Лекция № 14.Формовочные и стержневые смеси
1. Формовочныепесок и глина.
2. Специальныедобавки.
3. Приготовлениеформовочных смесей.
1) Формовочные песок иглина. Формовочные материалы должны обладать главнымобразом огнеупорностью, газопроницаемостью и пластичностью.
Огнеупорностьюформовочного материала называется способность его не сплавляться и спекатьсяпри соприкосновении с расплавленным металлом. Наиболее доступным и дешевымформовочным материалом является кварцевый песок (SiO2), достаточно огнеупорнойдля отливки самых тугоплавких металлов и сплавов. Из примесей, сопровождающихSiO2, особенно нежелательны щелочи, которые, действуя на SiO2, как флюсы,образуют с ним легкоплавкие соединения (силикаты), пригорающие к отливки изатрудняющие ее очистку. При плавке чугуна и бронзы вредные примеси вредныепримеси в кварцевом песке не должны превышать 5-7%, а для стали — 1,5-2%.
Газопроницаемостьюформовочного материала называется его способность пропускать газы. При плохойгазопроницаемости формовочной земли в отливке могут образовываться газовыераковины (обычно сферической формы) и вызывать брак отливки. Раковиныобнаруживаются во время последующей механической обработки отливки при снятииверхнего слоя металла. Газопроницаемость формовочной земли зависит от еепористости между отдельными зернами песка, от формы и величины этих зерен, отих однородности и от количества в ней глины и влаги.
Песок с округлымизернами обладает большей газопроницаемостью, нежели песок с округлыми зернами.Мелкие зерна, располагаясь между крупными, также уменьшают газопроницаемостисмеси, снижая пористость и создавая мелкие извилистые каналы, затрудняющиевыход газов. Глина, имея чрезвычайно мелкие зерна, закупоривает поры. Излишекводы также закупоривает поры и, кроме того, испаряясь при соприкосновении сзалитым в форму горячим металлом, увеличивает количество газов, которые должныпройти через стенки формы.
Прочность формовочнойсмеси заключается в способности сохранять приданную ей форму, сопротивляясьдействию внешних усилий (сотрясения, удар струи жидкого металла, статическоедавление залитого в форму металла, давление газов, выделяющихся из формы, иметалла при заливке, давление от усадки металла и т.д.).
Прочность формовочнойсмеси возрастает при повышении содержания влаги до определенного предела. Придальнейшем повышении количества влаги прочность падает. При наличии вформовочном песке примеси глины («жидкий песок») прочностьповышается. Жирный песок требует большого содержания влаги, чем песок с малымсодержанием глины («тощий песок»). Чем мельче зерно песка и чемугловатее его форма, там больше прочность формовочной смеси. Тонкая связующаяпрослойка между отдельными зернами песка достигается тщательным ипродолжительным перемешиванием песка с глиной.
Пластичностьформовочной смеси называется способность легко воспринимать и точно сохранятьформу модели. Пластичность особенно необходима при изготовлении художественныхи сложных отливок для воспроизведения мельчайших подробностей модели исохранения отпечатков их во время заливки формы металлом. Чем мельче зернапеска и чем равномернее они окружены прослойкой глины, тем лучше они заполняютмельчайшие детали поверхности модели и сохраняют форму. При излишней влажностисвязующая глина разжижается и пластичность резко снижается.
2) Специальные добавки.Однимиз наиболее распространенных видов брака отливок является пригар формовочной истержневой смеси к отливке. Причины, порождающие пригар, разнообразны:недостаточная огнеупорность смеси, крупнозернистый состав смеси, неправильныйподбор противопригарных красок, отсутствие в смеси специальных противопригарныхдобавок, некачественная окраска форм и др. Различают три вида пригара:термический, механический и химический.
Термический пригар сравнительнолегко удаляется при очистке отливок.
Механический пригаробразуется в результате проникновения расплава в поры формовочной смеси и можетбыть удален вместе с коркой сплава, содержащей вкрапленные зерна формовочногоматериала.
Химический пригарпредставляет собой образование, сцементированное легкоплавкими соединениямитипа шлаков, возникающими при взаимодействии формовочных материалов с расплавомили его окислами.
Механический ихимический пригары или удаляются с поверхности отливок(требуется большая затрата энергии), или же отливки окончательно бракуют.Предупреждение пригара основано на введении в формовочную или стержневую смесьспециальных добавок: молотого угля, асбестовой крошки, мазута и др., а такжепокрытии рабочих поверхностей форм и стержней противопригарными красками,припылами, натирками или пастами, содержащими в своем составе высокоогнеупорныематериалы (графит, тальк), не взаимодействующие при высоких температурах сокислами расплавов, или материалы, создающие восстановительную среду (молотыйуголь, мазут) в форме при ее заливке.
Противопригарные краскинаносят на рабочие поверхности форм и стержней для защиты ихот непосредственного воздействия расплава. Находящиеся в краскевысокоогнеупорные материалы выдерживают высокую температуру расплава и темсамым предупреждают возникновение пригара. Составы противопригарных красок,применяемых в литейном производстве, весьма (разнообразны. В табл. 5 приведенынекоторые из них.
