Особенности формования керамических изделий
3-1 Шликерное литье: сущность процесса, преимущества, недостатки, разновидности
Процесс основан на способности тонких капилляров, открытых пор формы всасывать воду из керамического шликера. Набирается частично обезвоженный слой твердого, пластичного осадка (набор массы). Способы сливной, наливной и комбинированный
+ однородные по структуре изделия сложной формы. Возможность тиражировать изделия переменного сечения с глубоким рельефом и тонкими стенками. Простота и дешевизна. Малые затраты на изготовления форм (гипсовые). Стадия массоподготовки менее энергозатратна.
– потребность в больших площадях для размещения литейных форм и сушки. Низкая производительность. Большая доля ручного труда. Повышенный расход гипсовых форм. Большая воздушная усадка (особое требование к конструкции изделия – ребрами жесткости). Высокий процент отходов.
+сливного - тонкостенные изделия, имеющие одну толщину
-сливного медленный набор массы. Большой расход шликера. Невозможность соблюсти абсолютно равную толщину стенок
-наливного сложность используемых форм. Возможность образования пустот в стенках изделия (желательно под давлением).
+комбинированного – для изделий деталей сложной формы.
3-2 Требование к литейным шликерам, их свойства и характеристики
Ключевые характеристики – влажность, текучесть, загустеваемость. Они регулируют скорость набора массы. Шликер должен:
Быть устойчивым: размер частиц не более 100 мкм, беспрерывное перемешивание и введение электролитов.
Быть низковязкими (высокотекучими), достаточными для быстрого заполнения формы. Определяется временем, за которое вытекает 100мл из калиброванного отверстия. Текучесть зависит от времени, прошедшего с момента перемешивания. Загустеваемость – отношение текучести после 30мин стояния к текучести после 30сек стояния (1,5 – 2,5)
Содержать максимальное кол-во тв. фазы. Влажность фарфора 28 – 31, фаянса 30 – 35, красножгущиеся 40 – 45. Чем ниже влажность, тем скорее скорость набора, ниже усадка, больше срок службы форм. Для увеличения текучести вводят электролиты (жидкое стекло, кальцинированная сода). Содержание 0,05 – 0,5% электролитов. Передозировка приводит к обратному (слабая загустеваемость, высокая вязкость).
Образовывать на стенке осадок определенной плотности, обладающей фильтрующей способностью. Зависит от размера и формы тв. частиц. Вводят отощители. Они уменьшают усадку и влияют на процесс набора массы.
Выстояться перед употреблением во избежание ряда дефектов.
3-3 Дисперсия глина-вода: физико-химические процессы, механизм действия электролитов
Частицы глинообразующих минералов вступают с водой в сложное взаимодействие. Результат этого – ионный обмен. Поведение шликера от электролитов зависит от минерального состава.
Вода с глиной образует ДЭС. При введении электролитов, Са2+ меняется на Na+. Освобождается лишняя вода.
3-4 Стадии процесса шликерного литья. Зависимость параметров процесса от характеристик шликера, форм и внешних факторов.
Заливка в формы через литниковое отверстие.
Набор массы.
Слив избытка шликера (при сливном)
Закрепление набранного слоя массы.
Подвялка изделия.
Разборка форм.
Замывка
Приставка деталей
Сушка
Зачистка (оправка)
отдельной стадией может быть срез литника.
Температура шликера и его давление. При повышении температуры до 60, вязкость снижается в 2 раза, повышается подвижность в капиллярах. Повышение давления до 0,5 МПа получается более плотный слой массы. Снижает усадку. Повышает скорость набора.
Создание разряжения под кожухом формы
Вакуумируют литейный шликер. Удаляются микро пузырьки, снижается вязкость и удаётся избежать многих дефектов.
Применяют вибрацию формы. Удаляется воздух, повышается прочность полуфабриката.
3-5 Требования, предъявляемые к капам и формам из гипса для литья
Гипсовые формы – сухие, но не пересушенные. Влажность не менее 5%. Пересушенные – получается неравномерность влажности по слоям и может возникнуть расслоение.
Температура форм 65 – 70.
Не допускать прямой подачи холодного воздуха к форме.
Перед заливкой увлажняют, протирают от пыли и остатков шликера.
Оборот форм достигает 60-80 заливок. Перед употреблением проводят предварительные заливки.
Важна марка гипса. Г-16 более долговечны, но ниже скорость набора масс. Г-8 наоборот. Часто используют смесь гипсов.
Оптимальная температура для литья – 25-28 градусов. Форма не должна вызывать ощущение холода.
Для удаления налетов и очистки поверхности форм рекомендуется 2-5% раствор соды. Хранить формы необходимо на плоской поверхности без сквозняков, в отсутствии пыли и грязи при температуре не более 38 градусов и влажность не менее 30%.
