какие требования установлены к материалам используемым для приготовления формовочных и стержневых

Требования к формовочным и стержневым смесям

Пластичность формовочных и стержневых смесей

Пластичностью называется способность смесей деформироваться под действием внешних нагрузок без нарушения целостности и сохранять приданную им форму после снятия нагрузки. Эти свойства необходимы для получения в форме отчетливого отпечатка модели. Пластичность формовочной смеси возрастает при увеличении содержания в ней воды до 6%, глины и связующих мм и риалов, а также песка с мелким зерном.

Газопроницаемость формовочных и стержневых смесей

Газопроницаемостью называется способность смесей пропускать газы вследствие своей пористости. Из формовочных материалов во время заливки формы сплавом выделяется большое количество газов. Если газопроницаемость смеси недостаточна, то газы опадают в металл, что вызывает брак отливки по газовым раковинам. Чем крупнее и чем однороднее по размерам зерна песка,. Чем меньше в смеси глины, тем газопроницаемость смеси выше. Газопроницаемость определяют прибором, на котором через стандартный образец, изготовленный из формовочной смеси, пропускают 2000 см 3 воздуха и определяют время прохождения воздуха. По полученным данным по расчетной формуле подсчитывают газопроницаемость смеси в условных единицах. Газопроницаемость формовочных смесей колеблется от 30 до 150 единиц.

Прочность формовочных и стержневых смесей

Противопригарность формовочных и стержневых смесей

Противопригарностью формовочных и стержневых смесей называется способность смесей не сплавляться и не спекаться с расправленным металлом. Формовочные смеси иногда пригорают к отливке и образуют на ее поверхности сплошную корку из смеси окиси металла и песка, которая сильно затрудняет механическую обработку.

Податливость формовочных и стержневых смесей

Податливостью называется способность смесей сжиматься под действием внешних сил. Это необходимо для того, чтобы форма или стержень не препятствовали свободной усадке при затвердевании отливки. При недостаточной податливости материала формы в остывающей отливке возникают внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин.

Хорошей податливостью обладает крупный речной песок. Глина, располагаясь в промежутке между зернами песка, ухудшает податливость формовочной смеси. Состав и свойства формовочных материалов, применяемых для изготовления смесей, играют большую роль в получении качественной отливки.

Источник

Формовочные смеси для литья

Область применения

В промышленности, так исторически сложилось, что литье по выплавляемым моделям применяют в машиностроении, в частности, по этой технологии выполняют отливки корпусных деталей для продукции электротехнической промышленности, деталей судов, автомобилей.

Литье по выплавляемым моделям в машиностроение

Надо отметить, что такое широкое применение литья по такой технологии стали применять в промышленных масштабах относительно недавно. Это было связано с тем, что существовали определенные проблемы при получении формы. Их стало возможным решить после появления такого химиката, как этилсиликат. Его использование позволило допиться необходимых показателей по термической стойкости и вязкости материала.

Объемы производства

Для того чтобы заниматься производством таких форм и деталей, необходимо озаботиться установкой модели-кокиля. Время, требуемое на установку — менее недели. После завершения монтажа количество выпускаемой продукции может достигать от 5 до 50 штук в час. Такие объемы производства за час вполне реальны, однако для этого необходимо соответствующим образом подготовить проведение литейного процесса. Основные материалы, которые потребуются для литья — это чугун, алюминий, медь, а также сплавы данных видов металлов. Еще одним необходимым материалом станет сплав, в котором используют алюминий и магний.

Виды и состав смесей

К формовочным смесям для литья предъявляются следующие требования:

Формовочные и стержневые смеси обладают одинаковыми свойствами. Но к стержням предъявляются более высокие требования, потому что на него расплавленный металл оказывает более сильное давление.

Состав различных смесей

Формовочные смеси делятся на три типа:

Единая смесь предназначается для наполнения всего объема литейной формы. В полном объеме используется при машинной формовке при выпуске отливок в большом количестве. Для ее приготовления используется большой объем еще неиспользовавшихся материалов.

Облицовочная смесь предназначена для получения слоя формы, контактирующего непосредственно с расплавом. Его толщина зависит от типа смеси и тяжести отливки и составляет 20-100 мм. Для того чтобы дополнить оставшийся объем используется наполнительная смесь.

