4.2. Состав и свойства песчано-смоляных смесей

Применяют сыпучие, пластичные и жидкие песчано-смоляные смеси. Сыпучие смеси в исходном состоянии характеризуются отсутст­вием связи между зернами. Их применяют при изготовлении оболочко­вых форм и стержней. Упрочнение смеси в этом случав осуществляют с помощью тепловой обработки обычно в два этапа: первый этап - в течение 20-30 с в контакте с модельной или стержневой оснасткой, нагретой до 180-240°С; второй - обработка в течение 3-4 мин в печи с температурой рабочего пространства 350~450°С. При изготовлении сыпучих смесей используют термореактивные фенолоформальдегидные смолы. Наибольшее распространение получило связующее ПК-104 (ГОСТ 13507-68), состоящее из фенолоформальдегидной смолы марки 104 в виде мелких чешуек и 7,4-8,0% уротропина.

Сухие песчано-смоляные смеси подразделяют на механические и плакированные. Механическую смесь песка, порошкообразного связующе­го и добавок используют ограниченно: только при бункерном способе формирования оболочковых форм и стержней, когда смесь находится в закрытом объеме и не происходит расслоения компонентов. Наилучшими зарекомендовали себя плакированные песчано-смоляные смеси, в кото­рых смола и добавки в виде тонкой пленки покрывают зерна песка. В табл. 2.2 приведены состав и свойства сыпучих плакированных песчано-смоляных смесей /II/.

Пластичные смеси уплотняют в оснастке различными ме­тодами (пескодувный, пескострельный, встряхивание, прессование и др.), а затем упрочняют как за счет введения добавок катализаторов,

Гликоли - двухатомные спирты. Простейший гликоль – этиленгликоль СН₂ОН-СН₂ОН, сиропообразная жидкость сладкого вкуса, сме­шивается с водой в любых отношениях, применяют как растворители, пластификаторы, антифризы.

ускоряющих протекание реакций полимеризации смолы, так и тепловой обработкой. Пластичные смеси имеют следующие преимущества:

возможность регулирования живучести и скорости твердения сог­ласно требованиям цикловой производительности оборудования;

легкая заполняемость смесью оснастки и хорошая уплотняемость;

высокое качество отпечатка;

прочность и размерная точность;

простота выполнения операций формообразования и высокая произ­водительность процесса при механизированном и автоматическом изго­товлении.

Песчано-смоляные смеси, твердение которых осуществляется толь­ко за счет введения катализатора, получили название холодно-твердеющих (ХТС). Изготовленные из них формы и стержни упрочняют не­посредственно в оснастке без тепловой обработки. В табл. 2.3 при­ведены состав и свойства пластичных песчано-смоляных ХЗС для стержней.

Одной из разновидностей теплового метода упрочнения стержней, изготовленных из песчано-смоляных смесей, является кратковременная их выдержка в нагретом до определенной температуры стержневом ящи­ке. Процесс, основанный на данном методе тепловой обработки стерж­ней, называют процессом изготовления стержней в горячих ящиках. В зависимости от класса применяемых смол температура нагрева ящика должна составлять 220-280 С⁰, а выдержка в нем стержня должна осу­ществляться в течение 40-70 с. В горячих ящиках изготавливают в основном доходе стержни сложной конфигурации в условиях массового про­изводства. Состав и свойства пластичных песчано-смоляных смесей, предназначенных для изготовления стержней в горячих ящиках, приве­дены в табл. 2.4.

Жидкие смеси применяют для изготовления стержней, тверде­ние которых осуществляют как за счет тепловой обработки, так и за счет введения катализаторов. В качестве добавки, способствующей переводу смеси в жидкое состояние (пенообразователь), применяют сульфонол НП-1, а в качестве катализатора – 70%-ный раствор бензосульфокислоты (БСК). Состав и свойства жидких песчано-смоляных само­твердеющих смесей для изготовления стержней приведены в табл. 2.5.

В последние, годы все большее применение уходят смеси с ис-пользованием полиацетатных смол.

