4. Формовочные и стержневые смеси
Формовочные и стержневые смеси являются строительным материалом для разовых форм и стержней. Смеси должны обладать следующими основными технологическими свойствами: пластичностью, прочностью, газопроницаемостью, выбиваемостью и огнеупорностью. Кроме того, смеси должны отвечать требованиям санитарии и гигиены, а также быть, по возможности, недорогими.
Пластичность смесей обеспечивает получение точного отпечатка формы и стержня с рабочих поверхностей модели и стержневого ящика.
Прочность смесей обеспечивает сохранность конфигурации и размеров полости формы в процессе ее изготовления, транспортировки и заливки. Избыточная прочность нежелательна, так как увеличивается трудоемкость извлечения отливки из формы и стержня из отливки.
Газопроницаемость смесей обеспечивает удаление газов из формы и стержня. После заливки металла форма и стержень выделяют газы в количестве 15-45 см3 из 1 см3 смеси. Газы могут образовать в отливках газовую пористость и газовые раковины. Эти дефекты приводят к браку.
Огнеупорность определяется температурой плавления смеси. Температура плавления формовочной и стержневой смесей должна быть выше температуры заливаемого в форму металла. Для получения отливок из сплавов на основе железа (стали, чугуна) достаточную температуру плавления имеет кварцевый песок (около 1700°С). Естественно, для сплавов на основе алюминия или меди, кварцевый песок является абсолютно надежным огнеупорным материалом.
Выбиваемость определяется работой, затрачиваемой на разрушение разовых форм и стержней в процессе извлечения отливок.
Состав стержневых и формовочных смесей оказывают заметное влияние на санитарно-гигиенические условия труда в литейном цехе, так как они выделяют пыль и вредные газы (окись углерода, формальдегид, фенолы). В производстве применяют все методы изоляции источников пыле- и газовыделения, а также методы сокращения количества выделяющихся пыли и газов.
Типовая формовочная смесь содержит:
90% кварцевого песка;
5-10% глины;
до 5% компонентов, улучшающих свойства смесей;
3-6% воды сверх 100% сухой смеси.
Кварцевый песок SiO2 - огнеупорная основа смеси. Он состоит из зерен размером 0,06-0,8 мм.
Глина является связующим материалом песчаных смесей. Свои связующие свойства глина проявляет только в присутствии воды.
К добавкам, позволяющим регулировать свойства смеси, относятся: молотый уголь, мазут, асбестовая крошка, опилки, битум и ряд других материалов.
Типовая стержневая смесь содержит:
94-98% кварцевого песка;
2-6% связующих материалов на основе синтетических смол и других добавок.
К стержневым смесям предъявляются более высокие требования, чем к формовочным. Стержень испытывает тяжелые механические и температурные воздействия, поскольку находится внутри расплавленного металла. При остывании окружающий металл пытается сдавить стержень. Поэтому до заливки металла стержневая смесь должна иметь более высокую прочность, чем формовочная. После заливки металла стержневая смесь должна резко снижать свою прочность до уровня самовысыпания за счет выгорания смолы.
Упрочнения достигают за счет введения в смесь 2-6% связующих материалов на основе синтетических смол и других добавок. При сушке стержня происходит взаимодействие связующих добавок с кварцевым песком, вследствие чего стержневая смесь приобретает повышенную прочность.
Огнеупорная глина в стержневую смесь или не вводится, или вводится ограниченно только для повышения пластичности. Это объясняется тем, что при заливке формы металлом может произойти затвердевание стержня в случае наличия в нем глины. В результате затрудняется выбивание стержня из готовой отливки.