Состав формовочной смеси напрямую зависит от формы и метода ее изготовления. Формирование песчано-глинистых форм происходит двумя способами, в результате которых получаются сухие и сырые формы. Для их податливости при формировании в смесь вводятся сгорающие наполнители – торф или древесные опилки. В состав подсушиваемых форм кроме глины и песка закладываются крепитель, измельченный асбест и барда.

Кроме них используются:

В быстро отверждающихся смесях связкой выступает жидкое стекло. Если для сушки жидкого стекла необходима теплая продувка, то в данном случае отвердение происходит за счет феррохромового шлака.

Классификация формовочных смесей

Самостоятельно отверждающиеся составы в первоначальном состоянии жидкие. Затем в них вводятся ПАВ и песочный наполнитель. Такой состав сохраняет текучесть не более 10 минут. Поэтому они приготавливаются на формовочных участках.

Химически отверждающиеся смеси имеют малый срок жизни. В следствие чего в смесь добавляется едкий натр.

Жидкостекольные разновидности после формирования подвергаются сушке продуванием углекислым газом. В процессе сушки протекают химические реакции: образование кремниевой кислоты и углекислого натрия.

Температура плавления цветных металлов значительно ниже, чем у сталей и чугунов. Из-за чего формовочные смеси имеют меньшую огнеупорность. Для литья бронзы и медных сплавов формовочные составы готовят при использовании глинистого песка П класса. Такие наполнители как борная кислота, серный цвет или фтористая присадка используются для литья алюминия. Они препятствуют активному окислению расплава.

§ 1. Формовочные пески и глины

–
это осадочные горные породы, образовавшиеся в результате отложения
минералов и выветривания осадков. Пески обычно носят название
карьера, в котором их добывают, например, Люберецком, Гусаровском,
Кичигинском и др. Добывают пески открытым способом. Если пески
содержат примеси или имеют неоднородный зерновой состав, то в
карьерах их обогащают, освобождая от посторонних примесей, а также
разделяют на фракции по размерам зерен.

Основной составной частью
таких песков являются зерна минерала кварца (SiO₂);
температура плавления его 1713°С. Кроме зерен кварца песок
содержит частицы полевых шпатов, слюды, окислов железа, глинистых и
других минералов.

В зависимости от
содержания глинистой составляющей пески делят на кварцевые и
глинистые.

называют пески, содержащие глинистых
составляющих не более 2%. Пески, содержащие более 2% глинистых
составляющих, называют (табл. 1).

1. Классификация и состав
(%) формовочных песков

Зерновой состав
формовочных песков (табл. 2) определяют по навеске 50 г сухого песка,
от которого отделена глинистая составляющая. Навеску сухого песка
просеивают через набор калиброванных сит с точными размерами ячеек.
Песок, оставшийся в наибольшем количестве на трех смежных ситах,
называют

2. Классификация песков
на группы по величине зерен основной фракции

Номера
сит, на которых остаются
зерна основной
фракции

При выборе песков следует
учитывать характер изготовляемых отливок. Для крупных отливок
применяют более крупный песок, который придает смеси повышенную
огнеупорность и газопроницаемость. Для мелких отливок используют
мелкозернистый песок, обеспечивающий получение более чистой
поверхности.

Пески делят на две
категории А и Б. К категории А относят пески с большим остатком
основной фракции песка на крайнем верхнем сите из трех смежных, к
категории Б – пески с большим остатком на крайнем нижнем сите.

При маркировке песка на
первом месте ставят обозначения класса, на втором – группы, на
третьем – категории. Например, кварцевый песок средней
зернистости обозначается 1К02А, 2К02А или 1К02Б, 2К02Б; тощие пески
обозначают Т0315А, полужирные и очень жирные пески П025, ОЖ01.

Для улучшения качества
поверхности отливки применяют в некоторых случаях формовочные
материалы с более повышенной, чем у кварцевых песков, огнеупорностью
и высокой химической стойкостью.

, имеющие формулу
химического соединения (Mg, Fe)₂[SiO₄].
Температура плавления оливиновых песков около 1800°С. Их
применяют как составную часть облицовочной смеси для форм крупных
стальных и чугунных отливок;

-минерал, имеющий химический состав, соответствующий
формуле Fe Cr₂O₄. Температура его плавления
зависит от количества примесей в основном веществе, но выше
температуры плавления кварца. Хромистый железняк в виде зерен
размером 1 – 1,5 мм применяют в облицовочных смесях для форм
крупных стальных отливок;

ZrSiO₄,
имеющий высокую температуру плавления (2450°С) и большую, чем у
кварца, теплопроводность. Измельченный циркон применяют для
приготовления формовочных и стержневых смесей, красок и паст;

(mAl₂O₃*nSiO₂),
представляющий собой огнеупорную глину, обожженную до потери
пластичности. Шамот используют в смесях для изготовления сухих
литейных форм средних и крупных стальных отливок.

