Milling-master.ru

В помощь хозяину
60 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Формовочные смеси литейное производство

Формовочные материалы и смеси и требования, предъявляемые к ним в литейном производстве

Формовочные материалы. Для изготовления форм и стержней применяют формовочные и стержневые смеси, состоящие из различных формовочных материалов (пески, глины, связующие и противопригарные добавки, древесные опилки, асбестовая крошка, торф и др.).

Формовочный песок состоит из зерен кварца (SiО2) различной величины, глинистой составляющей и небольшого количества примесей. В зависимости от содержания этих компонентов формовочные пески по ГОСТ 2138—56 подразделяются на классы.

Зерна песка имеют различную форму и величину. По форме зерен пески подразделяются на округлые, полуокруглые, остроугольные и осколочные.

Крупность песка определяется величиной зерен в основной фракции. Основной фракцией песка считается наибольшая сумма остатков на трех смежных ситах. В зависимости от величины зерен основной фракции формовочные пески подразделяются на группы (табл. 12).

В зависимости от величины остатка на крайних ситах основной фракции формовочные пески разделяются на две категории: А (когда остаток на крайнем верхнем сите основной фракции больше, чем на крайнем нижнем сите) и Б (когда остаток на крайнем нижнем сите больше, чем на крайнем верхнем сите).

Согласно ГОСТ 2138—56, формовочные пески по характеру распределения зерен делятся на следующие группы:

1) пески с концентрированной зерновой структурой, у которых преобладающая масса зерен сосредоточена на трех смежных ситах;

2) пески с рассредоточенной зерновой структурой, у которых главная масса зерен распределена более, чем на трех ситах. К ним относятся пески:

а) крупные KPK — сумма остатков на ситах 04, 0315 и 025 не менее 60%;

б) средние KPC — сумма остатков на ситах 0315, 025 и 016 не менее 60%;

в) мелкие KPM — сумма остатков на ситах 025, 016 и 01 не менее 60%;

г) с общей рассредоточенностью KPO — в основной фракции на трех любых смежных ситах не менее 60%.

При маркировке формовочного песка на первом месте ставится обозначение класса, на втором — обозначение группы и на последнем — обозначение категории (например, песок марки КО2А). Марку песка устанавливают после определения содержания глинистой составляющей, зернового состава и содержания примесей в песке.

Глинистой составляющей условно считают зерна величиной менее 22 мк независимо от их химического состава. Испытания проводят в лабораторных условиях. Этим путем устанавливают вес исходной навески и высушенного песка. Разность в весе дает содержание в песке глинистой составляющей, которое должно быть выражено в процентах.

Безглинистый песок исследуют дальше, определяя его зерновой состав при помощи ситового анализа. С этой целью навеску песка просеивают на ситах, характеристика которых следующая:

Сита в наборе располагаются в порядке уменьшения размеров. Навеску песка помещают на верхнее крупное сито (№ 2,5), которое сверху закрывают крышкой. Снизу под сито № 005 подставляют металлический тазик. Набор сит устанавливают на специальный прибор, который совершает около 33 колебаний в минуту. Во время работы прибора по крышке верхнего сита ударяет колотушка со скоростью 180 ударов в минуту. Навеска песка просеивается на приборе в течение 15 мин., после чего набор сит снимают с прибора и взвешивают песок, оставшийся на каждом сите. Результаты взвешивания выражают в процентах от веса первоначальной навески (50 г) с учетом количества глины, определенного отмучиванием.

Для определения содержания примесей проводится химический анализ песка по специальным методикам.

Формовочные глины состоят главным образом из одного или нескольких глинистых минералов и примеси других минералов.

Согласно ГОСТ 3226—57, формовочные глины в зависимости от минералогического состава разделяются на два вида: формовочную обыкновенную (Ф), содержащую каолинит, гидрослюдистые минералы, и формовочную бентонитовую, содержащую монтмориллонит, бейделлит и ферримонтмориллонит.

Формовочные обыкновенные глины в зависимости от их связующих свойств, определяемых пределом прочности на сжатие технологической пробы глины, делятся на следующие группы:

В зависимости от термохимической устойчивости формовочные обыкновенные глины делятся на три сорта (табл. 13).

Обозначение марки обыкновенной глины составлено из букв и цифр, указывающих вид, группу и сорт глины, например глина марки ФС-1 (обыкновенная среднесвязующая первого сорта).

Для бентонитовых глин различают три марки: Б1, Б2 и Б3 отличающиеся друг от друга величинами коллоидальности и прочности образца на сжатие во влажном состоянии.

Технологическая проба для определения связующих свойств глины изготовляется по ГОСТ 3594—62 «Глины формовочные. Методы лабораторных испытаний».

