Дефекты формования

Пороки пластического формования являются результатом несовершенства методов формования, оборудования и недостаточной гомогенности массы. Трещины возникают при неоднородной влажности массы, использовании тощих масс, недостаточном помоле каменистых компонентов массы, неравномерном увлажнении пласта при его разводке, неправильном режиме формования, преждевременной выбивке полых изделий из формы, завышенной частоте вращения шпинделя, неисправности шаблона, плохом вакуумировании, слишком тонком помоле массы и пониженной ее влажности. Морщины («жмотины») появляются при излишке подаваемой на пласт воды (при формовании шаблоном), выработке подшипников вала шпинделя, заниженном числе оборотов шпинделя, накладке пласта на вращающуюся форму, плохой подготовке массы, чрезмерно пересушенных гипсовых формах. Разнотолщинность формовок возникает при использовании изношенных форм, биении вала шпинделя и форм в формодержателе, неправильной калибровке форм. Звездочки на дне изделий образуются при неправильном ходе полуавтомата и использовании массы с пониженной влажностью. Концентрические круги на изделии возможны при выработке шаблона или ролика (формующей головки), а языки («лизуны») возникают при преждевременном подъеме шаблона. Деформируются изделия при использовании заготовок из плохо подготовленной массы и малом их размере; при чрезмерной растяжке заготовки при формовании, а также при отклонениях во влажности массы; деформированных формах и преждевременной выбивке изделий из формы; кривых бомзах; повышенном содержании глинистых компонентов в массе, зыбкости массы; слишком влажных формах и прилипании изделий к формам; изношенных формах, неравномерном высушивании форм, засоренности гипса посторонними примесями, приводящими к выкрошиванию   поверхности форм. Заусеница края или ножки возникает при неправильном срезе излишка массы или при использовании заготовок малого размера и недостаточном увлажнении. Раковины и бугры на Поверхности изделий образуются при использовании изношенных форм с нечистой поверхностью или вследствие плохой очистки их перед формованием. Провисание или выпуклость дна возможны при неправильной установке шаблона или ролика, неправильной конструкции изделия. Борозды и царапины образуются при наличии в массе крупных частиц, пользовании грубой стеклянной или наждачной бумагой, неаккуратном обращении с резаком и др. Вопросы для самопроверки 1. Охарактеризуйте особенности пластического формования изделий. 2. Основные параметры пластического формования: влажность массы, частота вращения шпинделя и формующего ролика, температура и др. 3. Характеристика формовочного оборудования. 4. Основные требования к оправке изделий и приставке деталей.

Формование литьем

Отливка изделий в гипсовых формах имеет ряд преимуществ перед пластическим формованием: сокращается производственный цикл обезвоживания массы в результате устранения фильтрации и переработки массы, появляется возможность транспортировать шликер на любые расстояния и изготовлять тонкостенные изделия, отпадает необходимость в бомзах для чашек и др. На фарфоровых изделиях, отлитых в гипсовых формах, лучше, чем на изделиях, изготовленных формованием, проявляются такие ценные свойства, как просвечиваемость, повышенная белизна (с красивым голубоватым оттенком), легкость и ажурность форм, высокие эстетические качества. Кроме того, при отливке изделий можно использовать малопластичные массы. Существенные недостатки формования изделий способом литья: высокая трудоемкость, тяжелые условия труда, необходимость использования электролита и значительных производственных площадей, быстрый износ гипсовых форм, существенные возвратные отходы, отсутствие высокопроизводительного оборудования — привели к резкому сокращению литья изделий на заводах (4—6% общего объема выпуска изделий).