Для обеспечения нормальной прочности смеси вводят в нее 15-20%-ный водный раствор ПВС (рис. 2.1). Более высокая концентра­ция, увеличивая вязкость раствора, ухудшает обволакивающие свойст­ва пленок и снижает прочность /15/. Есть данные /16/, что целесообразно применять 10-12%-ные растворы ПВС, а более низкие концентра­ции дают низкую прочность; увеличение же количества такого раство­ра ПВО в смеси приводит к увеличению влажности.

Обычно в смесь дают 2-3,5% 20-15%-ного раствора ПВС (рис.2.2). При содержании ПВС более 3% текучесть и формуемость смеси ухуд­шается.

Пример рецептуры смеси с ПВС

1) 97,96-96,43 вес ч. песка 062-2К02;

2) 2-3,5 вес. ч. 20%-ного водного раствора ПВС;

3) 0,04-0,07 вес. ч. 2х-валентного сернокислого железа (FeSO₄ ).

Прочность сухих образцов из такой смеси при растяжении (23,0-29,0) 10⁵ Па(кгс/см²), а сырых при влажности 1.8-2,0% на сжа­тие (0,03-0,04) 10⁵ Па(кгс/см²).

Для особо сложных и ответственных стержней стальных отливок в смесь вводят 0,5-0,8% фенолоспирта.

Из смесей на ПВС изготавливают мелкие и средние стержни на ав­томатах по горячим ящикам. Температура сушки 160-180°С за 15-20 мин. или 220-240°С за 10 мин; дальнейшее повышение температуры ведет к полной деструкции полимера.

Ввод 50% тиомочевины от сухого ПВС повышает прочность и снижает время отверждения до 2-25 мин. Ввод сульфитноспиртовой барды (ССБ)

в состав смеси (1,2-1,3%) улучшает заполняемость стержневого ящика и дополнительно повышает сухую прочность на 20~30%.

Стержни из смесей на ПВАЭ обеспечивают хорошую чистоту поверх­ности отливок, податливы, легко выбиваются из отливок.

Стержневая смесь имеет наилучшие механические свойства при не­значительном (1,0-1,2%) расходе ПВАЭ в сочетании с ССБ и мочевиной. Пример рецептуры смеси с ПВАЭ

100% - кварцевый песок;

2,5-3,0% - ССБ;

0,5-0,6% - мочевина;

1,0-1,2% - ПВАЭ.

Живучестъ такой смеси 3-5 ч, а накрытая влажной мешковиной, более 2 ч.

Прочность сухих образцов из такой смеси при растяжении (23,0-25,0)10⁵ Па(кгс/см²), а на изгиб (15,0-18,0) 10⁵ Па(кгс/см² )

Эмульсия имеет слабый запах, безвредна в физиологическом отно­шении, легко разбавляется водой, отверждается без нагрева и отвер-дителей.

Стержневая смесь с ПВАЭ быстро отвердевает при температуре бо­лее низкой, чем смесь на масляных связующих, причем стержни на ПВАЭ нельзя нагревать выше 240°С, иначе связующее выгорает, сухая проч­ность резко снижается и увеличивается осыпаемость. Оптимальная тем­пература сушки 220-280°С, время сушки 15-20 мин (в зависимости от толщины стержней).

Более низкая температура сушки не желательна, так как образцы, например, высушенные за более длительное время (30 мин при 160 °С), теряют свои прочностные и технологические свойства в процессе хра­нения, поскольку поликонденсация ПВАЭ при указанных условиях про­исходит не полностью.

Газотворность смеси с ПВАЭ низкая, не превышает 7 см³/г, а вы-биваемость стержней из сложных отливок типа радиаторов лучше, чем стержней на масляных связующих.

Добавка мочевины в стержневую смесь с ПЗАЭ положительно влияет на свойства, повышая на 15-20% прочность и термостойкость, не влияя на газотворность и газопроницаемость, хотя несколько увеличи­вает гигроскопичность.

Смеси из ПВАЭ могут успешно применяться как для мелких, так и для крупных стержней при изготовлении отливок из цветных сплавов и чугуна.