3-6 Условия формования, эксплуатации и хранения гипсовых форм
см. предыдущие
3-7 Деффекты, возникающие при формовании методом шликерного литья и способы устранения
Дефекты можно разделить по способу образования:
появление, которых связано с нарушением оптимальных условий формования
Заложенные в предыдущих технологических стадиях
Дефекты, связанные с неправильным приготовлением шликера:
Недоформованность полуфабриката (недолив)
Лопнувшие пузырьки воздуха, образующие кратеры на поверхности (накол)
Морщины поверхности полуфабриката (жмотины)
Местные утолщения стенок изделий (наплывы)
Серповидные трещины (шлиры)
Появление перечисленных дефектов связано с высокой вязкостью шликера (кроме наплывов), его быстрой загустеваемостью, низкой температурой, избытком содержания электролитов.
Дефекты, связанные с неправильными условиями заливки:
Литьевые пятна и трещины (быстрая струя шликера)
Недоформованность полуфабриката (захват воздуха при заливке)
Лизун
Дефекты, связанные с набором массы (передержали, недодержали).
Дефекты, связанные с гипсовыми формами:
Недоформованность полуфабриката (неправильная конструкция формы, из-за чего шликер не заполняет некоторые полости)
Деформация п.ф. и трещины (неравномерная пористость формы из-за попадания на ее поверхность смазки).
Швы на поверхности п.ф. и выплавки в изделии после обжига (изношенность форм)
Пересушенные формы – расслаивание набранного слоя, трещины в стенках
Влажные формы – образование пор.
Отпадение приставных деталей.
3-8 Литье под давлением в пластиковые формы
Высокопроизводительный способ формования. Обеспечивает хорошую однородность. Используют для сантехники, сокращает время технологической цепочки. Температура шликера 40-50. Шликер низкой вязкости. Давление до 20 Атм. Скорость набора – 0,3г/мин*см2. Пластик гидрофобный. В нем система пор, которые объединяются в каналы. Поверхность идеальна, больше точность размеров.
3-9 Горячее литье. Сущность, проблемы, достоинства, недостатки
На основе термопластичных полимеров (воск, парафин, ПАВ). В жидкий парафин 50-60град кидают порошки, которые высушены до 0,2%, чтобы хорошо смачивался парафином. Затем вакуумируют. Впрыскивают в металлические формы при 50-60градусах. Застывают быстро. Можно сверлить, шлифовать, усадка малая. Потом засыпают глиноземом т.к. он инертный. Затем ступенчато нагревают. Затем выдержка, парафин уходит. Потом температуру поднимают до 900 и происходит спекание частиц др. с др.
+ Более точные размеры, не надо сушить
- сложно удалять связку
3-10 Пластичность глинистых масс, причины и параметры
Пластичность – способность изменять свою форму под действием приложенной нагрузки без трещин и разрывов и сохранять ее после снятия нагрузки.
Причины – при приложении нагрузки смещение пластов, но нарушенные связи быстро восстанавливаются т.к. есть вода между пакетами, которая обеспечивает скольжение. Вода находится между частицами глины и связана электростатическим напряжением. Влажность около 20%.
Формовать можно, когда внутреннее трение выше внешнего. Есть интервал пластичность – это интервал, в котором материал не прилипает и не трескается.
Формовочная влажность – это оптимальная влажность, характеризующаяся появлением в системе свободной воды, обеспечивающей системе подвижность. Это влажность, обеспечивающая прочный п.ф. на выходе и определенную продолжительность сушки.
Пластическая прочность
3-11 Пластическая прочность и формовочная влажность
Пластическая прочность представляет собой значение напряжения сдвига при статическом нагружении.
Формовочная влажность – оптимальная влажность, характеризующаяся появлением в системе свободной воды, обеспечивающей системе подвижность. Это влажность, обеспечивающая прочный п.ф. на выходе и определенную продолжительность сушки. Она находится внутри интервала пластического состояния и ее определяют, изучая поведение под нагрузкой массы с различной влажностью.
3-12 Обезвоживание керамических масс, фильтр прессование
Обезвоживание – распылительными сушилками или фильтр-прессом (давление 1,5 мПа, потом постепенно наращивают). Влажность снижается от 55-60% до 18-25%. Фильтр пресс – работает долго, но тратится мало энергии. Масса продавливается в фильтры и вода выходит.
3-13 Методы пластического формования. Преимущества и недостатки
Выдавливание, протяжка, раскатка, набивка, штампование, лепка
+усилия относительно небольшие для формования таким способом. Внутреннее трение частиц должно превышать трение частиц о поверхность.
Автоматизация производства и высокая производительность
-Тяжело получить однородный полуфабрикат.
Образование текстур (выливается в трещины при сушке)
Значительная усадка из-за влаги
Надо уплотнять пластическую массу (обычно вибропрессованием, набивкой)
Сложнее приготовить однородную массу (больше затрат времени и энергии)
Дефекты
3-14 Метод выдавливания, проблемы и параметры
Происходит на вакуумных (быстрое удаление воздуха, повышается пластичность массы, снижается вероятность образования дефектов) и безвакуумных ленточных прессах. Перемещается шнеком. Выдавливается через мундштук, выходит ввиде бруса. Формуют кирпичи, блоки, черепицу, трубы. Можно получить продольные изделия с отверстиями.