Свойства формовочных смесей

Формовочную смесь характеризуют основные свойства:

Свойства формовочных смесей

Для смесей разных назначений на первый план выходят разные свойства. Так, для облицовочных важны пластичность, огнеупорность и теплопроводность, а для наполнительных важнее прочность и газопроницаемость.

Изготовление моделей и модельные составы

Для того, чтобы изготовить модели применяют так называемые модельные составы. Их основу составляют смеси выполняемые на основе воска. Кроме этого, в состав добавляют полимеры, они улучшают механические свойства смесей. На некоторых производствах применяют мягкие составы. Они могут быть насыщены воздухом, для их упрочнения применяют полиэтилен или битум.

Модельные составы должны в полной мере отвечать следующим требованиям:

Изготовление оболочковой формы для литья

Для того чтобы изготовить форму для последующего литья, необходимо иметь мелкозернистый кварцевый песок, который идет с добавкой термореактивной смолы, являющейся его связующим элементом для получения полноценной оболочковой формы. Данные материалы, в частности, смола выбирается из-за того, что при прохождении определенного температурного барьера она затвердевает. Процесс изготовления идет следующим образом. Сначала смолу подвергают нагреву до 140-160 градусов по Цельсию. Под воздействием такой окружающей среды она превращается в жидкую клейкую массу, которая полностью обволакивает форму из кварцевого песка.

Область применения литья в оболочковых формах довольно широка, а потому сам процесс изготовления форм доводится до автоматического или же автоматизированного.

После того как форма будет полностью покрыта смолой, температуру увеличивают до 200-250 градусов по Цельсию. Этого температурного порога вполне хватает для того, чтобы клейкая масса необратимо затвердела и образовала форму. Далее, когда начинается процесс отливки деталей, то есть когда расплавленный металл попадает в форму, температура в ней достигает около 600 градусов. Данного режима хватает для того, чтобы смола не расплавилась, а сгорела, оставив при этом на самой форме поры, облегчающие отход газов.

Виды и состав смесей

К формовочным смесям для литья предъявляются следующие требования:

Состав различных смесей

Формовочные смеси делятся на три типа:

Кроме них используются:

Классификация формовочных смесей

Химически отверждающиеся смеси имеют малый срок жизни. В следствие чего в смесь добавляется едкий натр.

Источник

Требования к формовочным и стержневым смесям и их свойствам

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Требования к формовочным и стержневым смесям и их свойствам

Качество отливки во многом зависит от:

г – химического состава, свойств формовочных и стержневых смесей и технологии их приготовления.

К основным свойствам формовочных смесей относятся: пластичность, прочность. огнеупорность, гигроскопичность, газотворность и газопроницаемость.

Пластичность— способность смеси деформироваться под действием приложенной нагрузки. Формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью, чтобы точно воспроизводить конфигурацию модели в форме. Таким свойством обладают материалы, которые могут пластически деформироваться под действием слабых усилий, например, нажатия руки. Формовочные смеси имеют структуру, состоящую из зерен кварца, покрытых оболочкой связующего. Благодаря силам сцепления, зерна кварца прочно соединяется между собой. Для отделения их друг от друга или перемещения необходимо приложить усилие сдвига, которое будет тем больше, чем выше вязкость связующего. Таким образом, чем выше вязкость связующего, тем менее пластична формовочная (стержневая) смесь.

Прочность формовочных смесей зависит от их химического состава. Заданная прочность литейной формы достигается уплотнением формовочной (стержневой) смесей в процессе изготовления формы (стержня) и соотношением связующих элементов и наполнителей и различных добавок.

Огнеупорность— способность формовочных (стержневых смесей) противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Стенки полости формы при заливке металла нагреваются до температур, равных температуре металла. При заливке стали эта температура составляет 1580

Кроме температуры и химических реакций, на величину пригара влияет пористость формы, а также продолжительность теплового воздействия жидкого металла на стенки формы. Чем выше огнеупорность формовочной (стержневой) смеси и чем более инертна она к химическим реакциям при высоких температурах, тем меньше пригар на отливках. Во многих случаях стержни со всех сторон окружены жидким металлом и прогреваются им на всю толщину, поэтому стержневые смеси должны приготовляться из более огнеупорных песков.

