Выбор формовочных и стержневых смесей

Формовочными материалами называют материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней.

Формовочные материалы в зависимости от условий их применения должны отвечать следующим требованиям:

- обеспечивать необходимую прочность смеси в сыром и сухом сост-ях;

- предотвращать прилипаемость смеси к модельной оснастке;

- придавать смеси текучесть, необходимую для воспроизведения контуров модели и стержневого ящика;

- обладать низкой газотворной способностью;

- обеспечивать податливость формы или стержня при затвердевании и охлаждении отливки;

- обладать достаточной огнеупорностью и низкой пригораемостью к отливке;

- обеспечивать хорошую выбиваемость формы и стержня;

- обладать низкой стоимостью, быть недефицитными и безвредными для окружающих;

- иметь низкую гидроскопичность;

- быть долговечными.

Формовочные пески являются основными наполнителями формовочных и стержневых смесей. В качестве формовочных в большинстве случаев применяют кварцевые пески, состоящие из зерен кремнезема (Si₂O) определенной величины и формы. Широкое применение этих песков объясняется тем, что они в высокой степени соответствуют условиям работы литейной формы.

Формовочные глины применяют в качестве минерального связующего в формовочных и стержневых смесях. Формовочными глинами называют горные породы, состоящие из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов, обладающих связующей способностью и термохимической устойчивостью и способных обеспечить прочные, не пригорающие к поверхности отливок формовочные смеси. При формовке по-сырому отдается предпочтение бентонитовым глинам.

При изготовлении стержневых смесей добавка формовочной глины не обеспечивает получения надлежащей прочности стержней, поэтому в смеси вводят другие связующие добавки, обладающие более высоким значением удельной прочности. Такие добавки называются связующими материалами или крепителями. Связующие материалы должны обладать следующими требованиями: -при приготовлении формовочных и стержневых смесей равномерно распределяться по поверхности зерен формовочного песка за определенное время;

- обеспечивать пластичность смеси;

- обеспечивать быстрое высыхание стержня и формы;

- не обладать гигроскопичностью;

- обладать малой газотворной способностью при сушке и заливке расплава в форму;

- обеспечивать податливость формы и стержня;

- не снижать огнеупорность формовочной и стержневой смеси;

- легко разрушаться при выбивке формы;

- быть безвредными для окружающих, дешевыми и недефицитными.

В качестве связующих материалов используем крепители Б-2 и Б-3. Эти крепители рекомендуется применять для стержневых смесей, из которых изготавливают стержни IV класса, к которым относятся стержни для данной отливки. К этому классу относят стержни несложной конфигурации, образующие внутренние обрабатываемые полости в отливках или внутренние необрабатываемые поверхности, к которым не предъявляются высоких требований [2, с.67].

Крепители Б-2 (декстрин, пектиновый клей) и Б-3 (патока, сульфидно-спиртовая барда) обладают многими общими технологическими свойствами, что позволяет заменять эти материалы друг другом при незначительном изменении состава смеси.

Стержневые смеси и стержни на крепителях Б-2 и Б-3 отличаются следующими свойствами:

1. После сушки стержни на крепителях Б-2 имеют достаточно высокую прочность.

2. Прочность сухих и сырых стержней резко увеличивается при добавлении в состав смеси глины.

3. Текучесть смесей умеренная.

4. Температура сушки стержней 160°С - 180°С.

5. Стержни обладают достаточной поверхностной прочностью.

6. Газотворная способность смесей невелика.

7. Стержни для снижения пригораемости подвергают окраске.

8. Выбиваемость стержней удовлетворительная, если в смесях не содержится глины.

Классификация формовочных смесей

Качество и стоимость отливок в значительной степени зависят от правильного выбора состава и технологических свойств формовочной смеси. При выборе состава смеси учитывают:

- род заливаемого металла, сложность и назначение отливки;

- наличие необходимых материалов;

- серийность производства;

- технологию изготовления и сборки форм;

- планируемую себестоимость.

По виду заливаемого металла смеси делятся на 3 группы: для стальных, чугунных и отливок из цветных сплавов. Такое деление обусловлено, прежде всего, температурой заливки металла в форму. Для стали, эта температура составляет »1550°С [11, с.51].

Независимо от рода металла формовочные смеси делятся:

- по характеру использования – на единые, облицовочные и наполнительные;

- по состоянию формы перед заливкой – на смеси для форм, заливаемых в сыром состоянии (формовка по-сырому), и смеси для форм, заливаемых в сухом состоянии (формовка по-сухому).