Проблемы – получение однородного полуфабриката. Дефекты, трещины (с образные, драконов зуб).
3-15 Метод раскатки, проблемы и параметры
Руками, шаблоном или роликом. Делают тарелки, полые кружки, кувшыны, имеющие ось вращения. Создает равномерную текстуру полуфабриката и обеспечивает равномерные напряжения при усадке. Для уменьшения трения, шаблон нагревают до 120-140, тефлон. Короткое время формования. Стараются четко соблюдать формовочную влажность. Соблюдают частоты вращения шпинделя. Формы из гипса или пластмассы (лучше, но дороже).
-образование дефектов, которые проявляются в процессе сушки.
Параметры – влажность, поверхность аппарата
3-16 Дефекты формования методом выдавливания и раскатки. Причины и способы устранения
"ДРАКОНОВ ЗУБ" - разрывы на ребрах бруса. Слишком большое трение на углах мундштука из-за его засорения или тощей массы. Мал угол наклона мундштука для тощей массы. Промыть, увеличить влажность, улучшить смазку на границе масса - стенки мундштука, увеличить угол наклона мундштука.
СВИЛЕОБРАЗНЫЕ ТРЕЩИНЫ. Следствие вращения массы. Масса в виде слоистой спирали, а в головке и мундштуке они недостаточно слипаются. Необходимо менять шаг и наклон головки и мундштука.
S-образные ТРЕЩИНЫ. Слишком короткий выступающий после выжимной лопасти конец вала. Масса не полностью его обтекает, возникает полость, переходящая в S-образную трещину. Если конец слишком длинный, то он играет роль керна и может возникнуть круглое отверстие.
БРУС НЕПОЛНОГО СЕЧЕНИЯ, со скругленными углами. Масса слишком пластичная.
Для устранения свилеобразных трещин и S-образных трещин эффективна установка дополнительного кольца с ножами между цилиндром и конусной частью головки.
МНОГОЩЕЛЕВОЙ кирпич. БРУС после мундштука РАСХОДИТСЯ в разные стороны. Скорость середины больше, чем на периферии. Если наоборот, то ВОГНУТОСТЬ БРУСА. Замедлить или увеличить, например конусностью кернов или мундштука скорости разных областей бруса.
Дефекты раскатки – текстурность
3-17 Достоинства, недостатки и проблемы полусухого прессования
+Высокая плотность изделий
Малая усадка, можно сразу обжигать
Автоматизация производства, высокая производительность
-Неоднородность изделия из-за неравномерного распределения механических напряжений (так делают только керам. плитки и кирпичи) Лучше прессовать, чтобы высота была в 10 раз больше. Самое высокое давление в верхних углах
При снятии давления газ расширяется, и могут быть микроразрушения
Может быть вовлечен воздух
3-18 Зависимость плотности изделия, получаемого методом полусухого прессования от параметров прессования и характеристик пресс-порошка
Прессуют под давлением 10-100Мпа пресс-порошок влажностью 6-8%. Сыпучесть – 30-40%. Изначально П=50%. Самое плотное изделие получается при прессовании в 2 этапа. 1-ый 1/3 от всего давления, второй – остальное давление. Высота изделия в 10 раз больше ширины.
3-19 Достоинства, недостатки и проблемы изостатического прессования
+Можно формовать изделия сложной формы с рельефом, полостями и выступами
Не обязательно сушка
Мало дефектов
Однородность изделия
Автоматизация
Высокая точность размеров 1%
-Сложность оборудования
Необходимость удаления воздуха (эту проблему решают вакуумированием и вибрацией)
Дорогие формы используют только для массового производства
Нельзя формовать с пазами
Изделия получаются толстыми.
3-20 Дефекты изделий, получаемых методом полусухого прессования
-Микротрещины
Макротрещины
3-21 Требование к порошку для полусухого, изостатического прессования. Способы описания зернового состава
Порошок имеет влажность 4-10% для полусухого и до 1% для изостатического. Размеры – 0,1 – 0,5 мм и форма округлая. Сыпучесть 30-40градусов. Мало воздуха
Способ описания по остатку на сите и по дифференциальной кривой по плюсу или по минусу
3-22 Материалы форм и оболочек для полусухого и изостатического прессования
Формы металлические и пластмасса для полусухого
Для изостатического – резина
3-23 Зависимость однородности изделия от его формы и метода формования
Однородные изделия получают изостатическим прессованием и при шликерном литье. Сложная форма более неоднородна. Разнотолщинность – причина неоднородности. Направление частиц в одну сторону увеличивает однородность. Жесткие пересечения поверхностей вызывают неоднородность.
3-24 Проблемы формования на предприятии
Необходим мониторинг. Нужно менять, следить… Отдельное помещение. Контроль сырья по всем параметрам, температуры.
Замена форм, переналадка оборудования.