Для определения связующей способности глины во влажном состоянии приготовляют смесь следующего состава (технологическая проба): 1900 а сухого кварцевого песка 1КО2А (или Б) по ГОСТ 2138—56; 200 г испытуемой глины, высушенной, измельченной и просеянной; 70 г воды.

Песок и глину перемешивают в лабораторных бегунах в течение 2 мин., после чего добавляют воду и перемешивание продолжают еще 8 мин. Из полученной смеси изготовляют стандартные цилиндрические образцы и определяют их прочность на сжатие.

Для определения прочности на сжатие в сухом состоянии приготовляют следующую смесь: 1900 г сухого кварцевого песка 1КО2А (или Б), 100 г испытуемой глины в порошке, 130 г воды. Порядок перемешивания такой же, как для предыдущей смеси. Стандартные образцы (цилиндры) высушивают при 180—200° С в течение 1,5 часа и определяют их прочность на сжатие на универсальном приборе.

Связующие материалы. Основным назначением их является сообщение стержням и литейным формам необходимой прочности после сушки, а также других не менее важных свойств.

В отечественном литейном производстве используют различные связующие материалы (табл. 14). По происхождению исходного сырья различают органические и неорганические связующие В свою очередь внутри этих подразделений различают водные и неводные связующие материалы.



По характеру и скорости твердения различают замедленно твердеющие, нормально твердеющие, быстро твердеющие и самозатвердевающие связующие материалы.

Большинство органических связующих материалов изготовлено на основе доступных и дешевых продуктов переработки нефти, сланцев и древесины. Значительно менее разнообразно представлены связующие на основе синтетических смол. В ограниченном количестве применяются масляные связующие и декстрин. Из неорганических связующих материалов большое распространение получило жидкое стекло.

При выборе связующих материалов обычно учитывают класс сложности изготовляемого стержня. В табл. 15 приведена классификация стержней, разработанная в НИИЛИТМАШ.

Противопригарные добавки, используемые в литейном производстве, по принципу их действия могут быть разделены на три основных класса: 1) добавки с высокой огнеупорностью (пылевидный кварц графит, хромистый железняк); 2) добавки, выделяющие при нагревании газы восстановительного характера (большинство связующих материалов органического происхождения, каменный уголь, мазут и др.) и 3) добавки, обеспечивающие получение стекловидного легкоотделимого пригара (жидкое стекло, поваренная соль, полевые шпаты и др.).

Противопригарные добавки выбирают главным образом в зависимости от вида заливаемого металла и толщины стенки отливки. Их можно вводить в состав смеси или наносить на поверхность сырого и высушенного стержня или формы.

Смеси для изготовления литейных форм и стержней. Смеси, предназначенные для изготовления форм, называются формовочными, а для изготовления стержней — стержневыми. Они подразделяются на смеси для чугунного, стального и цветного литья.

Количественное соотношение составляющих в формовочных и стержневых смесях зависит от веса отливаемых деталей, их сложности и от металла, из которого отливают детали (чугуна, стали или цветных металлов).

Для получения качественных отливок смеси должны обладать следующими основными свойствами:

1) пластичностью, т. е. способностью легко давать точные отпечатки модели при формовке. Пластичность смеси улучшается при увеличении глинистых составляющих и влажности;

2) прочностью в сыром и высушенном состоянии, т. е. способностью не разрушаться при сборке и транспортировке форм и стержней и под воздействием струи металла, стремящегося размыть форму и стержень;

3) противопригарными свойствами для получения чистой поверхности отливок;

4) газопроницаемостью, т. е. способностью пропускать газы, выделяющиеся из формы и стержня при нагреве их расплавленным металлом и из остывающего металла. Если газопроницаемость смеси недостаточна, в отливках могут образоваться газовые раковины. Газопроницаемость смеси повышается при использовании крупнозернистых и однородных по зерну формовочных песков; с увеличением глины газопроницаемость уменьшается;

5) податливостью, т. е. способностью сжиматься при усадке металла во время его кристаллизации и охлаждения отливки. Это качество необходимо для предотвращения образования трещин в отливке. Лучшей податливостью обладает смесь из крупного песка и с содержанием каменного угля, древесных опилок или. торфа, различного рода органических связующих материалов. Глина ухудшает податливость смеси;

6) практическим отсутствием гигроскопичности высушенных стержней и форм.

Перечисленные требования особенно строго должны выдерживаться для стержневых смесей, так как стержни находятся в более тяжелых условиях при заливке металлом, чем форма. Кроме этого, они должны обладать легкой выбиваемосгью, т. е. легко удаляться из отливки после ее охлаждения. С уменьшением глинистой составляющей в стержневых смесях выбиваемость их улучшается.

