Лекция № 14. Формовочные и стержневые смеси
1. Формовочные песок и глина.
2. Специальные добавки.
3. Приготовление формовочных смесей.
1) Формовочные песок и глина. Формовочные материалы должны обладать главным образом огнеупорностью, газопроницаемостью и пластичностью.
Огнеупорностью формовочного материала называется способность его не сплавляться и спекаться при соприкосновении с расплавленным металлом. Наиболее доступным и дешевым формовочным материалом является кварцевый песок (SiO2), достаточно огнеупорной для отливки самых тугоплавких металлов и сплавов. Из примесей, сопровождающих SiO2, особенно нежелательны щелочи, которые, действуя на SiO2, как флюсы, образуют с ним легкоплавкие соединения (силикаты), пригорающие к отливки и затрудняющие ее очистку. При плавке чугуна и бронзы вредные примеси вредные примеси в кварцевом песке не должны превышать 5-7%, а для стали - 1,5-2%.
Газопроницаемостью формовочного материала называется его способность пропускать газы. При плохой газопроницаемости формовочной земли в отливке могут образовываться газовые раковины (обычно сферической формы) и вызывать брак отливки. Раковины обнаруживаются во время последующей механической обработки отливки при снятии верхнего слоя металла. Газопроницаемость формовочной земли зависит от ее пористости между отдельными зернами песка, от формы и величины этих зерен, от их однородности и от количества в ней глины и влаги.
Песок с округлыми зернами обладает большей газопроницаемостью, нежели песок с округлыми зернами. Мелкие зерна, располагаясь между крупными, также уменьшают газопроницаемости смеси, снижая пористость и создавая мелкие извилистые каналы, затрудняющие выход газов. Глина, имея чрезвычайно мелкие зерна, закупоривает поры. Излишек воды также закупоривает поры и , кроме того, испаряясь при соприкосновении с залитым в форму горячим металлом, увеличивает количество газов, которые должны пройти через стенки формы.
Прочность формовочной смеси заключается в способности сохранять приданную ей форму, сопротивляясь действию внешних усилий (сотрясения, удар струи жидкого металла, статическое давление залитого в форму металла, давление газов, выделяющихся из формы, и металла при заливке, давление от усадки металла и т.д.).
Прочность формовочной смеси возрастает при повышении содержания влаги до определенного предела. При дальнейшем повышении количества влаги прочность падает. При наличии в формовочном песке примеси глины ("жидкий песок") прочность повышается. Жирный песок требует большого содержания влаги, чем песок с малым содержанием глины ("тощий песок"). Чем мельче зерно песка и чем угловатее его форма, там больше прочность формовочной смеси. Тонкая связующая прослойка между отдельными зернами песка достигается тщательным и продолжительным перемешиванием песка с глиной.
Пластичность формовочной смеси называется способность легко воспринимать и точно сохранять форму модели. Пластичность особенно необходима при изготовлении художественных и сложных отливок для воспроизведения мельчайших подробностей модели и сохранения отпечатков их во время заливки формы металлом. Чем мельче зерна песка и чем равномернее они окружены прослойкой глины, тем лучше они заполняют мельчайшие детали поверхности модели и сохраняют форму. При излишней влажности связующая глина разжижается и пластичность резко снижается.
2) Специальные добавки. Одним из наиболее распространенных видов брака отливок является пригар формовочной и стержневой смеси к отливке. Причины, порождающие пригар, разнообразны: недостаточная огнеупорность смеси, крупнозернистый состав смеси, неправильный подбор противопригарных красок, отсутствие в смеси специальных противопригарных добавок, некачественная окраска форм и др. Различают три вида пригара: термический, механический и химический.
Термический пригар сравнительно легко удаляется при очистке отливок.
Механический пригар образуется в результате проникновения расплава в поры формовочной смеси и может быть удален вместе с коркой сплава, содержащей вкрапленные зерна формовочного материала.
Химический пригар представляет собой образование, сцементированное легкоплавкими соединениями типа шлаков, возникающими при взаимодействии формовочных материалов с расплавом или его окислами.
Механический и химический пригары или удаляются с поверхности отливок (требуется большая затрата энергии), или же отливки окончательно бракуют. Предупреждение пригара основано на введении в формовочную или стержневую смесь специальных добавок: молотого угля, асбестовой крошки, мазута и др., а также покрытии рабочих поверхностей форм и стержней противопригарными красками, припылами, натирками или пастами, содержащими в своем составе высокоогнеупорные материалы (графит, тальк), не взаимодействующие при высоких температурах с окислами расплавов, или материалы, создающие восстановительную среду (молотый уголь, мазут) в форме при ее заливке.
