Состав и назначение формовочных и стержневых смесей

Состав и назначение формовочных и стержневых смесей

Формовочные смеси применяют для изготовления форм, а стержне­вые смеси — для изготовления стержней. Они состоят кварцевого песка, огнеупорной глины и различных добавок.

Свойства формовочных материалов, применяемых для изготовления смесей, играют большую роль в получении качественной отливки. А сос­тав (стержневых и формовочных) смесей и предъявляемые к ним требо­вания в отношении пластичности, газопроницаемости, прочности, податливости и противопригарности зависят от веса отливок и состава заливаемости металла.

Основными материалами для изготовления формовочных смесей являются бывшая в употреблении формовочная смесь (горелая или оборотная) и свежие материалы, которые служат только для замены песчаных зерен, превратившихся в пыль, и для восполне­ния связующей способности глины.

Формовочные смеси по способу применения подразделяются на об­лицовочные, наполнительные и единые. Лицевой слой формы, непосредственно соприкасающийся с жидким металлом, делают из смеси большой прочности и приготовляют более тщательно. Такая смесь называ­ется облицовочной

.Её составляют с использованием 30-50 % материалов. Остальную часть формы делают из другой смеси менее высококачественной и более дешевой. Эта смесь называется
наполнительной
. Она состоит из, оборот­ной смеси с добавкой 1-3 % песка для восстановления газопроницаемости глины и для повышения прочности. При массовом производ­стве Формы обычно изготовляют из однородной смеси, называемой единой. Она состоит из 90-95 % обратной смеси с добавкой песка и глины для её освежения.

Составы формовочной смеси различны для форм, подвергаемых перед заливкой сушке, и для форм, заливаемых всырую (табл.1). При из­готовлении формы с последующей их сушкой применяют формовочные смеси с 10 — 20 % глины. Для формовки всырую применяют формовоч­ные смеси, содержащие от 2 до 10 % глины.

Таблица 1 — Соотношение исходных материалов в формовочных смесях

Основой составляющей формовочной смеси является кварцевый песок, в котором содержание кремнезема для стального литья должно быть не менее 97%, для чугунного — 90-95% и цветного- 80-90%. В зависимости от содержания кремнезема, глинистой сос­тавляющей и вредных примесей все пески делятся на к в а р ц е в ы е (К)г л и н и с т ы е . К кварцевым пескам откосятся пески, содержащие не менее 90-97 % SiO2 и не более 2 % глинистой составляющей (ГОСТ 2138-56).Пески, содержащие глинистых веществ до 50 %, относятся к глинистым. Глинистые пески делятся на несколько классов: тощие Т (от 2 до10% глины), полужирные П ( от 10 до 20 % глины), жирные Ж ( от 20 до 30 % глины), очень жирные ОЖ ( от 30 до 50 % глины).

В зависимости от величины и формы зерен кварца пески делятся на несколько групп. Например, средний песок, относящийся по ГОСТ 2138-56 группе 02, состоит из зерен величиной 0,315; 0,2 и 0,16 мм. Для форм стального литья применяются кварцевые сред­ние и мелкие пески К02А, К016А. Для чугунного и цветного литья —

— полужирные пески П02А, П01бА. Размеры зерен 0,3150,2 и 0,16 им.

К категории глин относятся пески, содержащие свыше 50 % глинистой составляющей. Они представляют собой породы, состоящие из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов.

Огнеупорные глины придают формовочным смесям пластичность во влажном состоянии и повышенную прочность и газопроницаемость в сухом виде.

Стержневые смеси состоят в основном из квар­цевого песка с минимальным содержанием глинистых составляющих и связующих материалов.

Стержни во время заливки формы металлом находятся в менее благоприятных условиях, чем форма. В большинстве случаев стержни почти со всех сторон (за исключением знаков) окружены расплавленным металлом. Поэтому материал стержней должен обладать боль­шей, чем материал формы, газопроницаемостью, прочностью, податливостыо, противопригарностью. Кроме того, стержни должны обладать, возможно, меньшей газотворностью, не должны быть гигроскопичными и легко выбиваться из затвердевшей отливки.

По составу стержневые смеси разделяют на песчано-глинистые и песчано-масляные. Песчано — глинистые смеси, содержащие 96-97 % кварцевого песка и 3-4 % глины, применяют в основном при изготовлении крупных стержней на каркасах. Песчано-масляные состоят ив кварцевого песка (100 %) с добавкой (1,5-3 % от общего веса) связующих веществ ( крепителей) (табл.2).

Таблица 2 — Соотношение исходных материалов в стержневых смесях

В формовочные и стержневые смеси для увеличения газопрони­цаемости и пластичности добавляют опилки, каменноугольную пыль и другие добавки. В качестве связующих материалов используют олифу, растительные масла, древесный или торфяной пек, барду сульфитного щелока. Эти вещества повышают прочность формовочных и стержневых смесей.

В последние годы широко начали применяться быстротвердеющие смеси с добавкой жидкого стекла (табл.3). Формы и стержни из быстротвердещих смесей с жидким стеклом обеспечивают резкое улучшение качества поверхности отливок и устранение пригара.

В зависимости от требований, предъявляемых к формовочным смесям, для их изготовления используют различные марки жидкого стекла ( ГОСТ 8264-56).Жидкое стекло марки А применяется, если смесь должна сохранять длительное время свои пластические свойства; марки В — когда необходимо быстрое затвердевание смеси. Во всех остальных случаях применяется жидкое стекло марки Б.

Таблица 3 — Соотношение исходных материалов в быстротвердеющих смесях

Для средних по весу отливок используют сухой мелкозернистый кварцевый песок марок КО16А, КО16Б, КО1А, а для мелких отливок — среднезернистый марки K025А (ГОСТ 2138- 56).