Читать еще:  Укладка геотекстиля технология под тротуарную плитку


Формовочные смеси подразделяются на облицовочные, наполнительные и единые.

При изготовлении формы облицовочной смесью засыпают модель слоем толщиной 20—30 мм. В процессе заливки облицовочная смесь находится в непосредственном соприкосновении с металлом и должна обладать всеми вышеперечисленными свойствами.

Наполнительной смесью заполняют остальную часть формы. Наполнительные смеси могут быть менее высококачественными и более дешевыми. Такие смеси должны быть прочными и газопроницаемыми.

Единые формовочные смеси применяют главным образом при массовом механизированном производстве отливок и изготовлении форм на машинах. К ним предъявляют те лее требования, что и к облицовочным смесям.

В зависимости от способа использования форм различают следующие смеси: для заливки по-сырому, по-сухому, быстро твердеющие и самозатвердевающие. Составы рекомендуемых формовочных и стержневых смесей представлены в табл. 16—20.

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

1.1 Основные понятия и определения

Литейное производство, или литье – это способ изготовления заготовки или готового изделия путем заливки расплавленного металла в полость заданной конфигурации с последующим его затвердеванием.

Заготовки или изделия, получаемые методом литья, называют отливками.

Полость, заполняемая жидким металлом при литье, называется литейной формой.

Назначение литейной формы состоит в следующем.

1.Обеспечение необходимой конфигурации и размеров отливки.

2.Обеспечение заданной точности размеров и качества поверхности отливки.

3.Обеспечение определенной скорости охлаждения залитого металла, способствующей формированию требуемой структуры сплава и качества отливок.

По степени использования формы делят на разовые, полупостоянные и постоянные.

Разовые формы служат для получения только одной отливки, изготавливают их из кварцевого песка, зерна которого соединены каким-либо связующим веществом.

Полупостоянные формы это формы, в которых получают несколько отливок (до 10-20), такие формы изготавливают из керамики.

Постоянные формы формы, в которых получают от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч отливок. Такие формы изготавливают обычно из чугуна или стали.

Основной задачей литейного производства является получение отливок с максимальным приближением формы и размеров поверхности к аналогичным параметрам готовой детали с целью уменьшения трудоемкости последующей механической обработки. Основное достоинство формообразования заготовок литьем — возможность получения разнообразных по массе заготовок практически любой сложности непосредственно из жидкого металла.

Стоимость литых изделий нередко намного меньше, чем изделий, изготовленных другими способами, однако для литья применимы не любые сплавы, а только те, которые обладают хорошими литейными свойствами. Основными литейными свойствами являются.

1. Жидкотекучесть – способность жидкого металла заполнять литейную форму, точно повторяя ее конфигурацию.

Чем выше жидкотекучесть, тем литейный сплав лучше. У стали и чугуна это свойство уменьшается с увеличением содержания серы и повышается с увеличением содержания фосфора и кремния. Перегрев сплава выше температуры плавления повышает его жидкотекучесть.

Жидкотекучесть оценивают по длине пути, пройденному жидким металлом до затвердевания. Высокую жидкотекучесть (>700 мм) имеют силумины, серый чугун, кремнистая латунь, среднюю жидкотекучесть (350-340 мм) имеют углеродистые стали, белый чугун, алюминиево-медные и алюминиево-магниевые сплавы, низкую жидкотекучесть имеют магниевые сплавы.

2. Усадка – уменьшение размеров отливки при переходе металла из жидкого состояния в твердое. Чем меньше усадка, тем литейный сплав лучше. Различают усадку объемную (уменьшение объема) и линейную (уменьшение линейных размеров). Это свойство зависит главным образом от химического состава сплава. Ориентировочно линейная усадка составляет 1% для чугунного литья и 2% – для стального и цветного. Разумеется, каждая конкретная марка литейного сплава имеет свое значение усадки.

3. Склонность к ликвации. Ликвацией называют химическую неоднородность по объему отливки. Чем меньше склонность к ликвации у литейного сплава, тем он лучше.

В литейном производстве применяют много самых различных сплавов. Наиболее распространенным является серый чугун, из которого в отечественном машиностроении делают около 75% отливок (по массе), из стали – около 20%, из ковкого чугуна – 3% и около 2% литых деталей изготавливают из сплавов цветных металлов.

Существует два способа заливки металла в формы.

1.Обычная заливка, при которой металл заполняет литейную форму свободно под действием силы тяжести. К этому способу относится литье в песчано-глинистые формы.

2.Специальные способы литья, их существует около 15, основными из которых являются:

· литье под давлением;

· литье в кокиль (в металлические формы);

· литье в оболочковые формы;

· литье по выплавляемым, выжигаемым или растворяемым моделям.