Противопригарные краски наносят на рабочие поверхности форм и стержней для защиты их от непосредственного воздействия расплава. Находящиеся в краске высокоогнеупорные материалы выдерживают высокую температуру расплава и тем самым предупреждают возникновение пригара. Составы противопригарных красок, применяемых в литейном производстве, весьма (разнообразны. В табл. 5 приведены некоторые из них.
Для окраски форм и стержней, 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 - 1,80 г/см3.
Натирочные пасты. Для получения особо чистых внешних и внутренних полостей у отливок применяют противопригарные безводные пасты. Изготовляются пасты на основе органических растворителей, например олифы, и огнеупорного материала - серебристого графита с небольшим количеством глины. Паста наносится на ответственные части полуформ или стержней вручную, ровным гладким слоем.
Припылы. Эти материалы изготовляют в порошкообразном виде из следующих компонентов: графита, древесного угля, кварца, талька, цемента. Путем размола вышеуказанных материалов приготовляют тонко измельченный порошок - пудру, которую при помощи матерчатого мешочка вручную наносят на рабочие поверхности полуформ или стержней.
Пасты для заделки швов. Швы при сборке стержней и при постановке их в сухие формы необходимо заделывать пастой во избежание получения заливов у отливок. Заделочные пасты в своем составе содержат огнеупорные и связующие материалы. Швы после заделки пастой окрашиваются противопригарной краской и при надобности подсушиваются в специальных стационарных или переносных подсушивающих установках. В табл. 6 приведены некоторые составы паст.
Упрочнители - жидкости специального состава, которые наносятся пульверизатором на рабочие поверхности сырых форм и стержней с целью снижения пригара и осыпаемости.
Специальные добавки в формовочные смеси. Специальные добавки вводятся в формовочные и стержневые смеси для обеспечения особых свойств смеси. Так, например, чугунная дробь, вводимая в формовочную смесь, увеличивает ее теплопроводность и предупреждает образование усадочной рыхлоты в массивных узлах отливок при их затвердевании. Древесные опилки и торф вводят в смеси, предназначенные для изготовления форм и стержней, подвергающихся сушке. После сушки указанные добавки, уменьшаясь в объеме, увеличивают газопроницаемость и податливость форм и стержней. Едкий натр вводится в формовочные быстротвердеющие смеси на жидком стекле для повышения долговечности смеси (устраняется комкование смеси). формовочная смесь песок глина
Модельные пудры (ликоподий, угольная пыль, пылевидный кварц и др.) устраняют прилипание формовочных и стержневых смесей к поверхностям моделей и стержневых ящиков.
3) Приготовление формовочных смесей. Качество художественной отливки во многом зависит от качества формовочной смеси, из которой приготовлена ее литейная форма. Поэтому подбор формовочных материалов для смеси и ее приготовление в технологическом процессе получения отливки имеет важное значение. Формовочная смесь может быть приготовлена нз свежих формовочных материалов и отработанной смеси с небольшой добавкой свежих материалов.
Процесс приготовления формовочных смесей из свежих формовочных материалов состоит из следующих операций: составления смеси (подбор формовочных материалов), перемешивания составляющих смеси в сухом виде, увлажнения, перемешивания после увлажнения, вылеживания, разрыхления.
Составление. Известно, что формовочные пески, отвечающие всем технологическим свойствам формовочной смеси, в природных условиях встречаются редко. Поэтому смеси, как правило, приготовляют путем подбора песков с различным содержанием глины, так, чтобы полученная смесь содержала нужное количество глины и обладала необходимыми технологическими свойствами. Такой подбор материалов для приготовления смеси называют составлением смеси.
Перемешивание н увлажнение. Составляющие формовочной смесн тщательно перемешивают в сухом виде с целью равномерного распределения частиц глины по всей массе песка. Затем смесь 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 этом пески с высоким содержанием глины скатываются в небольшие шарики, трудно поддающиеся разрыхлению. Перемешивание большого количества материалов вручную — большая и трудоемкая работа. В современных литейных цехах составляющие смесн в процессе ее приготовления перемешивают в шнековых смесителях или смешивающих бегунах.