Долговечность- способность смеси почти не терять своих свойств при многократном использовании. Долговечность формовочной смеси является важной характеристикой, определяющей экономичность ее использования.

Газотворность и газопроницаемость. При нагревании стенок формы (стержня) жидким металлом влага, входящая в состав формовочной смеси, связующие, добавки (опилки, уголь) образуют большое количество паров и газов. Свойство смеси выделять при нагревании пары и газы называется газотворной способностью, пары и газы, образующиеся в слоях формы, соприкасающихся с жидким металлом, под действием тепла расширяются и перемещаются как внутрь формы (по каналам между песчинками) так и через металл. Если сопротивление движению паров и газов по каналам между песчинками будет больше сопротивления движения газов через металл, то в отливке могут появиться газовые раковины. Для получения отливок без газовых раковин формовочная (стержневая) смесь должна пропускать газы, т.е. обладать высокой газопроницаемостью. Из стержней, выполняющих полости и отверстия в отливках, газы, образующиеся при разложении связующего, выделяются более интенсивно. Это способствует образованию газовых раковин в отливке. Поэтому стержневые смеси должны обладать особенно малой газотворной способностью и высокой газопроницаемостью. Газопроницаемость смесей зависит от величины и формы зерен песка, от содержания глины и влаги, а также от степени уплотнения смеси при формовке. Можно приготовить образцы с высокой пористостью, вместе с тем эти образцы не будут газопроницаемы, поэтому можно считать, что в отношении отвода газов имеют значение только те поры и каналы, которые соединяют внутреннюю часть формы с ее поверхностью. Формовочная смесь является газопроницаемой, если через нее при заданном давлении в течение определенного времени проходит определенное количество газов.

В качестве единицы измерения газопроницаемости принимается количество см 3 газа (воздуха), проходящего в I мин. через слой формовочной смеси площадью в 1 см 2 и высотой в I см при разнице давления в I см водяного столба.

Определяется газопроницаемость пропусканием 2000 см 3 воздуха комнатной температуры через стандартный образец диаметром, и высотой 5,0см. При этом фиксируют давление воздуха «р» перед образцом и время «τ» прохождения всего объема воздуха. Величину газопроницаемости вычисляют по формуле:

Подставляя вместо буквенных выражений их значения, формула примет вид:

Газопроницаемость смеси назначается для конкретных условий изготовления отливки. В общем случае можно указать пределы изменения газопроницаемости, ориентировочные значения которых приведены в табл.1.

Источник

Материаловед

3.2. Приготовление формовочных и стержневых смесей

Формовочные смеси классифицируют:

– по назначению (для отливок из чугуна, стали и цветных металлов);

– по составу (песчано-глинистые, содержащие быстротвердеющие крепители, специальные);

– по применению при формовке (единые, облицовочные, наполнительные);

– по состоянию форм перед заливкой в них сплава (сырые, сухие, подсушиваемые и химически твердеющие).

Для приготовления смесей используются природные и искусственные материалы.

Основными исходными материалами являются песок и глина, вспомогательными – связующие вещества и добавки. Кроме исходных материалов для приготовления формовочных смесей используют отработанные (бывшие в употреблении) смеси.

В зависимости от назначения различают формовочные и стержневые смеси. Правильный выбор смеси имеет большое значение, так как около половины брака отливок возникает из-за низкого качества формовочных материалов и смесей.

Песок – основной огнеупорный компонент формовочных и стержневых смесей.

Обычно используется кварцевый или цирконовый песок из кремнезема SiO₂.

Глина является связующим веществом, обеспечивающим прочность и пластичность, обладающим термической устойчивостью. При увлажнении вокруг глинистых частиц, несущих на своей поверхности электрический заряд, образуются гидратные оболочки, обеспечивающие легкое скольжение частиц относительно друг друга при сохранении их сцепления и без нарушения сплошности материала при деформации. Все основные технологические свойства формовочных глин определяются их минералогическим составом, размером частиц, количеством и составом присоединенных катионов. Чем меньше в глине примесей, тем выше ее термохимическая устойчивость. Широко применяют бентонитовые или каолиновые глины.

В формовочные и стержневые смеси вводят в небольших количествах (1…3 %) дополнительные связующие. Их подразделяют на органические и неорганические, растворимые и нерастворимые в воде (сульфидно-спиртовая барда, битум, канифоль, цемент, жидкое стекло, термореактивные смолы и др.).