Литье в песчано-глинистые формы – основной метод производства отливок. Этим методом получают литые детали как простой, так и сложной формы, наиболее крупные отливки, которые нельзя получить другими способами.

Применение специальных способов литья позволяет уменьшить брак в литейном производстве. При литье в металлические формы, центробежным литьем обеспечивается получение отливок высокой точности. Наряду с этим специальные способы литья применимы лишь для изделий сравнительно небольших размеров (масса до 300 кг).

Для изготовления литейной формы необходимо иметь модельный комплект. В общем случае модельный комплект состоит из модели, стержневого ящика и моделей элементов литниковой системы.

Модель – это прообраз будущей отливки, с помощью модели формообразуется, в основном, ее наружная конфигурация. От отливки модель отличается материалом, наличием стержневых знаков (если отливка полая и для формирования полости необходим стержень), наличием разъема (если формовка производится по разъемной модели), размерами, превышающими соответствующие размеры отливки на величину линейной усадки сплава.

Стержневой ящик – это часть модельного комплекта, предназначенная для изготовления стержня. Стержень, в свою очередь, необходим для формирования внутренней конфигурации отливки (для получения отверстий).

Литниковая система – это совокупность каналов в литейной форме, подводящих расплавленный металл, улавливающих шлак и неметаллические включения, отводящих из формы газы, а также питающих отливку жидким металлом в процессе ее кристаллизации.

1.2 Технология получения отливок

Технологический процесс производства отливок в песчано-глинистых формах включают формовку, т. е. приготовление полуформы и стержней; сборку литейных форм; заливку расплава, выбивку и очистку отливок.

Для изготовления литейных форм из формовочных смесей применяют модельно-опочную оснастку. В нее входят модели, модельные плитки, стержневые ящики и т. д.

Для облегчения изучения процесса изготовления отливки рассмотрим схему технологического процесса (рис. 1).

По чертежу детали (рис. 1, а) технолог-литейщик разрабатывает чертеж модели и стержневого ящика. В модельном цехе по этим чертежам изготовляют модель (рис. 1, б) и стержневой ящик (рис. 1, в), при этом учитываются припуски на механическую обработку и усадку сплава при остывании. С целью получения опорных поверхностей для установки стержней на моделях выполнены стержневые знаки. По стержневому ящику формуют стержень (рис. 1, г), который предназначен для образования в отливке внутренней полости.

Для заливки формы металлом имеется литниковая система, состоящая из чаши, стояка, шлакоуловителя, питателей и выпоров (рис. 1, e). При сборке в нижнюю полуформу устанавливают стержень, затем соединяют обе полуформы и нагружают балластом. Литейная форма в сборе показана на рис. 1, д.

В плавильном отделении расплавляют металл и заливают в формы. Остывшую отливку выбивают из формы и передают в отделение очистки и обрубки, где ее очищают от формовочной стержневой смеси и обрубают остатки литника, заливы и др.

Модели – приспособления, при помощи которых в формовочной смеси получают отпечатки – полости, соответствующие наружной конфигурации отливок. Отверстия и полости внутри отливок образуют при помощи стержней, установленных в форме при их сборке.

Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливки, на величину линейной усадки сплава, которая составляет для углеродистой стали 1,5-2%, чугуна 0,8-1,2%, бронз и латуней 1-1,5% и т. д. Для облегчения изготовления моделей из формовочной смеси при формовке стенки моделей должны иметь формовочные уклоны (для деревянных моделей 1-3 0 , для металлических 1-2 0 ) В местах сопряжения, делают плавные сопряжения радиусом R = (1/5 — 1/3) средней толщины соприкосновения стенок.

Преимущество деревянных моделей – дешевизна и простота изготовления, недостаток – недолговечность. Модели окрашивают для чугунных отливок в красный цвет, для стальных в синий. Стержневые знаки окрашивают в черный цвет.

Металлические модели чаще всего делают из алюминиевых сплавов. Эти сплавы легки, не окисляются, хорошо обрабатываются резанием.

При машинной формовке обычно применяют металлическую модельную оснастку с установкой модели с установкой модели и литниковой системы на металлической модельной плите.

Стержни формуют в деревянных или металлических стержневых ящиках.

Формовка, как правило, производится в опоках – прочных и жестких металлических ящиках различной формы, предназначенных для изготовления в них литейных полуформ из формовочной смеси путем ее уплотнения.

Для изготовления литейных форм и стержней применяют смеси из природных песков и глин с добавкой необходимого количества воды. Качество, состав и свойства материалов и смесей зависит от условий службы их в литниковой форме.

