Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Формовочные материалы. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
229
Добавлен:
20.05.2014
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

влажностью, что позволяет получать точные отливки из чугуна и стали массой до 200 кг.

При стальном литье для смесей используют кварцевые формовочные пески с содержанием глинистой составляющей до 1%, зерновой группы 02, при мелком литье применяют пески с зерновой группой 016, а при массивном – с зерновой группой 0315. Для предупреждения образования трещин в отливках в состав смеси вводят древесные опилки, а для повышения поверхностной прочности форм в смесь вводят водный раствор лигносульфонатов (сульфитно-дрожже- вая бражка). Для предупреждения пригара при массивном литье с применением сухих форм в смесь вводят до 20% пылевидного кварца. Состав и свойства типовых песчано-глинистых формовочных смесей для стального литья приведены в табл. 8.2.

При чугунном литье используют в основном кварцевые и тощие формовочные пески зерновой группы 016. При производстве мелкого литья с повышенной чистотой поверхности могут применяться пески зерновой группы 01, а при производстве крупных толстостенных отливок – зерновых групп 0315 и 04. Для предупреждения образования пригара на отливках в состав смесей вводят каменноугольную пыль. Для улучшения податливости и газопроницаемости сухих форм в смесь вводят добавку древесных опилок. Состав и свойства типовых песчано-глинистых формовочных смесей для чугунного литья приведены в табл. 8.3.

Характерное отличие смесей для отливок из цветных сплавов состоит в применении мелкозернистых формовочных песков со средним размером зерна 01 и 0063. Для крупных отливок из цветных сплавов применяют пески со средним размером зерен 016 и 02. Содержание глинистой составляющей в формовочных песках может быть значительно больше, чем при литье чугуна и стали. Для предупреждения пригара на отливках из медных сплавов в смесь вводят добавку мазута, а при литье из сплавов на основе магния для защиты металла от окисления вводят добавку борной кислоты или фтористые присадки.

Состав и свойства типовых песчано-глинистых формовочных смесей, предназначенных для цветного литья, приведены в табл. 8.4.

110

Таблица 8.2

Типовые составы песчано-глинистых формовочных смесей для стального литья

Назначение

Толщина

 

Характеристика смеси

 

Массовая доля составляющих, %

смеси

стенки,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зерно-

Общее

Газо-

Проч-

Влаж-

Оборот-

Кварце-

Глина

Суль-

 

мм

вая

глиносо-

про-

ность на

ность,

ная

вый пе-

 

фитно-

 

 

группа

держание

ницаемо-

сжатие

%

смесь

сок

 

дрож-

 

 

формо-

смеси, %

сть

влажных

 

 

 

 

жевая

 

 

вочного

 

 

образцов,

 

 

 

 

бражка

 

 

песка

 

 

105 Па

 

 

 

 

(КБЖ)

 

 

 

 

 

(кгс/см2)

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Облицовочная для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

формовки по-сырому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при массе отливок, кг:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< 100,

25

016, 02

8–10

80–100

0,3–0,5

3,5–4,0

80–40

16,5–53,0

3,0–6,0

 

100–500,

25

0,2

10–12

100– 120

0,4–0,6

4,0–5,0

75–40

20,5–51,5

4,0–8,0

<0,5

>500

25

02,0315

11–12

100– 130

0,5–0,7

4,5–5,5

60–40

33,5–51,0

6,0–8,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Единая для формовки

 

016

 

 

 

 

 

 

 

 

по-сырому при массе

25

8–10

80–100

0,3–0,5

3,4–4,5

90–92

6,5–8,0

1,0–1,5

0,5–1,0

02

отливки до 100 кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 8.2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Облицовочная для

 

 

 

 

0,5–0,7

 

 

 

 

 

формовки по-сухому

 

 

 

 

(на разрыв

 

 

 

 

 

при массе отливок, кг:

 

 

 

 

сухих

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

образцов

5,0–7,0

80–40

 

 

 