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.

Замазки применяют для исправления поверхностных дефектов форм и стержней при их окончательной отделке. Они должны обладать хорошей пластичностью, не образовывать трещин и не отслаиваться от поверхности формы (стержня) после тепловой обработки.

Легирующие пасты, состоящие из размолотых легирующих элементов – марганца, кремния, хрома, алюминия, 10 % соды, 10 % буры, применяют с целью изменить химический состав и свойства поверхностного слоя отливок.

Смеси должны обладать рядом свойств:

По применению при формовке различают облицовочные, наполнительные и единые смеси.

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

Наполнительная смесь 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 смесь применяется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной. Используется 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. Применяются быстротвердеющие формовочные смеси с добавками цемента или жидкого стекла. Форму из этой смеси высушивают путем продувания через формовочную смесь углекислого газа. Форма становится прочной и достаточно газопроницаемой.

Широко применяются в последнее время самотвердеющие смеси. Кроме жидкого стекла в них добавляют материалы, ускоряющие процесс твердения, например, феррохромистый шлак. Смесь затвердевает на воздухе в течение 30 минут и становится прочной и газопроницаемой. Разновидностью самотвердеющих смесей являются текучие самотвердеющие смеси, применение которых исключает операцию уплотнения смеси.

Приготовление формовочных смесей

Формовочные смеси приготавливают различными способами в зависимости от их назначения и технологических свойств.

Приготовление смесей включает подготовку исходных формовочных материалов, отработанных смесей и приготовление смесей из этих материалов.

Сначала подготавливают песок, глину и другие исходные материалы.

Песок сушат при температуре около 250 0 С в печах или специальных установках и просеивают в целях отделения комьев, гальки и различных посторонних включений через сита с размером ячеек 3…5 мм.

Глину сушат при температуре 200…250 0 С, размельчают в два этапа: дробят на куски размером 15…25 мм в дробилках; размалывают в шаровых мельницах или бегунах до частиц размером менее 0,1 мм и просеивают через сита. Аналогично получают угольный порошок.

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

Приготовление песчано-глинистой формовочной смеси включает несколько операций: дозирование, перемешивание компонентов смеси, увлажнение, вылеживание и разрыхление.

Сущность процесса перемешивания состоит в том, чтобы из компонентов получить однородную смесь, все зерна песка которой были бы покрыты тонким, равномерным слоем увлажненной глины или другого связующего. 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 и устранения неравномерности распределения влаги в смеси.

Готовую смесь разрыхляют в специальных устройствах (аэраторах или дезинтеграторах), что обеспечивает высокую газопроницаемость и однородность уплотнения смеси в формах.

Готовую смесь по ленточным конвейерам подают в бункеры на формовку.

Пластичную самотвердеющую смесь на жидком стекле готовят в два этапа. На первом этапе в бегуны вводят все компоненты смеси, кроме феррохромистого шлака, песок, глину, уголь, жидкое стекло, раствор едкого натра и др. компоненты перемешивают и готовую базовую смесь по транспортерным лентам подают в бункеры на место формовки. На втором этапе в специальные барабанные или шнековые смесители из бункера подают базовую смесь и вводят дозу феррохромистого шлака, перемешивают и подают в опоку.

Исходные материалы жидких, самотвердеющих смесей подают в бункеры на формовочный участок, затем исходные материалы в определенной последовательности подают в барабанные или шнековые смесители и перемешивают. Жидкая композиция готовится отдельно. Готовую смесь подают в опоку.

Стержневая смесь соответствует условиям технологического процесса изготовления литейных стержней, которые испытывают тепловые и механические воздействия. Она должна иметь более высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки.

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

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

Для обеспечения этих свойств в стержневую смесь добавляют связующие материалы и другие добавки. В качестве связующих материалов применяют синтетические смолы, естественные смолы (сланцевая смола, канифоль), поливиниловый спирт, декстрин и др.

В зависимости от способа изготовления стержней смеси разделяют: на смеси с отвердением стержней тепловой сушкой в нагреваемой оснастке (в качестве связующих материалов применяют быстротвердеющие органические и органоминеральные связующие, которые затвердевают с помощью катализаторов); 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.

Источник

Песок	Класс	Глинистая составляющая	SiO₂	Вредные примеси
окислы щелочноземельных металлов	окислы железа