Читать еще:  Литейного облоя это

Формовочные и стержневые смеси должны иметь следующие свойства:

– прочность (для сохранения целостности при сборке, транспортировании, механическом воздействии);

– огнеупорность (при соприкосновении с металлом не должны плавиться, спекаться, пригорать к отливке, размягчаться);

– пластичность (сохраняют форму после снятия нагрузки);

– неприлипаемость смеси к модели, стержневому ящику и в плоскости разъема формы;

– легкость удаления смеси при очистке отливок;

– долговечность, т.е. способность смесей сохранять свойства после многократного использования;

Свежих формовочных материалов, т. е. песка и глины требуется в среднем 0,5 — 1 т на 1 т литья, в то время как расход смесей для изготовления форм и стержней составляет 4 — 7 т. Главной частью в смесях являются отработанные формовочные материалы, свежие материалы служат только для замены песчаных зерен, превращающихся в пыль, и для выполнения связующих способностей глин.

Зерновая часть песков должна состоять преимущественно из зерен кварца (SiO2) в лучших сортах песка содержание SiO2 ³ 97%, в худших содержание SiO2 ³ 90%.

К глинистой части песка условно относят все содержащиеся в нем частицы размером менее 0,022 мм.

Формовочные глины — это пески, содержащие более 50% глинистых веществ. Глины делятся на формовочные обыкновенные и бектонитовые. К бектонитовым относятся глины состоящие в основном из кристаллов монтмориглионита [Al2O3·4SiO2·H2O+nH2O]. Этот материал сильно набухает в воде, что увеличивает связующие свойства глин. Бектонит применяется для изготовления форм и стержней, не подвергающихся высушиванию.

Обыкновенные формовочные глины состоят в основном из кристаллов каолина Al2O3·2SiO2·2H2, не обладающих внутрикристаллическим набуханием.

Для стального литья берут самую огнеупорную глину с высокой термохимической устойчивостью — не менее 1580 О С, для чугуна – со средней устойчивостью не менее 1350 О С, для цветного литья термохимическая устойчивость глин не ограничивается.

Для изготовления формовочных и стержневых смесей, кроме песка и глины, применяют органические и неорганические связующие материалы. Органические связующие материалы сгорают и разлагаются при высоких температурах. К этим материалам относят льняное масло, олифу, крепетель (растительное масло, канифоль, уайт-спирт), пек торфяной и древесный, канифоль, пектиновый клей, патоку и ряд других. В качестве неорганических связующих используют цемент и жидкое стекло.

В литейных цехах, имеющих механизированные землеприготовительные заготовки, пользуются единой формовочной смесью. В цехах с меньшей степенью механизации употребляют облицовочные и наполнительные смеси, первые более качественные и служат для образования внутреннего, соприкасающегося с отливкой слоя.

Материалы для стержней – стержневые смеси – выбирают в зависимости от конфигурации стержней, их расположения в форме. Они должны иметь высокую прочность, обладать достаточной податливостью, чтобы не препятствовать усадке металла, хорошей газопроницаемостью. В производстве отливок из сталей и чугуна для приготовления таких стержней применяют качественные песчано-масляно-смоляные смеси (чистый кварцевый песок и полимерный связующий материал — смола или жидкое стекло). Стержни менее ответственные с более толстым сечением изготавливают из смесей, состоящих из 91-97% SiO2 и 3-4% глины с добавлением жидкого стекла или других связующих. Для массивных стержней используют менее качественные смеси, изготовленные из 30-70% SiO2, 20-60% оборотной земли и 7-10% глины, являющейся основным связующим.

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок формы и стержни покрывают тонким слоем противопригарных материалов. Для сырых форм противопригарными материалами служат припылы, в качестве которых используют порошкообразный графит (для чугунных отливок) и пылевидный кварц (для стальных отливок). Для сухих форм приготавливают противопригарные краски. Краски представляют собой водные суспензии из тех же материалов графит (для чугуна), кварц (для стали) со связующими. Краски наносят на горячие формы и стержни, не успевшие остыть после сушки.

1.3 Литниковые системы

Назначение литниковой системы – обеспечить плавный безударный подвод металла в форму, регулировать термофизические явления в форме для получения качественной отливки и предохранить форму от попадания в нее шлаковых включений. Элементами нормальной литниковой системы являются литниковая чаша 1, стояк 2, шлакоуловитель 3, питатели 4, подводящие металл непосредственно к отливке. Вся литниковая система при заливке должна быть заполнена жидким металлом во избежание засасывания в форму шлаков и атмосферного воздуха.

При получении отливок из стали, ковкого чугуна и некоторых сплавов цветных металлов с относительно большой усадкой литниковая система питает их жидким металлом в процессе затвердевания.

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

К формовочным материалам относятся все материалы, применяемые для изготовления разовых литейных форм и стержней. Различают исходные формовочные материалы и формовочные смеси.