<500,

50

02

12–14

70–100

0,8–1,2)

15,5–50,5

4,0–9,0

<0,6

>500,

50

02,0315

12–14

100–120

0,5–0,8

5,0–8,0

60–40

33,0–49,5

6,5–9,0

0,5–1,5

 

 

 

 

 

(на разрыв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сухих

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

образцов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,0–1,5)

 

 

 

 

 

< 10000,

50

0315

12–15

>80

0,55–0,65

6,0–7,0

–

 

 

–

Песок и глина–100

 

 

 

 

 

 

 

 

Песок и глина–80,

 

10 000–30 000

80

0315

12–15

>50

0,55–0,65

6,0–7,0

–

пылевидный

–

кварц–20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Единая для отливок,

 

 

 

 

 

 

80–40,

 

 

 

склонных к горячим

 

 

 

 

 

 

древес-

12,5–45,5

4,0–9,0

1,5–2,4

трещинам

 

02,0315

12–14

70–100

0,35–0,60

5,0–7,0

ные

 

 

 

 

 

 

 

опилки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2–4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

112

Формовочные смеси, применяемые в современных технологических процессах для автоматических линий (табл. 8.5), представляют собой много компонентные системы. Они должны обладать комплексом свойств (прочностью, газопроницаемостью, огнеупорностью, долговечностью и т. д.), обеспечивающих высокое качество отливок и заданную производительность линии. Особенностью этих смесей является минимальное содержание (до 3%) высококачественных бентонитов в сочетании с крахмалсодержащими добавками (крахмалит от 0,01 до 0,1%) и ПАВ (от 0,01 до 0,07%). Такие смеси при минимальном содержании влаги (от 3,0 до 3,8%) обладают следующими преимуществами:

−повышенной чистотой поверхности отливок за счет образования легкоплавкой силикатной корочки на поверхности формы;

−снижением содержания бентонита, необходимого для получения заданной прочности смесей, в 2–2,5 раза по сравнению с содержанием каолинитовой глины, что приводит к увеличению газопроницаемости, огнеупорности и т. д.;

−легкой выбиваемостью отливок из форм;

−повышением податливости форм, что способствует снижению возможности образования ужимин;

−повышением текучести смесей.

113

Таблица 8.5

Типовые составы формовочных смесей для автоматических линий

 

 

 

 

Состав смеси, %

 

 

Свойства смесей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Материал

Способ уплотнения

Оборотная смесь

Кварцевый песок

Бентонит

Уголь

Крахмалит

ПАВ

Влажность, %

Прочность на сжатие, кПа

Газопроницаемость

Формуемость, %

Уплотняемость, %

Текучесть, %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

95,5–97,5

2–4

0,2–0,3

0,1– 0,2

0–0,05

0,01–0,03

3,4–3,8

60–90

100

75–80

40–45

70–75

Чугун

2

94,5–97

3–4

0,3–0,5

0,2–0,3

0,02–0,05

0,02–0,04

3,2–3,4

100–140

100

60–85

40–45

75

 

3

94–96,5

3–5

0,4–0,7

0,4–0,5

0,05–0,1

0,04–0,05

3,0–3,2

150–200

120

80–85

45

75–80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

94,5–95,5

3–5

0,3–0,4

–

0–0,02

0,03–0,05

3,3–3,7

70–90

100

75–80

40–45

70–75

Сталь

2

94–96,5

4–5

0,4–0,6

–

0,02–0,05

0,03–0,07

3,2–3,5

100–140

100

80–85

40–45

75

 

3

93,2–95,5

4–6

0,5–0,7

–

0,04–0,1

0,05–0,07

3,0–3,2

150–200

120

80–85

45

75–80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание . 1 – при встряхивании с подпрессовкой; 2 и 3 – при прессовании под высоким давлением без уплотнения с предварительным уплотнением.