Шликерное литье

Шликерное литье основано на способности компонентов массы давать устойчивые суспензии в водной среде, на реологических свойствах шликеров и на поглощении воды из шликера порами гипсовой формы благодаря действию капиллярных сил с образованием на ее поверхности твердого слоя массы. Способность шликера заполнять гипсовую форму обусловлена его текучестью, а воспроизводить конфигурацию формы— его литейной способностью. Вода как жидкая фаза и электролиты придают шликеру требуемые свойства. Механизм набора стенки   изделия   заключается в осаждении твердой фазы   шликера на внутренней поверхности гипсовой формы при одновременном поглощении жидкой фазы порами формы. Скорость набора стенки изделия зависит   от скорости   поглощения формой жидкой фазы шликера (проницаемость гипсовой формы составляет   2,5·10^-9—6·10^-11 л/см²),   гранулометрического состава твердой фазы,   соотношения твердой и жидкой фаз, а также от скорости диффузии воды из шликера слоем массы, образовавшегося на    гипсовой форме (проницаемость сформировавшегося   слоя (2,4— 3) ·10^-11 л/см²). Этот слой   нарастает   пропорционально корню квадратному из времени набора стенки изделия. Пористость (42—47%) и средний   размер пор (0,38± 0,01 нм) в образовавшемся слое не зависят от структуры гипсовой формы. Процесс образования слоя   массы на гипсовой форме обеспечивает капиллярное давление, создающее   мениски    воды в порах   гипсовой формы.

Рис. 50. Зависимость скорости набора массы от средней величины пор (1) и пористости (2) гипсовой формы

В процессе фильтрации участвуют поры наименьшего диаметра (0,3—0,45 нм), а также более крупные поры (до 1 нм). Скорость набора черепка возрастает (при том же среднем размере пор) с увеличением пористости гипсовой формы (рис. 50) и обусловлена главным образом сопротивлением образовавшегося слоя массы, так как сопротивление гипсовой формы капиллярному давлению незначительно. Скорость образования слоя массы при возрастающей пористости формы и зависимость этой скорости от средних размеров пор в форме достигают максимума при таком размере пор, при котором проницаемость слоя становится равной проницаемости формы. Структура гипсовой формы не определяет структуру сформировавшегося слоя массы. Скорость поглощения жидкой фазы шликера пористыми стенками формы должна быть выше или равна скорости подхода ее к поверхности формы. При значительном опережении скорости поглощения воды формой на наружной стороне отливки образуется более уплотненный слой, чем в остальной части, что связано с возникновением внутренних напряжений, возможностью отслаивания от стенки формы и появления трещин. При запаздывании поглощения воды формой она накапливается в ее поверхностных слоях, что приводит к размыванию   формы и   прилипанию изделий к ней.