Основными исходными материалами для большинства разовых форм являются песок и глина, вспомогательными — связующие и добавки: 1) противопригарные, 2) увеличивающие газопроницаемость, податливость, текучесть и пластичность смесей; 3) уменьшающие прилипаемость смесей и др.

Формовочные смеси приготовляют из исходных формовочных материалов и из смесей, ранее уже находившихся в употреблении (“отработанные формовочные смеси). Исходные формовочные материалы завод получает извне.

В зависимости от назначения смеси разделяют на формовочные смеси, стержневые смеси и вспомогательные составы.

Правильный выбор формовочных смесей в литейном производстве имеет очень большое значение, так как формовочные смеси влияют на качество получаемых отливок. Известно, что около половины брака литья возникает по вине формовочных материалов.

Важнейшие свойства смесей можно разделить на 4 группы свойств: I — теплофизических; II — механических; III — связанных с газообменом; IV — технологических.

I. Теплофизические свойства. От теплофизических констант формовочных смесей зависит скорость кристаллизации металла, залитого в форму, и скорость его последующего охлаждения. Значение этих констант необходимо для расчёта тепловых процессов, происходящих в форме после заполнения ее металлом.

К числу основных констант относят удельную теплоемкость, коэффициент температуропроводности; теплопроводность и коэффициент теплоаккумулирующей способности.

Удельная теплоемкость сф может быть отнесена к единице объема формы сфуф ккал!м3 град. Формовочные смеси, основой которых является кварцевый песок, обладают в уплотненном состоянии довольно значительной теплоемкостью в среднем сфуф = = 340 ккал!м3 град.

Теплопроводность Я. Теплопередача от горячего остывающего металла к нагревающейся форме может осуществляться кондукцией, конвекцией и радиацией. Передача тепла конвекцией и радиацией в литейных формах относительно мала. В расчеты вводят эффективный коэффициент теплопроводности формы Кфф ккал!м-я-град, при этом условно считают, что все тепло передается кондукцией. Теплопроводность формовочных смесей на основе кварцевых песков низка, но ее в некоторой степени можно увеличить, применяя вместо кварцевых песков другие, более теплопроводные материалы, например хромомагнезит, хромистый железняк, цирконовые пески и др. Теплопроводность формовочных смесей в большой степени зависит от пористости форм и стержней, чем меньше пористость, тем больше их теплопроводность.

II. Механические свойства. Большое влияние на технологический процесс изготовления отливок оказывают механические свойства формовочных смесей. К ним относятся прочность, осыпаемость, пластичность и податливость.

Прочность — способность формы (стержня) не разрушаться от внешних усилий. Формы (стержни) не должны разрушаться под действием собственного веса и от толчков при сборке и транспортировке. Форма должна выдерживать статическое давление заливаемого металла и динамическое воздействие его струи. В зависимости от геометрических особенностей отливки и формы практическое значение имеет предел прочности смесей при сжатии, растяжении, срезе, изгибе и других видах нагрузки. Стандартными испытаниями являются определения пределов прочности при сжатии и растяжении. Так как литейные формы применяют или непосредственно после изготовления во влажном состоянии, или после высушивания, то прочность формовочных смесей определяют также или во влажном состоянии, или высушенном. Факторы, обусловливающие прочность смесей, зависят от состава смесей и методов их переработки.

Прочность смеси во влажном состоянии определяется, главным образом, свойствами жидких или полужидких плен, покрывающих зерна песка (вода, влажная глина, раствор жидкого стекла и пр.); она зависит также от размеров однородности и от формы зерен песка.

Предел прочности при сжатии сырых смесей обычно составляет 0,2-0,7 кгс/см2, сухих смесей — в 3-4 раза больше, что объясняется упрочнением при сушке плен связующих, находящихся на зернах песка.

Поверхностная прочность (осыпаемость) — способность формы (стержня) сопротивляться истирающим усилиям движущейся струи металла. Недостаточная поверхностная прочность формы (стержней) вызывает появление дефектов в отливках, в частности, засоры, т.е. в отливку попадают частицы формовочного материала. Необходимость специально контролировать поверхностную прочность объясняется тем, что при сушке формы или в период сборки и хранения перед использованием влажных форм поверхностные и глубинные слои формы находятся в разных условиях. Внешне уменьшение поверхностной прочности проявляется в виде осыпаемости, т.е. способности наружных зерен песка легко отделяться при небольшом трении.

Поверхностная прочность влажных форм уменьшается при длительном ожидании заливки. Поверхностная прочность зависит от содержания и качества глины или других связующих влажности смеси и режима сушки форм (стержней).