114

8.2. Песчано-жидкостекольные смеси

Песчано-жидкостекольные смеси широко применяются при единичном и серийном изготовлении форм и стержней. Одной из причин широкого использования этих смесей является возможность упрочнения форм и стержней без теплового воздействия. Упрочнение может быть осуществлено выдержкой на воздухе (подвяливание), продувкой углекислым газом, или введением в смесь химического реагента, вызывающего аналогично углекислому газу коагуляцию жидкого стекла. Второй причиной является то, что благодаря использованию тепловой сушки продолжительность процесса упрочнения этих смесей значительно меньше, чем песчано-глинистых. Третьей причиной широкого применения данных смесей можно считать относительно низкую стоимость жидкого стекла, простоту его изготовления и нетоксичность этих смесей.

Существенным недостатком песчано-жидкостекольных смесей является плохая выбиваемость и регенерируемость вследствие повышенной спекаемости жидкого стекла с формовочным песком, а также ограниченное использование отработанных смесей в связи с тем, что в приготовляемых смесях накапливается содержание оксида натрия Na2О, который снижает огнеупорность смесей.

При изготовлении форм и стержней применяют два вида песчаножидкостекольных смесей: пластичные и жидкие. Пластичные смеси применяют в качестве облицовочного слоя. Упрочнение готовых форм и стержней осуществляют воздушной сушкой – подвяливанием на воздухе в течение 2–8 ч; тепловой сушкой при температуре 220– 250°С в течение 0,5–1 ч и химическим путем. При химическом упрочнении применяют продувку форм и стержней углекислым газом, вводя в смесь порошкообразные добавки феррохромового шлака или нефелинового шлама, а также жидкие добавки – ацетаты этиленгликоля (АЦЭГ) либо пропиленкарбонат. Время отверждения пластичных самотвердеющих смесей (ПСС) составляет около 40–60 мин, при этом смесь приобретает значение прочности на разрыв в пределах 0,07÷0,13 МПа (0,7÷1,3 кг/см2), а по прошествии более длительного времени прочность повышается до 0,7 МПа (7,0 кг/см2) и более.

115

Важное преимущество смесей с продувкой СО2 и ПСС по сравнению с обычными способами изготовления форм и стержней состоит в том, что упрочнение смесей происходит в контакте с оснасткой, что повышает точность размеров отливок.

Состав и свойства песчано-жидкостекольных смесей приведены в табл. 8.6 и 8.7.

116

Таблица 8.6

Состав и свойства пластичных песчано-жидкостекольных смесей для изготовления форм и стержней (СО2-процесс)

 

 

 

Массовая доля составляющих, %

 

 

Свойства смеси

 

 

Кварцевыйпесок*

Формовочная глина

 

Асбестовая крошка

Каменноугольная пыль

Древесные опилки

Жидкоестекло

ОНNa**

Битум***

Влажность, %

Газопроницаене(мостьменее)

Прочность,105 Па

 

 

сжатиена сырому-по

разрывна

после продувки СО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(кгс/см2)

Назначение смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Облицовочная для форм

92–96

4–5

 

–

0–3

–

5–7

0,5–1,5

–

3–3,5

100

0,1–0,3

 

2,0

при стальном литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стержневая при стальном

95–97

–

 

3–5

–

–

4–6

0,5–1,0

0–2

3,5–4,0

150

0,1–0,2

 

3,5

литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Облицовочная для форм

91–93

4–5

 

–

3–4

–

5–6

1,0–1,5

–

3,0–4,0

80

0,1–0,3

 

2,0

при чугунном литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стержневая при чугунном

95–97

–

 

3–5

–

–

4–5

0,5–1,0

2

3,5–4,0

120

0,1–0,2

 

3,0

литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Облицовочная при цвет-

92–96

4–5

 

–

0–3

 

4–5

0,5–1,5

–

3,0–4,0

60

0,1–0,2

 

2,0

ном литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стержневая при цветном

90–99

0–5

 

–

–

1–5

3–5

0,5–1,0

0–2

3,5–4,0

80

0,1–0,2

 

2,5

литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечания :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*При изготовлении смесей для форм допускается замена части песка регенератом. **В виде водного раствора плотностью 1,3 г/см3.