Гранулометрический состав твердой фазы шликера также влияет на скорость набора стенок изделий. Она будет выше, если поверхностный слой изделия образуется из частиц, не дающих плотной упаковки. Однако повышенное содержание крупных частиц способствует чрезмерному возрастанию скорости набора стенок, что приводит к разнотолщинности изделий и затрудняет регулирование процесса набора стенок изделия. При повышенном содержании в шликере тонкодисперсных фракций резко снижается скорость набора стенок изделия и возможно прилипание отливки к форме.
Нарастание прочности образовавшегося слоя массы в гипсовой форме обусловливается тиксотропным образованием структуры под действием флокуляции, вызываемой миграцией ионов Са²⁺ из гипсовой формы в шликер, а также вследствие отбора влаги порами формы под действием капиллярных сил. Глинистые частицы в наружной части отливки располагаются так, что их большие плоскости размещаются параллельно поверхности, через которую проходит фильтрация, т. е. ориентированно, а внутри отливки — неориентированно. Такая структура отливок предопределяет анизотропию усадки при сушке, порождающую внутренние напряжения и нередко вызывающую коробление и трещиноватость полуфабриката. Разность усадочных напряжений по направлениям обусловливается различием толщины водных пленок между примыкающими одно к другому ребрами частиц, а также склонностью более плотных участков слоя к упругим, а не пластическим деформациям. Ориентированное положение глинистых частиц, возникшее в процессе набора стенки изделия при литье, сохраняется и в обожженном изделии, что фиксируется ориентированным положением муллитовых новообразований. Такая структура понижает прочность изделия.
Частичному устранению ориентированной структуры отливки способствует применение жидкотекучих шликеров при неизменном содержании в них твердой фазы, что достигается использованием соответствующих дефлокулянтов (разжижителей). С этой же целью повышают содержание отощающих компонентов в массе.
В результате поглощения воды шликера формой образовавшийся слой уплотняется, изделие дает усадку при снижении влажности до 18—20% и отделяется от стенки, что облегчает извлечение его из формы.
Подогревание форм до 60° С более чем в 2 раза ускоряет набор стенки изделий в результате увеличения текучести шликера. В этих температурных условиях толщина слоя массы пропорциональна повышению температуры.
При повышении давления скорость набора черепка также возрастает. На этом основано литье изделий под давлением. При давлении до 0,5 МПа снижается усадка изделий при сушке, а также влажность отлитых изделий на 2—3%, ускоряется сушка изделий, отпадает необходимость в сушке гипсовых форм, так как под давлением процесс набора слоя зависит не от отсоса воды формой, а от величины давления. Влажность шликера при этом снижается на 2—3%.
Вакуумирование гипсовых форм способствует также значительному (в 2—4 раза) уменьшению времени набора стенок изделий.
Применение вибрации при литье изделий (3000— 6000 колебаний в минуту) и обработка шликера ультразвуком (частота колебаний 20 кГц) на 1—2% снижают вязкость шликера, влажность отливок и на 15— 20% повышают их прочность. Предельное напряжение сдвигу возрастает на 10—30%, а предел прочности при изгибе после сушки —на 20%. Вибрация улучшает структуру изделий, уменьшает возможность образования раковин в отливках благодаря ускоренному набору стенок изделия. Основной ассортимент изделий, изготавливаемых литьем: тонкостенные полые изделия (сервизные чашки), изделия больших размеров или сложной формы (суповые вазы, подливочники, соусники, овальные блюда, скульптура и др.), а также приставные детали (ручки, носики).

Способы литья

Отливают изделия вручную на литейных столах, механизированных установках и на литейных полуавтоматах. Известны следующие способы формования литьем: наливной, сливной и доливной (комбинированный). При наливном способе набор стенок изделия осуществляется между двумя стенками гипсовой формы. Шликер непрерывно доливают в форму до полного заполнения ее массой. Влажность шликера при стендовом наливном способе литья изделий 31—34% (без бентонита) и 38—40% (с вводом в массу бентонита), при литье на полуавтоматической конвейерной линии 29—30%, текучесть 10— 15 с, загустеваемость через 30 мин — 1,3—2 ед. Этим способом изготовляют комплектные изделия с большой толщиной стенок (овальные блюда, селедочницы, детали ручек и т. д.). Для литья наливным способом требуются формы сложной конфигурации (рис. 51). При наливном способе изделия не имеют разнотолщинности стенок, а влажность и расход шликера минимальны.

Рис. 51. Гипсовые формы для отливки а — наливным способом; б — сливным; в — комбинированным

Рис. 52. Литейный конус : 1 — подача шликера; 2 — резиновый шликеропровод; 3 — соединительная муфта; 4 — выпуск шликера; 5 — отверстия конуса; 6 — конус

При сливном способе шликер, налитый в форму, сливают после набора стенок изделия требуемой толщины. Набор стенки осуществляется односторонне — внутренней поверхностью гипсовой формы. Шликер должен иметь повышенную текучесть 15—20 с и влажность 33— 42%. При заливке шликера в форму необходимо следить за тем, чтобы струя шликера не била в стенку формы, не «захватывала» воздух. Шликер должен равномерно без вспенивания заполнять форму. Это достигается при использовании специального наконечника — литейного конуса (рис. 52), прикрепляемого к резиновому шликеропроводу.
Последовательность технологических операций, выполняемых при наливном и сливном способах литья изделий, приведена на рис. 53.
Рис. 53. Последовательность операций при литье изделий