Читать еще:  Смеси для литейных форм

Пластичность — способность смеси передать форме (стержню) точные очертания модели (стержневого ящика) под воздействием внешних сил и сохранять принятую форму после удаления модели (стержневого ящика). Наибольшей пластичностью обладают смеси, содержащие много глины. Пластичность зависит от размеров и формы зерен песка, влажности смеси, способов ее приготовления и хранения.

Податливость — способность смеси сокращаться в объеме под действием сжимающих усилий отливки при ее охлаждении. В случае недостаточной податливости смеси в отливке образуются трещины. Податливость влажных форм зависит от прочности, пластичности и пористости формовочных материалов; чем меньше прочность и больше пластичность и пористость, тем больше податливость. Податливость форм (стержней) после высушивания зависит от прочности и пористости.

III . Свойства, связанные с газообменом. В процессе заполнения формы металлом и в период его охлаждения в форме выделяются газы, объем которых во много раз больше объема залитого металла. Воздух, находящийся в полости и порах формы, сильно расширяется; влага в тонком слое формовочной смеси, прогретом до высоких температур, превращается в пар, органические вещества частично сгорают, а частично подвергаются сухой перегонке, разлагаются кристаллогидраты, карбонаты и другие нестойкие минералы, входящие в состав формовочных песков и глин. Эти процессы повышают газовое давление в порах формы и влияют на условия затвердевания отливки.

Если к моменту возникновения в форме высокого газового давления на поверхности отливки не успела образоваться прочная корка твердого металла, а газы не имеют возможности свободно проходить через стенки формы, то они устремляются в жидкий металл, образуя в затвердевшей отливке газовые раковины или пузыри. Способность смеси пропускать газы через толщу формы называется газопроницаемостью. Различные смеси сравнивают по величине коэффициента газопроницаемости К.

Газопроницаемость формовочной (стержневой) смеси зависит от влажности, размеров и однородности зерен песка, от содержания глины и степени уплотнения смеси.

Количество газов, образующихся при нагревании смеси, характеризуется коэффициентом удельного газовыделения. Коэффициент удельного газовыделения тем выше, чем больше органических и других газообразующих материалов содержит смесь и чем ниже температура газификации этих материалов.

Коэффициент удельного газовыделения зависит от состава смеси, степени просушивания форм (и стержней), свойств связующих, температуры и количества залитого в форму металла.

V. Технологические свойства. Технологическими свойствами называют свойства, определяющие рабочие качества смесей, ко-орые не могут быть количественно выражены характеристиками, «держащими в себе определенные сочетания общеизвестных фи-ческих и химических параметров. Каждое технологическое свойство является функцией многих параметров материала. Технологические свойства оценивают обычно экспериментально.

Текучесть — способность смеси под действием внешних сил заполнять полости в стержневых ящиках или обтекать модели. Текучесть формовочных смесей должна быть такой, чтобы давление, производимое на смесь, вызывало перемещение частиц песка не только в направлении действия первоначально приложенной силы, но также и в других направлениях… При этом должно получаться надлежащее одинаковое уплотнение и одинаковая прочность во всех частях формы или стержня, при минимальной затрате усилий. При плохой текучести смеси на рабочей поверхности формы (стержня) образуются рыхлые места или пустоты, снижающие качество отливок. Текучесть смеси зависит от природы и количества связующего, содержания глинистых составляющих и их влажности, размеров и формы зерен песка и от методов приготовления смеси.

Негигроскопичность — способность смеси длительное время после сушки не поглощать влагу из окружающей среды, в том числе из влажного воздуха.

Гигроскопичные формы (стержни), если они длительное время на заливаются металлом, теряют поверхностную прочность, что увеличивает брак отливок. Гигроскопичность в основном зависит от свойств связующих.

Выбиваемость — способность формовочных (стержневых) смесей легко удаляться из отливок после их охлаждения. Выживаемость зависит от свойств связующего. Для обеспечения хорошей выбиваемости связующие после оформления отливки должны терять прочность.

Термохимическая устойчивость или непригораемость — способность смеси не оплавляться при соприкосновении с жидким металлом и не вступать с ним или с его окислами в химическое взаимодействие. Недостаточная термохимическая устойчивость способствует образованию на поверхности отливки иногда трудноотделимого металлокерамического пригара.

Долговечность — способность формовочных (стержневых) смесей сохранять свойства после многократного использования. Это свойство зависит от их способности противостоять действию высоких температур.

Литейные (формовочные и стержневые) смеси

Для изготовления литейных форм и стержней используют смеси. Основными компонентами являются пески и глины, причем смеси должны соответствовать особым условиям (обладать прочностью, огнеупорностью, газопроницаемостью, пластичностью, податливостью, легкой выбиваемостью) оптимальной теплопроводностью, минимальной гигроскопичностью, высокой долговечностью, Компоненты смеси должны быть дешевыми и обладать способностью к регенерации. В зависимости от свойств применяемого литейного сплава, размеров и сложности поковки выбирают формовочные смеси. Основа смеси – песок (SiO2 – кварцит), связующие – глина, вода, пртивопригарные добавки (уголь, мазут), добавки, повышающие газовыделение (опилки).