117

***В виде раствора в уайт-спирите плотностью 0,86–0,92 г/см3.

Таблица 8.7

Состав и свойства пластичных песчано-жидкостекольных самотвердеющих смесей для изготовления форм и стержней (ПСС-процесс)

 

Массовая доля составляющих, %

 

 

Свойства смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кварцевый песок*

Формовочнаяглина

Каменноугольная пыль

Асбестоваякрошка

Жидкое с текло

 

Феррохромовый шлак

Влажность, %

Газопроницаемость (не менее)

Прочность, 105 Па (кгс/см2)

 

Назначение

 

 

 

 

 

 

 

 

NаОН**

на сжатие

 

на разрыв,

 

смеси

 

 

после выдержки, ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

до

после

 

 

 

 

 

 

введения

введения

1

 

2

 

3

 

шлака

шлака

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Облицовочная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для форм при

96–58

2–4

–

–

6–8

0,5–1,5

4–6

3,5–4,0

120

0,12–0,15

0,2–0,4

0,8–1,2

1,5–1,8

2,3–2,8

стальном литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Облицовочная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для форм при

91–93

4–5

3–4

–

5–7

0,5–1,0

2–3

3,5–4,0

100

0,12– 0,15

0,2–0,3

0,7–1,0

1,3–1,6

2,0–2,5

чугунном литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стержневая при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стальном и

93–98

–

0–4

2–3

4–6

0,5–1,0

4–6

3,4–3,8

120

0,07–0,09

0,13– 0,16

1,0–1,3

1,5–2,0

2,5–3,0

чугунном литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечания :

*При изготовлении смесей для форм допускается замена части песка регенератом.

**В виде водного раствора плотностью 1,3 г/см3.

118

Пластичные самотвердеющие смеси (ПСС) приготовляют по двухстадийной технологии. Сначала делают базовую смесь состоящую из формовочного песка, глины, молотого угля, жидкого стекла и воды. Смесь высокопластичная, прочность на сжатие во влажном состоянии 0,015 МПа (0,15 кг/см2). На участке формовки в лопастном смесителе в базовую смесь вводят отвердитель – феррохромовый шлак или др. После перемешивания в течение 45–60 с готовая смесь подается в опоку и распределяется по поверхности как облицовочная. Жидкое стекло и отвердитель взаимодействуют во всем объеме смеси, в результате чего она затвердевает. После изготовления формы из нее сразу можно удалять модель, через 30 мин на поверхность формы можно наносить противопригарное покрытие, а через 4–6 ч заливать металлом.

Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС). Эти смеси имеют высо-

кую текучесть, так как они подобно жидкости могут быть залиты в опоку или стержневой ящик. Другое важное свойство этих смесей – самозатвердевание. Их применяют при изготовлении средних и крупных по величине форм и стержней, так как в этом случае, ввиду отсутствия операции уплотнения смеси, их использование наиболее эффективно. Перевод в жидкое состояние достигается за счет введения в смесь добавок пенообразователей – поверхностно-активных веществ (ПАВ). Пузырьки пены разделяют зерна песка, уменьшают силы трения, что и придает смеси свойство текучести. Текучесть смеси можно изменять в зависимости от ее состава и времени перемешивания. Время сохранения текучести также можно регулировать, оно составляет 9–10 мин. Смесь приобретает достаточную прочность через 20–30 мин. Газопроницаемость этих смесей может превышать 1000 ед., прочность на сжатие через 4 ч после заливки составляет 0,2–0,4 МПа (2–4 кг/см2). Применение ЖСС позволяет резко повысить производительность труда, исключить ручной труд при изготовлении форм и стержней, устранить энергоемкую операцию сушки, механизировать производство крупных отливок. Состав и свойства ЖСС, предназначенных для изготовления форм и стержней при стальном и чугуном литье, приведены в табл. 8.8.

119