Для окраски форм истержней, изготовленных из жидкостекольных смесей и стальных отливок,применяется противопригарочная краска следующего состава (в объемных частях):цирконовый порошок — 90, жидкое стекло-10 и вода — 30. Плотность краски — 1,80г/см3.
Натирочные пасты.Для получения особо чистых внешних и внутренних полостей у отливок применяютпротивопригарные безводные пасты. Изготовляются пасты на основе органическихрастворителей, например олифы, и огнеупорного материала — серебристого графитас небольшим количеством глины. Паста наносится на ответственные части полуформили стержней вручную, ровным гладким слоем.
Припылы. Этиматериалы изготовляют в порошкообразном виде из следующих компонентов: графита,древесного угля, кварца, талька, цемента. Путем размола вышеуказанныхматериалов приготовляют тонко измельченный порошок — пудру, которую при помощиматерчатого мешочка вручную наносят на рабочие поверхности полуформ илистержней.
Пасты для заделки швов.Швы при сборке стержней и при постановке их в сухие формы необходимо заделыватьпастой во избежание получения заливов у отливок. Заделочные пасты в своемсоставе содержат огнеупорные и связующие материалы. Швы после заделки пастойокрашиваются противопригарной краской и при надобности подсушиваются вспециальных стационарных или переносных подсушивающих установках. В табл. 6приведены некоторые составы паст.
Упрочнители — жидкости специального состава, которые наносятся пульверизатором на рабочиеповерхности сырых форм и стержней с целью снижения пригара и осыпаемости.
Специальные добавки вформовочные смеси. Специальные добавки вводятся вформовочные и стержневые смеси для обеспечения особых свойств смеси. Так,например, чугунная дробь, вводимая в формовочную смесь, увеличивает еетеплопроводность и предупреждает образование усадочной рыхлоты в массивныхузлах отливок при их затвердевании. Древесные опилки и торф вводят в смеси,предназначенные для изготовления форм и стержней, подвергающихся сушке. Послесушки указанные добавки, уменьшаясь в объеме, увеличивают газопроницаемость иподатливость форм и стержней. Едкий натр вводится в формовочныебыстротвердеющие смеси на жидком стекле для повышения долговечности смеси(устраняется комкование смеси). формовочная смесьпесок глина
Модельные пудры(ликоподий, угольная пыль, пылевидный кварц и др.) устраняют прилипаниеформовочных и стержневых смесей к поверхностям моделей и стержневых ящиков.
3)Приготовление формовочных смесей. Качество художественнойотливки во многом зависит от качества формовочной смеси, из которойприготовлена ее литейная форма. Поэтому подбор формовочных материалов для смесии ее приготовление в технологическом процессе получения отливки имеет важноезначение. Формовочная смесь может быть приготовлена нз свежих формовочныхматериалов и отработанной смеси с небольшой добавкой свежих материалов.
Процессприготовления формовочных смесей из свежих формовочных материалов состоит изследующих операций: составления смеси (подбор формовочных материалов),перемешивания составляющих смеси в сухом виде, увлажнения, перемешивания послеувлажнения, вылеживания, разрыхления.
Составление.Известно, что формовочные пески, отвечающие всем технологическим свойствамформовочной смеси, в природных условиях встречаются редко. Поэтому смеси, какправило, приготовляют путем подбора песков с различным содержанием глины, так,чтобы полученная смесь содержала нужное количество глины и обладаланеобходимыми технологическими свойствами. Такой подбор материалов дляприготовления смеси называют составлением смеси.
Перемешиваниен увлажнение. Составляющие формовочной смесн тщательно перемешивают в сухомвиде с целью равномерного распределения частиц глины по всей массе песка. Затемсмесь увлажняют, добавляя нужное количество воды, и снова перемешивают так,чтобы каждая из частиц песка покрылась пленкой глины или другого связующего.Увлажнять компоненты смеси до перемешивания не рекомендуется, так как при этомпески с высоким содержанием глины скатываются в небольшие шарики, трудноподдающиеся разрыхлению. Перемешивание большого количества материалов вручную —большая и трудоемкая работа. В современных литейных цехах составляющие смесн впроцессе ее приготовления перемешивают в шнековых смесителях или смешивающихбегунах.
Смешивающиебегуны имеют неподвижную чашу и два гладких катка, сидящих на горизонтальнойоси вертикального вала, соединенного конической передачей с редукторомэлектродвигателя. Между катками и дном чаши делается регулируемый зазор,предотвращающий дробление катками зерен смеси пластичность, газопроницаемость иогнеупорность. Для восстановления утраченных свойств в смесь добавляют 5—35 %свежих формовочных материалов. Такую операцию при приготовлении формовочнойсмеси принято называть освежением смеси.
Процессприготовления формовочной смесн с использованием отработанной смеси состоит изследующих операций: подготовки отработанной смесн, добавления в отработаннуюсмесь свежих формовочных материалов, перемешивания в сухом виде, увлажнения,перемешивания составляющих после увлажнения, вылеживания, разрыхления.