При наливном способе отливки особое внимание уделяют правильной сборке форм и промазке каналов в форме, по которым поступает шликер. Для промазки используют смесь из 30% минерального масла и 70% стеарина. Наливной способ более сложен и трудоемок из-за необходимости использования разборных форм. Сливной способ проще, однако шликера расходуется больше, толщина стенок неравномерна, так как набор черепка происходит односторонне. Используют сливной метод для литья мелких тонкостенных изделий, в том числе носиков на литейных автоматах и поточных линиях производства чашек, чайников, кувшинов и др. При доливном способе сначала отливают приставные детали (ручки), затем их собирают в составной гипсовой форме и доливают шликер для окончательного оформления изделия, например, корпуса чайника. Этот способ применяют редко. Изделия с поддонов снимают при снижении их влажности до 17—18%. В зависимости от вида изделий сушка может осуществляться в две стадии: подвялка до влажности 14—16% плоских и 16—18% полых изделий, оправка, приставка деталей и затем окончательная сушка до влажности не более 2%. Значительные работы по созданию литейных полуавтоматов выполнены во ВНИИФ. Разработано несколько моделей литейных полуавтоматов для литья фарфоровых чашек: однорядный и двухрядный карусельные полуавтоматы и четырехструйный автомат. Принципиальной особенностью этих моделей является то, что подача и точная дозировка шликера в формы осуществляется вакуумным дозатором. Избыточный шликер отсасывается из форм также с помощью вакуума, затем возвращается в питатель дозатора и используется в дальнейшем в смеси со свежим шликером. Четырех струйный автомат (рис. 54) состоит из 16-позиционного карусельного стола, получающего прерывистое вращение от механизма в виде мальтийского креста, четырехструйного дозирующего и четырехструйного отсасывающего устройства. На каждой позиции стола 7 в специальных четырехгнездных формодержателях 6 устанавливаются гипсовые формы 8. Шликер из резервуара с мешалкой 5 по гибкому шлангу 2 подается в дозатор 1 и затем одновременно в четыре гипсовые формы вместимостью 360—500 см³ каждая. При повороте стола формы, залитые шликером, поступают на позицию 10 отсоса излишка шликера, который удаляется из формы благодаря вакууму, после чего шликер по шликеропроводу 9 поступает в мешалку 5 для повторного использования. Клапаны 12 служат для подключения дозирующего и отсасывающего устройств гибким шлангом 3 с вакуум-насосом 4. Через клапаны 11 дозирующее и отсасывающее устройства сообщаются с атмосферой. За 2 мин до поступления залитых шликером форм на позицию отсоса излишка шликера происходит набор стенок толщиной 1,4—1,6 мм, а до подхода на позицию выемки формы — их закрепление. Далее форма с изделием передается в сушилку. Производительность агрегата составляет 480—600 чашек в час, установленная мощность электродвигателей 6, нагревателей 15 кВт. Отлитые изделия подвяливают в формах, выбивают из форм и подвергают оправке при влажности плоских изделий 11 —18%, полых изделий — 16—18%. Гипсовые формы регулярно сушат до влажности около 8% при механизированной и до 10%—при ручной отливке. Приставляемые детали — ручки, носики и т. д. изготовляют методом многосерийной отливки в многогнездных двусторонних гипсовых формах с центральным каналом. Операции отливки выполняют на механизированных установках, а также вручную на литейных столах. Последовательность технологических операций изготовления и приставки ручек к изделиям приведена на рис. 55. Приставка деталей к корпусу изделия, обожженному на утель, имеет свои особенности и выполняется в последовательности, приведенной на рис. 56.

Рис. 54. Схема четырехструйного литейного автомата 1 — дозирующее устройство; 2 — гибкий шланг для подачи шликера в дозатор; 3 — гибкий шланг; 4 — вакуумный насос; 5 — резервуар для шликера; 6 — формодержатель; 7 — стол с формами; 8 — гипсовые формы; 9 — гибкий шланг для возврата шликера; 10 — отсасывающее устройство; 11, 12 — клапаны дозирующего и отсасывающего устройств Рис. 55. Последовательность операций изготовления и приставки ручек к изделиям

Рис. 56. Последовательность операций изготовления ручек наливным способом и приставке их к изделиям