Если смесь заполняет весь объем формы, то она называется единой. Такие смеси применяют при машинной формовке в цехах серийного и массового производства. Поскольку эти смеси непосредственно воспринимают агрессивное воздействие металла, они должны иметь высокие технологические свойства. Поэтому единые смеси готовят из наиболее огнеупорных и термохимически устойчивых формовочных материалов, которые обеспечивают долговечность смесей.

Применение единых смесей позволяет сократить цикл приготовления формы и тем самым повысить производительность формовочных агрегатов.

Для единых смесей особенно высокие требования предъявляются по газопроницаемости – эти смеси применяются при формовке по-сырому и поэтому обладают высокой газотворной способностью. Отсюда вытекает условие, чтобы требуемая прочность достигалась при минимальном содержании глины, что дает возможность снизить влажность смеси. Поэтому для единых смесей чаще используют бентонитовые глины, имеющие наибольшую связующую способность. В сочетании с добавками крепителей Б-2 и Б-3 бентониты позволяют получить формовочные смеси с влажностью 1.8 – 2.5%. Иногда воду заменяют органическими растворителями (например, этиленгликолем), при этом резко улучшается чистота поверхности и снижается брак отливок.

Формовочные смеси для стального литья

Формовочные смеси для стального литья отличаются от смесей для чугунного литья большей огнеупорностью, так как температура заливки стали превышает 1500°С. Высокая температура заливки способствует увеличению химического и термического пригара, поэтому трудности получения оливок с чистой поверхностью увеличиваются.

Для приготовления формовочных смесей применяют в основном обогащенные и кварцевые пески классов 1К и 2К с содержанием кремнезема не менее 95%. Глинистые пески для изготовления форм стального литья не применяют.

При изготовлении форм для отливки малой массы предпочтительно применяют кварцевые пески зернистостью 016А 02А, что обеспечивает низкую шероховатость поверхностей отливок.

Состав смеси [3, с.121]:

Песок 1К016А - 8%,

Оборотная смесь –90%,

Сульфитно-дрожжевая бражка – 1%,

Огнеупорная глина – 1%.

Влажность смеси: 3.5¸ 4.5%.

Стержневые смеси для стального литья

Стержни в процессе заливки испытывают значительно большие термические и механические воздействия по сравнению с формой, поскольку обычно они окружены расплавом. По этой причине к стержневым смесям предъявляются более жесткие требования.

Прочность стержней в сухом состоянии и поверхностная твердость должны быть выше, чем у формы. Стержневые смеси должны иметь большую огнеупорность, податливость и небольшую гигроскопичность, особенно при формовке по-сырому, высокую газопроницаемость и малую газотворную способность, хорошую выбиваемость.

Состав смеси [3, с.123, табл.3.26]:

Песок 1К016 – 97¸ 98%;

Глина – 2¸ 3%;

Крепитель Б-3 (сульфидная барда) – 4.3%;

Связующее СБ (или КО) – 3.6%;

Влажность – 2.8¸ 3.4%.

Режим сушки форм и стержней

Формы и стержни сушат с целью увеличения их газопроницаемости, прочности, уменьшения газотворной способности и, в конечном счете, повышения качества отливок. Режим сушки стержней и форм устанавливают для различных групп стержней и форм опытным путем.

Так как стальные отливки массой до 500кг целесообразно заливать по-сырому, то сушку форм производить не будем.

Процесс сушки стержней условно можно разделить на 3 этапа. На первом этапе прогревается вся толща стержня. Так как теплопроводность влажной смеси значительно больше, чем сухой, то в этот период сушки необходимо по возможности стремиться удерживать влагу в стержнях и не давать ей быстро испаряться.

На втором этапе сушки необходимо быстро повысить температуру до максимальной и выдерживать стержни при этой температуре в течение некоторого времени.

На третьем этапе сушки стержни охлаждаются до температуры разгрузки. Стержни в этот период не только охлаждаются, но и досушиваются за счет аккумулированной в них теплоты.

Для хорошей сушки стержней необходимы следующие условия:

- постоянный подъем температуры в камере сушила, а затем поддержание равномерной максимально допустимой температуры в течение сушки;

- колебания температуры в различных зонах рабочего объема сушила не должны превышать при сушке 10 - 15°С;

- обеспечение равномерного движения газов во всем объеме сушила со скоростью 1.8 – 2.2м/с.

Стержни на крепителях Б-2 и Б-3 сушат при 160 - 180°С. Эти крепители твердеют в результате потери растворителя при испарении во время нагрева (тепловой сушки). Поэтому режим сушки стержней на этих крепителях должен быть таким, чтобы они сохраняли небольшое количество влаги.

Продолжительность сушки стержней составляет 3.0 – 7.0ч [2, с.163, табл.26].

Рисунок 5 – Диаграмма сушки стержня