Для изготовления разовых форм используют пески (кварцевые, кварцево-полевошпатные и глинистые), различные связующие (глину, жидкое стекло, органические и неорганические крепители), противопригарные (тальк, графит, каменный уголь), высокоогнеупорные (магнезит, шамот, асбест), некоторые специальные (чугунную дробь, каустическую соду) и вспомогательные (модельные пудры, разделительные жидкости, клей) формовочные материалы.

Из формовочных материалов смешиванием их в определенном соотношении и заданной последовательности получают формовочные и стержневые смеси.

Формовочные смеси делят на облицовочные, наполнительные и единые. Смеси содержат неорганические материалы: кварцевый песок, огнеупорную глину. Из органических материалов в них добавляют опилки, каменноугольную пыль, которые снижают пригар формовочной смеси к поверхности отливки.

Для форм мелких (до 100 кг) и средних (101—1000 кг) отливок наиболее часто используют единую смесь, которую полностью перерабатывают после каждого употребления.

Для форм крупных отливок от 1001 до 5000 кг применяют облицовочную и наполнительную смеси. Облицовочными называют такие смеси, которые непосредственно прилегают к поверхности отливки. Смесь приготовляют с применением свежих материалов, образующих в форме слой толщиной 20—50 мм. При заливке формы облицовочная смесь непосредственно соприкасается с расплавом и, следовательно, находится в более тяжелых условиях, чем наполнительная. Поэтому облицовочная смесь должна обладать высокой прочностью и огнеупорностью.

Наполнительной называют смесь, используемую для наполнения формы после нанесения на поверхность модели облицовочного слоя. В состав наполнительной смеси обычно входит от 90 до 98 % оборотной смеси и от 10 до 2 % свежих формовочных материалов.

Наполнительные смеси, поступающие после регенерации (переработки использованной формовочной смеси), применяют для изготовления остальной части формы. Наполнительные смеси должны обладать достаточной газопроницаемостью—способностью в уплотненном состоянии пропускать сквозь себя газы.

Формовочные и стержневые смеси используют для изготовления литейных форм. В качестве исходных формовочных материалов используют формовочный кварцевый песок различной зернистости, литейные формовочные глины и вспомогательные материалы (мазут, графит, тальк, древесную муку и др.). Формовочные смеси представляют собой многокомпонентное сочетание материалов, соответствующее условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Их подразделяют на смеси для стальных, чугунных и цветных сплавов. Для изготовления отливок используют облицовочные, наполнительные и единые смеси.

Облицовочной называют смесь, из которой изготовляют рабочий слой формы. Рабочим называют слой, соприкасающийся с расплавленным металлом, и его наносят на литейную модель слоем толщиной от 15 до 30 мм.Такая смесь содержит от 50 до 90 % свежих формовочных материалов, а остальные 50—10% — оборотная смесь, подготовленная для повторного употребления в качестве составляющей части формовочной смеси.

Единой называют смесь, используемую одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смесей. В состав этой смеси входит 85—90 % оборотной смеси и 15—10 % свежих формовочных материалов. Единую смесь используют при механизированном производстве отливок.

Стержневые смеси представляют собой многокомпонентное сочетание материалов, соответствующих условиям технологического процесса изготовления неметаллических литейных стержней.

Стержневые смеси для сложных стержней приготовляют из кварцевого песка с добавкой различных связующих материалов (олифы, сульфитно-спиртовой барды, синтетических смол и др.). Для простых крупных стержней используют кварцевый песок с добавкой глины. Чтобы стержень не пригорал к отливке, в смесь вводят уголь, графит, мазут, а для обеспечения податливости стержней — древесные опилки и торф.

Широко применяют жидкие самотвердеющие смеси, обладающие способностью течь после приготовления и самопроизвольно отвердевать и упрочняться по всему объему. Такие смеси в течение 8—12 мин после приготовления обладают подвижностью и через 30—50 мин после заполнения стержневого ящика затвердевают. Формовочные и стержневые смеси должны обладать достаточной прочностью, высокой газопроницаемостью, пластичностью, достаточной огнеупорностью и податливостью, пониженной газотворной способностью и другими свойствами.

При приготовлении формовочных и стержневых смесей сушат и просеивают кварцевые пески и формовочные глины, удаляют брызги металла и каркасы стержней из отработанной смеси, перемешивают составляющее в специальных смесителях с последующим вылеживанием в отстойниках для равномерного распределения влаги и последующего разрыхления.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector