Формовочные материалы и смеси. Литье в песчаные формы Как сделать формовочную смесь для литья

Изобретение относится к литейному производству. Гипсовая смесь содержит, мас.%: гипс 30-35, воду 25-30, огнеупорный наполнитель - остальное. В качестве огнеупорного наполнителя используют золу уноса ТЭЦ, содержащую 60-75% SiO 2 , 12-15% С, 8-10% Al 2 O 3 , 3-5% CaO, 2-3% Fe 2 O 3 и 1% MgO. Фазовый состав - 70% частиц размером 0,315 мм, 20% - 0,18 мм и 10% менее 0,18 мм. Повышается термостойкость и огнеупорность гипсовых литейных форм. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к гипсовым формовочным смесям.

Известны составы гипсовых формовочных смесей, содержащие в качестве огнеупорного наполнителя кварцевый песок (О.Е.Кестнер, В.К.Бараданьянц и др., «Точное литье цветных сплавов в гипсовые и керамические формы», М.: - Машиностроение, 1968).

Недостатком известных изобретений является высокая стоимость огнеупорного наполнителя, низкая термостойкость и огнеупорность литейных форм.

Заявляемое изобретение позволяет снизить стоимость формовочной смеси, повысить термическую стойкость и огнеупорность форм. Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что гипсовая смесь для изготовления форм точного литья, содержащая гипс, воду и огнеупорный наполнитель, в качестве огнеупорного наполнителя содержит золу уноса ТЭЦ. При этом в качестве огнеупорного наполнителя использована зола уноса ТЭЦ, содержащая: 60-75% SiO 2 , 12-15% С, 8-10% Al 2 O 3 , 3-5% CaO, 2-3% Fe 2 O 3 и 1% MgO, а фазовый состав смеси следующий: 70% частиц размером 0,315 мм, 20% - 0,18 и 10% менее 0,18 мм.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, заключается в повышении термостойкости и огнеупорности гипсовых литейных форм.

Использование золы в качестве огнеупорного наполнителя позволяет повысить огнеупорность и трещиностойкость форм благодаря содержащемуся в золе обожженному кварцу с малым коэффициентом термического расширения, а также снизить стоимость литейных форм.

Предлагаемую гипсовую смесь используют при следующем количественном соотношении ингредиентов, мас.%:

Исследование термической стойкости образцов литейных форм проводили согласно ГОСТ 7875.0-94 и ГОСТ 7875.2-94, определяя количество циклов теплосмен. В таблице приведены экспериментальные данные, характеризующие свойства форм, полученных из разных составов формовочных смесей.

Как видно из представленных данных, изготовленные из предложенных составов смесей образцы, содержащие золу уноса ТЭЦ, выдерживают 1-2 теплосмены, что позволяет изготавливать качественные отливки. Образцы литейных форм, изготовленные из исходной смеси, без золы, разрушились при первой теплосмене. Гипсовую формовочную смесь готовят следующим образом.

Сухие компоненты смеси в заданной пропорции (например, 30% гипса и 40% наполнителя от массы смеси) тщательно перемешивают и порциями засыпают в воду (например, взятую в количестве 30% от массы) при постоянном перемешивании. В качестве огнеупорного наполнителя использована зола уноса ТЭЦ, содержащая: 60-75% SiO 2 , 12-15% С, 8-10% Al 2 O 3 , 3-5% CaO, 2-3% Fe 2 O 3 и 1% MgO, а фазовый состав смеси следующий: 70% частиц размером 0,315 мм, 20% - 0,18 и 10% менее 0,18 мм.

1. Гипсовая смесь для изготовления форм точного литья, содержащая гипс, воду и огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя она содержит золу уноса ТЭЦ при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя использована зола уноса ТЭЦ, содержащая 60-75% SiO 2 , 12-15% С, 8-10% Al 2 O 3 , 3-5% СаО, 2-3% Fe 2 O 3 и 1% MgO, а фазовый состав смеси следующий: 70% частиц размером 0,315 мм, 20% - 0,18 мм и 10% менее 0,18 мм.

Похожие патенты:

Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит шламовый отход производства поливинилхлорида в количестве 97-99 мас.%, содержащий, мас.%: Н2О 50,2; CaSO4·2H2O 12,2; Са(ОН)2 7,2; NaCl 28,2; NaSO4 2,0; NaOH 0,2 и древесные опилки. Связующим в смеси являются кристаллогидраты солей NaCl. Смесь имеет высокие прочностные свойства и легко удаляется из отливок путем растворения связующего в воде. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению керамической вставки для формирования в процессе литья в корпусе бурового инструмента полости для установки сменной детали. Керамические частицы измельчают до диаметра меньше чем 150 мкм, а частицы смолы - до диаметра меньше чем 100 мкм. Из измельченных керамических частиц и частиц смолы готовят порошковую смесь, вводят ее в литейную форму, имеющую полость, образующую требуемую сменную деталь, например буровое долото или сопло. Затем осуществляют уплотнение смеси и отверждение смолы. Вставка может содержать армирующие волокна или графитовый сердечник и керамическую оболочку. Армирующие волокна вводят в порошковую смесь перед ее уплотнением. Для получения графитового сердечника в литейную форму вводят цилиндрический графитовый элемент и засыпают порошковую смесь так, чтобы графитовый элемент был заключен в нее. Обеспечивается получение керамической вставки с оптимальной механической прочностью, облегчение удаления из отливки вставки без ее разрушения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области литейного производства. Водный раствор алюмоборфосфатного концентрата подвергают электродиализу при силе тока 0,2…1,5 А, затем смешивают с водным раствором поливинилового спирта в объемном соотношении (2…4):1. Обеспечивается повышение физико-механических свойств керамических форм на бескремнеземном связующем. 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит, мас.%: кварцевый песок 85,5-87,5; MgSO4·7H2O 4,0-4,5; маршаллит 3,0-3,5 и воду 5,5-6,5. Обеспечивается увеличение прочности смеси. 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству. Суспензия включает этилсиликат, спиртовой раствор нитрата алюминия девятиводного, микропорошки электрокорунда, алюминиевый порошок и оксид иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: этилсиликат 5,0-8,0; спирт этиловый 14,0-17,0; нитрат алюминия девятиводный 1,3-2,0; кислота соляная или азотная 0,06-0,1; поливинилбутираль 0,03-0,09; алюминиевый порошок 3,0-6,0; оксид иттрия 4,0-8,0; микропорошки электрокорунда - остальное. Обеспечивается уменьшение степени взаимодействия керамической формы с металлом отливок. 2 табл.

Суспензия для получения литейной формы содержит от 50 до 80 мас.% термостойких частиц, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, от 5 до 35 мас.% частиц оксида алюминия, средний диаметр которых составляет менее 300 нм, и от 5 до 35 мас.% воды, pH указанной суспензии составляет от 5 до 12. Суспензию получают путем смешивания водной дисперсии, содержащей частицы оксида алюминия, с термостойкими частицами, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, и, если это необходимо, с добавками. Средний диаметр частиц оксида алюминия в дисперсии составляет менее чем 300 нм в твердом виде, содержание частиц оксида алюминия составляет более чем 15 мас.%, а pH составляет от 5 до 12. С использованием суспензии получают литейную форму для точного литья. Обеспечивается повышение устойчивости суспензии, сокращение времени сушки формы, повышение прочности формы и упрощение ее изготовления. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 табл., 5 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Формовочная камера содержит основание 3, верхнюю часть 4, две боковые стенки 5, прижимную плиту 6 и поворотную плиту 10. Верхняя часть 4 снабжена одним или более отверстиями 22 для заполнения песка, сообщающимися с системой 14 подачи песка. Прижимная плита 6 снабжена сменной прижимной модельной плитой, имеющей прижимную модель 8, и присоединена к механизму 9 перемещения. Поворотная плита 10 снабжена сменной поворотной модельной плитой, имеющей поворотную модель 12, и установлена с возможностью поступательного и поворотного перемещения, для обеспечения выталкивания образуемых форм прижимной плитой 6. Для обеспечения регулирования гибкости размера образуемых форм, особенно высот образуемых форм, без изменения геометрии системы подачи песка формовочная камера снабжена средством 13 синхронного вертикального перемещения верхней части 4 и системы 14 подачи песка, или основания 3, или и того и другого относительно остальной формовочной камеры. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к литейному производству

ТИПОВЫЕ СОСТАВЫ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ

Формовочные смеси для форм стальных отливок

Основными требованиями, предъявляемыми к этим смесям, являются прочность и высокая термохимическая устойчивость, что особенно важно при производстве крупных отливок. Некоторые составы формовочных смесей из высокоогнеупорных материалов для крупных стальных отливок приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Составы формовочных смесей для крупных стальных отливок

	Состав смеси, %		Влажность, %	Газопрони-цаемость	Предел прочности при сжатии по-сырому, кПа
	Связующие материалы	огнеупорные материалы
Крупные, массой более 5000 кг; толщина стенки	стекло 7,5	Хромомагнезитовый
Особо крупные и тяжелые, массой более 5000 кг		Хромистый железняк
Из легирован- ной стали	крепитель	Цирконовый песок 100

Для повышения прочности и термохимической устойчивости формы крупных стальных отливок подвергают сушке. Однако эта операция удлиняет технологический цикл, поэтому широко используют поверхностную подсушку форм и быстротвердеющие смеси. Применение быстротвердеющих и самотвердеющих смесей в производстве крупного стального литья – одно из основных направлений развития и совершенствования технологии изготовления форм.

Хромомагнезитовые формовочные смеси на жидком стекле (таблица 1, строка 1) обладают высокой термохимической устойчивостью и применяются для изготовления форм крупных отливок из нержавеющих и жаропрочных сталей. Хромомагнезитовые смеси на жидком стекле имеют несколько меньшую податливость, чем аналогичные смеси на лигносульфонате техническом (ЛСТ). Поэтому стержни и выступающие части формы, препятствующие усадке отливки, изготовляют из смеси на ЛСТ.

Недостатком хромомагнезитовых смесей является низкая газопроницаемость, вследствие чего толщина облицовочного слоя не должна превышать 10 – 15 мм, чтобы исключить образование в отливках газовых раковин.

Хромомагнезитовые смеси приготовляют из отходов хромомагнезитового кирпича, содержащего 15 – 20% С r 2 O 3 и не менее 42% MgO . После дробления и разлома в бегунах хромомагнезитовый порошок просеивают через сито со стороной ячейки 0,8 – 1,5 мм. Для приготовления смесей для крупных отливок остаток на двух последних ситах и тазике должен быть 30-35%. Для мелких и средних отливок рекомендуется более мелкий помол (остаток на тех же ситах 35-40%).

Смеси на основе хромистого железняка (таблица 1, строка 2)применяют для форм отливок массой до 160 т с толщиной стенки не более 70 мм из углеродистых и специальных сталей. Хромистый железняк дробится и просеивается через сито с ячейками 1,0 – 1,5 мм. Просеянный хромистый железняк должен содержать не более 30 – 40% пылевидной фракции. Из полученного песка в бегунах готовится формовочная смесь влажностью 6 – 7%. Дополнительные связующие материалы можно не вводить, т.к. после сушки образуется плотная корка. Если прочность недостаточна, то в состав смеси вводят 0,75 – 3,0% ЛСТ. Толщина облицовочного слоя смеси зависит от толщины стенки, массы, конфигурации отливки и выбирается в пределах 25 – 150 мм.

Использование облицовочных смесей связанно с рядом производственных неудобств – большим расходом хромистого железняка, отслаиванием облицовочного слоя формы, при формовке в почве и на встряхивающих машинах облицовочная смесь перемешивается с наполнительной. Поэтому часто формы облицовывают пастами из хромистого железняка. Для отливок массой 1,5 – 2 т толщина слоя пасты должна быть 1,5 мм, а для отливок массой 30 т и более толщина слоя 2 – 4 мм. В качестве связующего в составе пасты используют патоку (10-12%) и декстрин (0,1 – 2,0%). На формы крупных и толстостенных отливок пасту наносят в два слоя.

Цирконовые формовочные смеси (таблица 1, строка 3)позволяют получать высокую чистоту поверхности отливок, но вследствие дороговизны песка применяются редко, только при изготовлении особо ответственных отливок.

Быстротвердеющие жидкостекольные песчано-глинистые смеси занимают доминирующие положение в производстве отливок, как из углеродистых, так и из легированных сталей. Переход с песчано-глинистых на жидкостекольные смеси сокращает производственный цикл, способствует увеличению роста выпуска отливок на одного рабочего и обеспечивает получение отливок высокого качества. Однако при этом увеличивается расход свежих материалов. На практике часто для форм стальных отливок применяют облицовочные быстротвердеющие смеси, составы которых приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Составы облицовочных быстротвердеющих смесей с жидким стеклом для форм стальных отливок

	Состав смеси в вес, %
	Отработанная	Песок К02,	порошко-образная	Общее глино-
назначения
	Влажность, %		Газопрони-цаемость	Предел прочности, кПа/м 2
				на сжатие (по-сырому)		на разрыв (по-сухому)
назначения

Песчано-глинистые формовочные смеси применяют для изготовления отливок из углеродистой стали малой и средней массы (таблица 3).

Таблица 3 – Составы песчано-глинистых формовочных смесей для форм стальных отливок

	Характеристика отливки	Состав смеси, % вес.						Влажность, %	Газопроницае-мость	Предел прочности при сжатии во влажном состоянии,
		Отработанная	Кварцевый		Общее глино-содержание
формовки по-сырому	Масса до 100 кг, толщина стенки до 25 мм
	Масса 100-500 кг, толщина стенки до 25 мм
	Масса до 500 кг, толщина стенки до 50 мм
	Масса до 5000кг, толщина стенки до 50 мм
	Склонна к горячим трещинам; толщина стенки до 80 мм
для формовки по-сырому	Масса до 100 кг
* В смесь вводят до 8% (объем.) древесных опилок.

Тонкостенные отливки массой до 500 кг получают во влажных формах, ответственные и более тяжелые отливки – в сухих формах. Для крупных отливок, массой более 5000 кг, и средних отливок со стенкой толщиной более 50 мм облицовочную смесь приготовляют только из свежих материалов и в качестве противопригарного материала вводят до 30% маршалита.

Для стальных отливок формовочные смеси готовят из крупнозернистого кварцевого песка, чтобы увеличить огнеупорность смеси. После сушки формы красят маршалитовой краской.

Качество стальных отливок улучшится при использовании бентонитовых смесей, влажностью 4 – 5% с небольшими добавками органических связующих (ЛСТ, древесного пека, ГТФ и др.) (таблица 4).

Таблица 4 - Типовые составы песчано-бентонитовых смесей, применяемых для формовки по-сырому при изготовлении стальных отливок

Смесь и способ формовки		Состав формовочной смеси, %				Влажность, %	Газопроницаемость	прочности при сжатии, кПа
		Оборотная смесь	Кварцевый песок	Бентонит
Единая для автоматических пескодувно-прессовых линий формовки типа Дисаматик					0,05-0,10 крахма-листые
Единая для автоматической формовки прессованием	Мелкие и средние				0,05-0,10 крахма-листые 0,01-0,03 ПАВ
Единая для машинной формовки встряхиванием с подпрессовкой	Мелкие и средние				0,04-0,08 крахма-листые
Облицовочная для машинной формовки встряхиванием с подпрессовкой					0,01-0,03 ПАВ

Во влажных формах с бентонитовой облицовочной смесью можно получать ответственные отливки массой до 1000 кг со стенками толщиной 20 мм и более. При введении в облицовочную смесь жидкого стекла во влажных формах можно изготавливать отливки массой более 2000 кг.

Жидкие самотвердеющие (ЖСС) и быстротвердеющие смеси открывают большие возможности для механизации процессов формовки, улучшения санитарно-гигиенических условий труда, повышения точности отливок и снижения трудоемкости изготовления формы.

Формовочные смеси для чугунных отливок (таблица 5)

В массовом производстве с высокомеханизированным смесеприготовительным отделением рекомендуется использовать единые формовочные смеси. В формах из единой смеси изготовляют детали автомобилей, тракторов, детали станкостроения и автодорожного машиностроения, к которым предъявляют повышенные требования по качеству и чистоте поверхности.

Таблица 5 - Составы песчано-глинистых формовочных смесей для форм чугунных отливок

Состав смеси в вес. %

Влажность, %

Газопроницаемость

Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, кПа

Формовка

Масса, кг

Толщина стенки, мм

Зерновой

Облицовочная

Обработанная смесь

Свежие материалы

Каменный.уголь

Древесные опилки

Отработанная смесь

Свежие материалы

Каменно-угольная пыль

По-сырому

По-сухому

Кирпичные формы и стержни

На разрыв в сухом состоянии

Единая смесь приготовляется из отработанной смеси с добавлением свежих материалов (кварцевого песка и огнеупорной глины). Замена огнеупорной глины бентонитом (таблица 6) резко улучшает качество отливок. в состав единой смеси в качестве упрочняющих и противопригарных добавок вводят каменноугольную пыль (0,5 – 1,5%), древесный пек (до 1 %), ЛСТ (до 2%) и др.

Для изготовления разовых литейных форм используют легко формуемый материал, без особого труда разрушаемый при извлечении готовой отливки, но достаточно прочный, чтобы противостоять силам, возникающим при заполнении полости формы расплавленным металлом. В практике применяют смеси песков, глины и воды; они удовлетворяют приведенным выше требованиям, дешевы и доступны. Приготовляют формовочные смеси, перемешивая песок с определенным количеством глины и воды. Глина служит связующим. Определенному количеству глины соответствует определенное количество влаги. Кроме глины, используют и другие связующие материалы.
Прочность смесей из песка, глины и воды в сыром состоянии объясняется способностью глинистых мелкодисперсных частиц при перемешивании с водой образовывать растворы, похожие на коллоидные, в которых действуют электростатические силы (рис. 48). Кроме этих сил, действуют силы поверхностного натяжения воды, сближающие частицы, а также силы межчастичного фрикционного сцепления песчинок при уплотнении формовочной смеси.

Для изготовления смесей применяют различные формовочные пески (природные смеси). По ГОСТ 2138-74 они разделяются на классы по химическому составу (в зависимости от примеси глины), группы и категории по зерновому составу (размеру песчинок). В табл. 7 приведены основные характеристики песков и глин, которые используют в цехах цветного литья.
Глины состоят из тонкодисперсных частиц алюмосиликатов: каолинита Al2O3*2SiО2*2Н2О, монтмориллонита Al2O3*4SiО2*H2O+nН2O (или бентонита). Различают глины (ГОСТ 3226-65) по их связующей способности (три сорта и класса) в сыром и высушенном состоянии. Прочносвязующие глины обеспечивают сырую прочность стандартных образцов (90 % песка, 10 % глины, 2,5-3,5 % влаги, сверх 100 %), равную 0,1 МПа и более при сжатии, а малосвязующие 0,05-0,08 МПа. В высушенном состоянии прочность соответственно равна ≥0,55 МПа и ≤0,35 МПа. Кроме того, различают три группы глин T1, T2, T3 - по термохимической устойчивости в зависимости от содержания легкоплавких примесей (Fe2O3, Na2O, CaO, сульфиды и др.).

Кроме песков на основе SiO2, для изготовления форм, обладающих повышенной способностью к поглощению тепла и ускоряющих затвердевание металла в них, применяют смеси, содержащие магнезит, циркон. На практике в формовочные смеси вводят также специальные добавки для предотвращения пригара их к металлу, повышения газопроницаемости, податливости и облегчения выбивки. К ним относятся угольная пыль, маршаллит (тонкоразмолотый кварц), мазут, органические добавки (опилки, мука и др.), спецприсадки (сера, борная кислота, фторборкислый алюминий, сода и др.).
Из формовочных материалов готовят рабочие смеси, непосредственно используемые для изготовления форм и стержней.
В литейных цехах применяют смеси, состав которых зависит от сплава, из которого будет отлита деталь; от массы отливки (мелкие, средние и крупные); от способа использования форм (заливка в сырье или сухие формы, т. е. предварительно высушенные); от характера использования (единые, облицовочные, наполнительные смеси), от вида исходных материалов (естественные или синтетические смеси). Естественные смеси готовят из песков, к которым глина примешана в природном состоянии, а в синтетические смеси глину вводят в виде самостоятельной добавки. Преимущество синтетических смесей состоит в том, что они имеют хорошие свойства при минимальном содержании глины и влаги.
Чтобы получить качественные отливки, необходимо использовать формовочные смеси с определенным комплексом свойств: прочность и пластичность, газопроницаемость, огнеупорность, теплофизические свойства.
У обычных формовочных смесей сырая прочность на сжатие составляет 0,01-0,1 МПа, сухая (на разрыв) 0,2-2 МПа. Вместе с тем смеси не должны быть очень прочными, так как для получения точного, четкого отпечатка формы они должны хорошо заполнять углубления на модели, т. е. быть текучими, пластичными. Хорошими считают смеси, которые при максимальной текучести (пластичности) обеспечивают высокую прочность. Прочность зависит от содержания глины - чем ее больше, тем смесь прочнее, но до определенного предела. Качественными считают смеси, которые имеют высокую прочность и пластичность при минимальном содержании глины и влаги.
При заливке формы металлом образуется большое количество пара и газов, которые должны легко удаляться через стенки формы, чтобы не попасть в затвердевающий металл. Поэтому необходимо, чтобы материал формы был газопроницаемым. Газопроницаемость зависит от размеров и формы зерен песка, количества глины и влаги, плотности набивки, толщины стенок формы и др. Чем крупнее песок, чем меньше глины и влаги, ниже плотность набивки и тоньше форма, тем газопроницаемость выше. Хорошие смеси должны иметь небольшую газотворность, т. е, при нагревании выделять малое количество газообразных продуктов, либо, в крайнем случае, выделять их после того, как на отливке образуется плотная корка металла.
Необходимо, чтобы смеси были огнеупорными, способными не расплавляться и не размягчаться под воздействием расплавленного металла. Для приготовления форм при цветном литье этому требованию удовлетворяет кварцевый песок, состоящий в основном из SiO2. Чем меньше в песке Al2O3, Na2O, K2O, CaCO3, тем выше огнеупорность Материал формы должен быть также химически нейтральным по отношению к оксидам, образующимся в металле, иначе возможно химическое взаимодействие оксидов металла и формы, например основных оксидов Cu2O, NiO, FeO с кислотным SiO2, с возникновением легкоплавких соединений, которые образуют на поверхности пригар.
Необходимо, чтобы материал формы имел хорошие теплоаккумулирующие свойства. После заливки металлом формы она должна быстрее отводить тепло от металла; благодаря этому отливка получается плотной, без газоусадочной пористости. Показателем теплоаккумулирующих свойств формы является коэффициент аккумуляции тепла bф = √λфсфРф Дж/(м2*ч1/2*К), где λф - коэффициент теплопроводности формы, Вт/(м*К); сф - удельная теплоемкость формы, Дж/(кг*К); рф - объемная масса формы, кг/м3.
Например, у сухих песчано-глинистых форм bф = 12/15, сырых 15-20, цирконовых 20-40, хромомагнезитовых 40-50, а у металлических чугунных 185 Дж/(м2*К*ч1/2).
При изготовлении форм для сложных ответственных отливок применяют различные смеси - массивные части выполняют из смесей с повышенным bф, а тонкостенные и прибыли с более низкими значениями bф, что обеспечивает направленность затвердевания.
Для цветного литья применяют различные типовые формовочные смеси из песков, глины и других добавок. По способу использования различают единые, облицовочные и наполнительные смеси. При машинной формовке чаще применяют единые смеси для изготовления всей формы. При изготовлении крупных форм поверхность модели облицовывают смесью, содержащей чистый песок и глину (чтобы огнеупорность поверхности формы, соприкасающейся с металлом, была выше), а остальную часть формы наполняют смесью, используя частично отработанную смесь. В результате форма получается более дешевой. Рабочие смеси состоят из 85-97 % оборотной смеси (т. е. бывшей в употреблении, но просеянной и очищенной) с добавкой 3-15 % свежих песков и глины.
Для смесей в производстве алюминиевых сплавов применяют пески П010, П0063, К016А, К010А (примерно 70-80 % полужирных песков и 20-30 % кварцевых). Смеси обладают сырой прочностью 0,04-0,07 МПа, влажностью 4,5-5,5 % и газопроницаемостью 40-60 см/мин. Примерно такой же состав и свойства у смесей для магниевого литья, но влажность их меньше (3,5-4,0 %); кроме того, к ним добавляют специальные присадки, предотвращающие или затрудняющие возгорание сплава в форме. Типичной при литье магниевых сплавов является присадка BM, которая представляет собой смесь мочевины, сернокислого алюминия, борной кислоты (при заливке металла в форму мочевина CO(NH2)2 разлагается с выделением аммиака NH3 и CO2); сернокислый алюминий Al2(SO4)3, способствующий образованию пленки MgSO4 на металле; борная кислота HBO3, переходящая при нагревании в борный ангидрит B2O3, который взаимодействует с магнием по реакции 3Mg+B2O3→3MgO+2В. Образующаяся на поверхности сплава пленка MgSO4 уплотняется бором, перешедшим в магний, и предотвращает дальнейшее его окисление. Защитное действие оказывает также сера, которая при соприкосновении с металлом сгорает до SO3. Этот тяжелый газ (тяжелее воздуха в 2,7 раза) разбавляет воздушную среду и делает ее менее реакционноспособной к металлу.
Для медных сплавов типовая рабочая смесь состоит на 85-95 % из оборотной и на 5-15 % из свежей смеси (в виде смеси песков К01А, К025А и П01А или TOlA). Рабочая смесь содержит 4,5-5,5 % влаги, обладает сырой прочностью 0,03-0,05 МПа, газопроницаемостью 30-50 см/мин. Смеси, предназначенные для изготовления форм (обычно для получения крупных отливок), подлежащих сушке при 280-400 °C, содержат повышенное количество глины (6-10 %) и влаги (до 8 %). Для изготовления разовых форм применяют также смеси со связующим в виде жидкого стекла в количестве 5-8 % (по массе). Эти смеси быстро твердеют при кратковременном подогреве до 200-300 С или при продувке их углекислым газом, благодаря чему существенно сокращается время изготовления форм и повышается прочность
Жидкостекольные смеси применяют также для изготовления стержней. Стержни, которые при заливке окружены со всех сторон (кроме знаков) жидким металлом и испытывают давление при его усадке, делают из более прочных смесей, чем формы. Для повышения прочности стержней в сухом состоянии используют специальные крепители или связующие добавки, которые вводят в количестве 0,5-5 % (по массе). После заливки под воздействием высоких температур крепитель выгорает или разлагается, связь между песчинками теряется, стержень не оказывает сопротивления отливке в момент усадки при затвердевании и легко выбивается при очистке отливки. Глину также применяют в качестве связующей добавки в стержневые смеси, но при нагревании она спекается, стержень становится неподатливым и с трудом выбивается. Как правило, глину используют совместно с другими связующими для придания смесям хорошей сырой прочности, так как ряд органических крепителей, придавая стержню высокую прочность после сушки (сухая прочность), не обеспечивает одновременно нужную сырую прочность. При недостаточной сырой прочности изготовленные стержни могут разрушаться при толчках, сотрясениях, деформироваться под действием собственной массы с искажением размеров и др.
Применяемые в литейных цехах крепители по характеру действия делятся на четыре основных вида.
1. Смеси растительных масел с различными растворителями, например оксоль: 55 % олифы и 45% уайт-спирита (особо чистый керосин); крепитель 4ГУ (50 % масла, 3 % канифоли и 47 % уайт-спирита); крепитель П и многие другие.
Связующее действие этих крепителей основано на химических и физических превращениях во время сушки, в результате которых жидкая пленка крепителя превращается в твердую эластичную, придающую прочность и податливость стержням. Крепители этой группы наиболее высококачественные но они дефицитны и дороги, поэтому их заменяют более дешевыми (2, 3 и 4-й групп).
2. Битумы (продукты отгонки нефти), пеки (продукты разгонки газогенераторных смол), фенолформальдегидные смолы, канифоль и др. Связующее действие их основано на расплавлении при нагреве с последующим твердением при остывании. Фенол-формальдегидные смолы (пульвербакелит ПК-104, СФ-015) широко применяют при прогрессивных способах изготовления тонкостенных (оболочковых) форм и стержней, изготовлении стержней в горячих ящиках. Ряд связующих на основе синтетических смол (фенолформальдегидная ОФ-1, фенолфурановая ФФ-1СМ, карбамиднофурановая КФ-90 и др.) обеспечивает упрочнение стержня без нагрева. Они затвердевают при вводе в смесь катализаторов (ортофосфорной кислота и др.). Такие смеси называются холоднотвердеющие (ХТС).
3. Декстрин (продукт разложения картофельного крахмала), сульфитный щелок (отходы бумажно-целлюлозного производства, состоящие из связующих, которые присутствуют в древесине, - лигнин, жиры и др.), являются водорастворимыми крепителями. При высыхании влага испаряется, концентрация крепителя повышается и связующие силы возрастают. Недостаток водорастворимых крепителей - гигроскопичность, т. е. способность адсорбировать влагу на воздухе и в форме.
4. Минеральные вещества, твердеющие во время выдержки при обычной температуре,- цемент, жидкое стекло и др. Применение жидкого стекла в качестве связующей добавки намного улучшила технологию литейного производства, так как отпала необходимость сушки формы и стержней в специальных сушилах. Жидкое стекло водный раствор силиката натрия (Na2O)m*(SiO2)n*(H2O)4 поставляется в виде сиропообразной жидкости в герметических емкостях. Его вводят в смеси, которые называют быстротвердеющими (ЖСС), в количестве 5-8 %. Стержни на жидком стекле для отвердения продувают CO2 или подвергают кратковременной сушке при 200 °C в течение 15-40 мин. При этом образуется гель кремниевой кислоты m*SiO2*kН2O, a Na2O превращается в Na2CO3. При последующем удалении влаги образуется золь SiO2, который скрепляет зерна песка в прочную массу. Чем меньше золь содержит влаги, тем прочнее стержень. Связующая способность жидкого стекла определяется его модулем M = (Si02/Na2O) 1,032, который колеблется от 2 до 3. Чем больше М, тем выше вяжущие свойства жидкого стекла. В литейном производстве применяют крепители с M = 2,1/2,6. Недостаток ЖСС - невысокая «живучесть» (при хранении твердеют).
В России с использованием жидкого стекла в качестве крепителя разработана новая технология изготовления форм и стержней с применением жидких самотвердеющих смесей (ЖСС), позволившая заменить процесс уплотнения смесей заливкой их в стержневые ящики и на модели. Смеси состоят из жидкого стекла (крепитель), поверхностно-активного вещества - пенообразователя (мылящее вещество), который придает текучесть смеси, отвердителя (феррохромовый шлак 2СаО*SiO2 в виде порошка) и наполнителя (песок и др.); все эти составляющие смешивают в определенных пропорциях. Принципиальная особенность ЖСС - их способность затвердевать одновременно по всему объему. Поэтому продолжительность затвердевания не зависит от размеров форм и стержней. Твердение начинается через 8-10 мин после заливки и заканчивается через 40-60 мин.
Для изготовления фасонных отливок из титана, циркония и их сплавов в качестве формовочного материала в основном применяют графит, так как SiO2, Al2O3, ZrO2 и другие огнеупорные материалы химически взаимодействуют с титаном. При литье по выплавляемым моделям используют электрокорунд (плавленая Al2O3 и ZrO2). Формы для титановых отливок либо изготовляют из куска графита, либо прессуют из графитовых смесей. Смеси состоят из порошка графита различной крупности (0,04-0,5 мм) и фенолфурфуроловой смолы в качестве крепителя. Их разбавляют этиловым спиртом или ацетоном и карбидообразующими добавками (двуокись титана, порошок металлического титана, аморфный бор и др.). Для улучшения смачиваемости зерен графита связующими вводят поверхностно-активные добавки, например нефтяные сульфокислоты, получаемые при обработке керосинового или дизельного дистиллята нефти серным ангидридом В отечественной практике для получения прочных графитовых оболочек применяют смесь из 93 % графитовой пыли, 3,7 % TiO2, 3 % порошка металлического титана и 0,3 % порошка бopa, которую перемешивают со смолой (0,5 кг порошка на 1 л разбавленной смолы).
Формовочные и стержневые смеси готовят в смесеприготовительных отделениях литейного цеха. Этот процесс состоит из следующих основных операций: сушки песка и глины, просеивания, размола (глины), распределения материалов по емкостям, дозирования, перемешивания составляющих, выдержки готовых смесей, разрыхления (аэрации) и транспортировки к рабочим местам формовки. Для сушки песка и глины при 200-250 °C до остаточной влажности 0,1-0,2 % применяют барабанные вращающиеся сушила, вертикальные многоподовые сушила с вращающимися скребками и отапливаемые газом или твердым топливом, установки для сушки в пневмопотоке и по принципу кипящего слоя. Просеивание материалов ведут во вращающихся полигональных ситах производительностью от 10 до 80 м3/ч и плоских ситах производительностью 5-40 м3/ч. Перед просеиванием отработанные смеси (используемые для приготовления рабочих смесей) размалывают на специальных вальцах, а перед поступлением в сито пропускают через магнитный сепаратор, который отделяет от земли железные предметы (каркасы и пр.). Кусочки цветных металлов при просеивании остаются в ситах и периодически выгружаются.
Составляющие смеси перемешивают в бегунах, представляющих собой металлическую чашу, в которой вращаются катки, расположенные вертикально (а) или горизонтально (б) (рис. 49). Вначале в чашу 1 загружают нужное количество песка и глины, затем включают бегуны-катки 2, с помощью которых перемешивают порошкообразные составляющие, смесь увлажняют и вводят связующие. Один замес обычно весит 0,3-1,5 т, перемешивание длится 10-20 мин. Затем смесь выгружают из бегунов и с помощью транспортеров собирают в большие бункера-отстойники, где выдерживают не менее 3 ч, чтобы влажная глина хорошо набухла и смесь приобрела высокую прочность и пластичность Стержневые смеси с легко высыхающими масляными крепителями лучше подавать к рабочим местам сразу, без выдержки. Каждую партию формовочной и стержневой смеси перед подачей к месту формовки проверяют на прочность, газопроницаемость и влагу. В современных цехах операция приготовления смесей механизирована и автоматизирована. Готовые смеси подают в формовочное отделение для изготовления литейных форм.

