготовленную смесь заливают в гипсовые формы. Формы плотно закрывают и стягивают специальными зажимами. Вспенивание про­исходит при комнатной температуре в течение 10— 20 мин. Сушат гипсовую форму вместе с отливкой в те­чение 4—5 ч при температуре 50—60° С. Средняя плот­ность изделий из пенопласта на основе эпоксидной смо­лы 0, 2—0, 3 г/см3, предел прочности при сжатии 3 МПа, при изгибе и растяжении 4 МПа.

Замена гипса при изготовлении форм. Внедрение высокопроизводительного оборудования, работающего в полуавтоматическом или автоматическом режиме, ин­тенсификация процессов сушки изделий требует поиска путей улучшения гипсовых форм и продления срока их службы, а также замены гипса на другие материалы для изготовления форм. Исследования по замене гипса другими материалами проводятся в направлениях полу­чения пористого материала на основе пластмасс, в том числе с заполнителем, масс на основе силикатных мате­риалов, затвердевающих в процессе обжига, и масс, затвердевающих без обжига на цементах или органиче­ских связках и др. Во всех случаях для получения от­крытой системы капилляров зерна наполнителя долж­ны смачиваться связующим веществом только в точках соприкосновения; пустоты между зернами наполнителя, образовавшиеся при формировании структуры формы, не должны нарушаться.

Синтетические материалы как заменители гипса ис­пользуют в качестве связующего порошкообразных ми­неральных материалов (ГДР, ФРГ, Англия, Франция), основного порошкообразного материала, спекаемого при агломерации в пористую массу (СССР, ЧССР), и как материалы, образующие пористую структуру путем вы­мывания химическими реагентами растворимых солей (СССР, зарубежные страны).

Конаковским фаянсовым заводом совместно с Кали­нинским политехническим институтом создана самоот-верждающаяся полимерная композиция следующего состава, %: 20, 2 эмульсионного полиметилметакрилата с инициатором; 26, 6 метилметакрилата с активатором; 4 эмульсионного поливинилхлорида; 22, 2 талька; 14 ка­олина; 13 воды. В качестве основы использована масса АСТ-Т (акрилат самотвердеющий технический), гидро­фильными и гидрофобными наполнителями служили тальк, каолин, порошок ПВХ. Масса отверждается пос­ле формования при комнатной температуре и давлении 0, 02—0, 04 МПа. Формы из такой массы имеют чистую рабочую поверхность, повторяющую микрорельеф гип­совой пресс-формы. Усадка форм при отверждении не­большая—1, 5%. Несмотря на то, что водопоглощение пластмассовых форм в 3—4 раза ниже, чем у гипсовых (9—12% против 38—42%), они обеспечивают нормаль­ное формование и сушку изделий (тарелок).

Оборачиваемость форм на основе массы- АСТ-Т до­стигает от 2 тыс. (тарелки диаметром 175—200 мм) до 4 тыс. раз (для более крупных тарелок). Температура сушки форм 90—95° С, их масса в 1, 5 раза меньше гип­совых. Производительность формовочно-сушильных ли­ний при использовании новых форм взамен гипсовых повышается на 15%. Замена гипсовых форм на формы из других материалов позволяет создавать более совер­шенные автоматизированные линии производства изде­лий из фарфора и фаянса.

Вопросы для самопроверки

Какое сырье используется для получения формовочного гипса и каковы процессы, протекающие при его нагревании?

Какими показателями характеризуется полуводный гипс как ма­териал для изготовления форм?

В чем особенности приготовления гипсового раствора?

Каким требованиям должны удовлетворять гипсовые формы?

Последовательность изготовления гипсовых форм,

В чем заключается процесс твердения гипсового раствора?

Материалы-заменители формовочного гвпса при изготовлении форм.