Формовочные и стержневые смеси

1. Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям, вытекают из условий их работы. Смеси должны обладать следующими свойствами: огнеупорностью, пластичностью, проч­ностью, газопроницаемостью, податливостью и непригораемостью.

Огнеупорность - способность смеси не размягчаясь выдержи­вать высокие температуры заливаемого в форму жидкого металла. От огнеупорности будет зависеть чистота поверхности отливки.

Пластичность - способность смеси давать четкий отпечаток модели (при изготовлении формы) или стержневого ящика (при из­готовлении стержня).

Прочность - способность уплотненной смеси сохранять форму без разрушения при транспортировке готовой формы и заливке ее металлом.

Газопроницаемость - способность формовочной и особенно стер­жневой смеси пропускать через стенки формы и стержень выделя­ющиеся газы из охлаждающегося металла. При недостаточной газо­проницаемости возможно образование газовых раковин в отливке.

Податливость - способность смеси не препятствовать линей­ной усадке закристаллизовавшегося металла отливки. Охлаждение затвердевшего металла сопровождается уменьшением размеров отливки (линейная усадка), в результате чего металл прочно сжи­мает стержень и выступающие части формы. Это вызывает напря­жения в отливке, а так как усадка происходит при высокой темпе­ратуре, когда еще металл недостаточно прочен, то при плохой подат­ливости смеси могут образоваться трещины.

Непригораемость - способность смеси не образовывать пригар песка на поверхности отливки, затрудняющий ее механическую обработку.

Кроме того, формовочные и стержневые смеси должны быть негигроскопичными, долговечными и дешевыми.

2. Состав формовочных и стержневых смесей. Наиболее полно указанным свойствам отвечают смеси, приготовленные из кварце­вого песка и глины. Кварцевый песок играет роль наполнителя, а глина - связующего материала. Глина улучшает такие свойства смеси, как огнеупорность, прочность и пластичность, но ухудшает газопроницаемость и податливость. Поэтому глины в смеси вводят не более 8... 12 % по объему, остальное кварцевый песок, который обеспечивает хорошую огнеупорность и газопроницаемость. Круп­нозернистый песок обеспечивает высокую газопроницаемость, но дает шероховатую поверхность отливки и повышает пригар песка, так как жидкий металл заходит в поры между зернами и охватывает их. Мелкий песок дает гладкую поверхность отливки, но резко сни­жает газопроницаемость смеси. Поэтому при производстве крупных отливок, где требуется отвод большого количества выделяющихся газов, применяют крупнозернистый песок, а при получении мелкого литья, где чистота поверхности является главным требованием, используют мелкозернистый песок.

Предупреждают пригар вводом в смесь противопригарных доба­вок, таких как каменноугольная пыль, тальк, графит, которые в виде припыла наносят на поверхность форм для чугунных отли­вок. Из маршалита, магнезита, циркона изготавливают противо­пригарные краски, которыми красят стержни и полость форм для стальных отливок.

Стержни работают в наиболее тяжелых условиях, так как они окружены жидким металлом со всех сторон (за исключением зна­ковых частей). Поэтому стержневая смесь должна обладать более высокой прочностью, газопроницаемостью и податливостью. Глина как связующая добавка в стержневой смеси применяется только для крупных стержней простой формы. Для тонких и сложных стержней в качестве связующей добавки в стержневой смеси используют соль, жидкое стекло, смолы, декстрин, патоку и др. Для повышения газопроницаемости и податливости в стержневую смесь вводят дре­весные опилки или торф (2...3 %), которые в процессе сушки стерж­ня выгорают, образуя поры, что повышает газопроницаемость и по­датливость.

3. Виды формовочных смесей и их применение. Наиболее ши­роко используют облицовочные, наполнительные и единые формо­вочные смеси.

Облицовочные смеси применяют при ручной формовке для обра­зования рабочей поверхности литейной формы, которая контакти­рует с жидким металлом. При формовке ее наносят на модель слоем толщиной 15...20 мм. Она обладает лучшими свойствами и приго­тавливают ее из свежих песка и глины с добавкой противопригар­ных материалов.

Наполнительную смесь насыпают поверх облицовочной, запол­няя остальную часть литейной формы. Эту смесь приготавливают из оборотной, переработанной после выбивки опок смеси с добавкой 5..10 % свежих песка и глины.

Единые смеси применяют в массовом производстве при машинной формовке для набивки всего объема литейной формы. Приготавли­вают ее из оборотной смеси с добавкой до 50% свежих песка и глины.

По состоянию формы перед заливкой металла различают смеси для изготовления форм: сырых, подсушенных, сухих, химически твердеющих и самотвердеющих.

Сырые формы (наиболее экономичные) изготавливают из боль­шого количества оборотной смеси и широко применяют для не­ответственных отливок из чугуна, стали и цветных сплавов массой до 3000 кг.

Подсушенные (полусухие) формы изготавливают из облицовоч­ной смеси, содержащей 2...4 % быстротвердеющих связующих кре­пителей. Такие формы применяют для получения ответственных отливок из чугуна и стали с поверхностями большой протяженности (станины, столы станков и др.).

Сухие формы изготавливают из смесей с повышенным содержа­нием глины и меньшим количеством оборотной смеси, т. е. Солее прочных и менее газопроницаемых и податливых. Чтобы облегчить выход газов и повысить податливость, в смеси для сухих форм вводят добавки, выгорающие при сушке (опилки, торф). Сухие формы применяют только для ответственных и крупных (более 1000 кг) отливок из различных сплавов.

Химически твердеющие формы применяют в единичном и мелко­серийном производстве средних и крупных отливок. Изготавливают их из смеси, содержащей жидкое стекло, которое быстро твердеет при пятиминутной продувке углекислым газом. Такие смеси повы­шают производительность при формовке в 3...5 раз, сокращают про­должительность сушки в 10...30 раз и экономят топливо, необходи­мое для сушки.

Самотвердеющие формы и стержни изготавливают из жидких самотвердеющих смесей (ЖСС). Опоки и стержневые ящики зали­вают смесью, в которую вводят химические реагенты, переводящие смесь в жидкотекучее состояние. ЖСС хорошо заполняет все извилины формы (стержневого ящика). Отпадает необходимость в уплотнении смеси. Стержни и формы из ЖСС затвердевают по всему объему при нормальной температуре за 30...40 мин. ЖСС дают возможность механизировать и автоматизировать формовку не только в массовом, но и даже в единичном производстве; повысить точность отливок; совместить смесеприготовительное, формовочное и стержневое отделения в одном; улучшить условия труда, избавив литейный цех от шума, пыли и вибраций.

4. Приготовление формовочных и стержневых смесей начинают с подготовки исходных материалов. Кварцевый песок сушат, про­сеивают и распределяют по бункерам над смесителями. Глину и ка­менный уголь дробят, сушат и затем тонко измельчают. Отработан­ную смесь регенерируют: спекшиеся куски дробят и пропускают через магнитный сепаратор для отделения металлических вклю­чений. После подготовки все исходные компоненты смешивают в нужных пропорциях в бегунах. Увлажненная формовочная смесь ленточным конвейером направляется в бункер-отстойник для вы­держки в течение 3...4 ч для выравнивания влажности по всему объему. Окончательно готовую формовочную и стержневую смеси конвейером подают к месту формовки.