Литейное производство достаточно простой и широко распространенный технологический процесс для получения отливок различного размера и разнообразной формы. Получение деталей методом литья практикуется в автомобилестроении, станкостроении, вагоностроении и многих прочих отраслях машиностроения. Для получения полых или с множеством отверстий отливок используются стержневые и формовочные смеси различных составов. Экономически обосновано использование песчано-глинистых форм при массовом производстве.

Состав смесей зависит от:

• способа формовки:
  1. ручная;
  2. машинная;
• типа металла:
  1. сталь;
  2. чугун;
  3. цветной металл и его сплавы;

• типа производства:
  1. единичное;
  2. серийное;
  3. массовое;

• типа литья;
• технологического оснащения.

Материалы, которые используются для получения формовочных смесей, подразделяются на следующие группы:

• песчаник;
• различные сорта глины;
• вспомогательные:
  • связующие материалы;
  • противопригарные смазки и покрытия;
  • огнеупорные;
  • специальные.

Глинистые пески могут содержать глины в своем составе до 50%. Делят их по количеству содержания глины на:

• тощие – до 10%;
• полужирные – до 20%;
• жирные – до 30%;
• очень жирные – до 50%.

Также используются кварцевые пески. Силикатная основа позволяет принимать в форму расплав, температура которого достигает 1700С.

Получение отливок высокого качества требует использования противопригарных покрытий и материалов мелкой фракции, чтобы предупредить образование в форме пор.

Виды и состав смесей

К формовочным смесям для литья предъявляются следующие требования:

• механическая прочность;
• теплопроводность;
• газовая проницаемость;
• огнестойкость;
• теплоемкость.

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

Формовочные смеси делятся на три типа:

1. единые;
2. облицовочные;
3. наполнительные.

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:

• быстро отверждающиеся;
• самостоятельно отверждающиеся;
• твердеющие при химическом преобразовании;
• жидкостекольные составы.

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.

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.

Для изготовления стержня, например, первого класса, смесь целиком состоит кварца и крепителей. Для формовки крупных стержней используется 1/3 часть использованного и восстановленного состава.

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.

Требуемые свойства

Для получения качественной отливки необходима литейная форма, изготовленная из ингредиентов, подобранных под разлив определенного металла. Формовочная смесь для литья должна обладать определенной влажностью. При малой влажности форма склонна к осыпаемости, что затрудняет формовку.

Плохая газовая проницаемость провоцирует образование в отливке дефектов — газовых пор и раковин. Из-за чего необходим песок крупной фракции (более 50%).

Литье в песчано-глинистую форму

Высокая прочность формы и стержня не позволяет изменять геометрию отливки. Чтобы ее получить применяются специальные связующие материалы.

Приготовление смесей

Процесс приготовления формовочных и стержневых смесей проводится в три этапа. Первый этап — подготовительный. Здесь происходит подготовка еще неиспользованных материалов. Проводится сушка, дробление и последующее просеивание.

На втором этапе происходит подготовка отработанного состава. Это позволяет экономить на материалах. Процесс начинается на охладительных барабанах. Происходит выбивка, размельчение, охлаждение.

Формовочные смеси для литья готовятся на третьем этапе в смесителях. Широкое применение нашли катковые модели. Они используются для приготовления таких составов как:

• единые;
• стержневые смеси;
• облицовочные;
• с добавками:
  • вязкие;
  • жидкие;
  • пылевидные.

При больших объемах выпуска производство автоматизировано. Механизация процессов отражается на снижении себестоимости продукции.

Для изготовления отливок разнообразных деталей и их элементов на современных литейных предприятиях используются полупостоянные и разовые литейные формы. В соответствии с условиями технологии литейного процесса, для изготовления таких литейных форм используются специальные смеси для литья, представляющие собой сочетание высокоогнеупорных веществ (асбест, шамот) с песчано-глинистыми составляющими. Компоненты, входящие в составы для литья, могут быть как природного, так и искусственного происхождения (синтетические). В результате смешения составляющих формовочных смесей в определенных пропорциях, готовые составы могут обладать заранее заданными свойствами и иметь нужную податливость, огнеупорность, прочность, формуемость, газопроницаемость и так далее.

Виды смесей

Формовочные смеси для литья в зависимости от характера использования делятся на несколько основных категорий:

• Облицовочные смеси. Данный вид формовочных смесей предназначен для изготовления рабочего слоя литейной формы. Высокие физические и механические свойства таких смесей обеспечиваются повышенным процентом содержания исходных материалов для формовки (песка и глины);
• Наполнительные смеси для литья. Данные формовочные составы для литья используются для наполнения формы, после того, как на модель была нанесена облицовочная смесь. Для приготовления такой смеси исходные формовочные материалы (глина и песок) перерабатываются совместно с остатками оборотной смеси;
• Единая формовочная смесь для литья. Смесь такого типа представляет собой формовочный материал, объединяющий в себе свойства одновременно и наполнительной, и облицовочной смеси. Единые смеси используются на автоматических линиях в серийном и массовом изготовлении при машинной формовке. Долговечность таких смесей обеспечивается присутствием в составе глин с высокой связующей способностью и наиболее огнеупорных видов песков.

Состав формовочной смеси для литья

Химический состав, который может иметь формовочная смесь для литья, зависит от совокупности следующих факторов:

• От рода используемого сплава и размеров отливки;
• От способа формовки и вида литья (цветное литье, стальное или чугунное);
• От характера производства и имеющихся в распоряжении производства технологических средств.

Также состав, который имеет формовочная смесь для литья, может различаться в зависимости от того, в каком состоянии она должна находиться перед заливкой. Формовочные смеси для сухих форм содержат в своем составе повышенное количество воды и глины. Кроме того, в состав таких смесей могут дополнительно вводиться такие выгорающие добавки, как торф или опилки. В составе формовочных смесей для сырых форм снижается процентное содержание оборотной смеси. Формовочные составы для литья металлов в подсушенные формы отличаются одновременным наличием и оборотных компонентов, и свежих материалов (глины и песка), и крепителей.