Формовочная глина (ГОСТ 3226-65) сушится, дробится, размалывается и просеиваемся через сито с ячейками 0,5-1мм. Отработанную смесь вводят для повышения прочности быстротвердеющей смеси во влажном состоянии,

Едкий натр (10-20 % -ный растворNaO2) повышает прочность смеси в сухом состоянии и сохраняет пластические свойства смесей в течение длительного времени.

Для облегчения выбивки стержней из отливок в состав смеси вводится до- 3 % боксита, размолотого до 0,5-1,0 мм. Чтобы умень­шить прилипаемостъ смеси к моделям и стержневым ящикам ,в состав ее добавляют до 0,5 % мазута.

При приготовлении быстротвердеющих смесей в бегуны загру­жают сначала песок, затем отработанную смесь, размолотую глину и боксит. Сухие материалы перемешивают в течение 2 мин, после чего последовательно вводят едкий натр, жидкое стекло и мазут. Продолжительность контролируется по достижению заданной прочности смеси во влажном состоянии. Чем продолжительнее перемешивание, тем выше прочность во влажном состоянии и ниже прочность смеси пос­ле затвердевания. Избыточная продолжительность перемешивания мо­жет вызвать полную потерю смесью пластических свойств.

При формовке модели, модельные плиты, модели литниковой систе­мы, выпоров и прибылей протирают керосином.

Готовую форму продувают углекислым газом С02.Углекислый газ, взаимодействуя с жидким стеклом, образует пленки геля кремниевой кислоты, которые способствуют упрочнению смесей.

Если форма изготовлена из смеси 3 (табл.З), то ее продувают СО2 до удаления модели из формы. Подвод углекислого газа осу­ществляется через отверстия диаметром 2-3 мм в пустотелой модели. Длительность продувки 15-20 сек. Если форма изготовлена из смеси 1 или 2, то ее продувают СО2 после удаления модели из формы.

мтомд.инфо

Для приготовления смесей используются природные и искусственные материалы. Песок – основной компонент формовочных и стержневых смесей. Обычно используется кварцевый или цирконовый песок из кремнезема. Глина является связующим веществом, обеспечивающим прочность и пластичность, обладающим термической устойчивостью. Широко применяют бентонитовые или каолиновые глины.

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок используют противопригарные материалы: для сырых форм – припылы; для сухих форм – краски.

В качестве припылов используют: для чугунных отливок – смесь оксида магния, древесного угля, порошкообразного графита; для стальных отливок – смесь оксида магния и огнеупорной глины, пылевидный кварц. Противопригарные краски представляют собой водные суспензии этих материалов с добавками связующих.

Свойства формовочных и стержневых смесей

• прочность – способность смеси обеспечивать сохранность формы без разрушения при изготовлении и эксплуатации;
• поверхностная прочность (осыпаемость) – сопротивление истирающему действию струи металла при заливке;
• пластичность – способность воспринимать очертание модели и сохранять полученную форму;
• податливость – способность смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава;
• текучесть – способность смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость стержневого ящика;
• термохимическая устойчивость или непригарность – способность выдерживать высокую температуру сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия;
• негигроскопичность – способность после сушки не поглощать влагу из воздуха;
• долговечность – способность сохранять свои свойства при многократном использовании.

По характеру использования различают: облицовочные, наполнительные и единые смеси.

Облицовочная – используется для изготовления рабочего слоя формы. Содержит повышенное количество исходных формовочных материалов и имеет высокие физико-механические свойства.

Наполнительная – используется для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Приготавливается путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов.

Облицовочная и наполнительная смеси необходимы для изготовления крупных и сложных отливок.

Единая – применяется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной. Используют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производстве. Изготавливается из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью для обеспечения долговечности.

Приготовление формовочной смеси

Сначала подготавливают песок, глину и другие исходные материалы. Песок сушат и просеивают. Глину сушат, размельчают, размалывают в шаровых мельницах или бегунах и просеивают. Аналогично получают угольный порошок.

Затем подготавливают оборотную смесь. Оборотную смесь после выбивки из опок разминают на гладких валках, очищают от металлических частиц в магнитном сепараторе и просеивают.

Приготовление формовочной смеси включает несколько операций: перемешивание компонентов смеси, увлажнение и разрыхление.

Перемешивание осуществляется в смесителях-бегунах с вертикальными или горизонтальными катками. Песок, глину, воду и другие составляющие загружают при помощи дозатора, перемешивание осуществляется под действием катков и плужков, подающих смесь под катки.

Готовая смесь выдерживается в бункерах-отстойниках в течение 2…5 часов, для распределения влаги и образования водных оболочек вокруг глинистых частиц.

Готовую смесь разрыхляют в специальных устройствах и подают на формовку.

Приготовление стержневой смеси

Стержневые смеси соответствуют условиям технологического процесса изготовления литейных стержней, которые испытывают тепловые и механические воздействия. Они должны иметь более высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки.

Огнеупорность смеси – способность смеси и формы сопротивляться растяжению или расплавлению под действием температуры расплавленного металла.

Газопроницаемость смеси – способность смеси пропускать через себя газы (песок способствует ее повышению).

В зависимости от способа изготовления стержней смеси разделяют: на смеси с отвердением стержней тепловой сушкой в нагреваемой оснастке; жидкие самотвердеющие; жидкие холоднотвердеющие смеси на синтетических смолах; жидкостекольные смеси, отверждаемые углекислым газом.

Приготовление стержневых смесей осуществляется перемешиванием компонентов в течение 5…12 минут с последующим выстаиванием в бункерах.

В современном литейном производстве изготовление смесей осуществляется на автоматических участках.