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

Формовочные материалы. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
211
Добавлен:
20.05.2014
Размер:
1.35 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.8

 

Состав и свойства жидких песчано-жидкостекольных самотвердеющих смесей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для форм и стержней (ЖССпроцесс)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Массовая доля составляющих, %

 

 

 

 

Свойства смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сухие

 

 

 

Жидкая

 

 

Газопроницаемость

 

Прочность на разрыв, 105 Па

 

составляющие

 

композиция

 

 

 

(кгс/см2), после выдержки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

после выдержки образцов, ч

 

образцов, ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Назначение

песокКварцевый

Феррохромовыйшлак

Каменноугольнаяпыль

пекДревесный

стеклоЖидкое

 

*аОНN

РАС

Влажность, %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

5

 

24

1

2

3

5

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Облицовочная

96,0

4,0

7,0

 

0,3

0,12

5,0–

80–

100–

200–

 

300–

1,5–

2,0–

3,0–

6,0–

8,0

для форм при

 

6,0

100

200

300

 

500

2,0

3,0

6,0

8,0

стальном литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Облицовочная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,0–

 

60–

100–

150–

 

300–

1,5–

2,0–

3,0–

5,0–

 

для форм

94,6

4,0

1,4

7,0

 

0,3

0,12

 

7,0

при чугунном

 

5,8

100

150

250

 

350

2,0

3,0

5,0

7,0

литье

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наполнитель-

94,6

4,0

1,4

4,0

 

0,3

0,12

5,0–

200

250–

 

350–

0,5–

0,8–

1,3–

2,5–

3,0–

ная для форм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,8

 

 

 

300

 

500

0,6

1,2

1,5

3,0

3,5

Стержневая

95,25

4,0

6,5

6,5

 

0,15–

5,2–

20–

40–

60–

150–

 

300–

2

2,5

3,0

5,0

7,0

 

0,20

6,0

30

60

120

200

 

400

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

120

Для придания ЖСС газопроницаемости применяют пеногасители (НЧК). НЧК – нейтрализованный черный контакт – 25%-й раствор аммонийных солей нефтяных сульфокислот нейтральной или слабощелочной реакции. Добавкой НЧК можно быстро восстановить газопроницаемость даже при низкой температуре (3–5°С) воздуха. Применение НЧК исключает необходимость сушки форм и стержней с целью восстановления газопроницаемости.

Песчано-жидкостекольные холоднотвердеющие смеси с жидкими отвердителями сложноэфирного типа (ацетаты этиленгликоля, пропиленкарбонат) обладают высокой сыпучестью и низкой прочностью в исходном (влажном) состоянии – не более 0,003 МПа при сжатии. Эти ХТС содержат 3,5–4,0% жидкого стекла, легко уплотняются вибрацией и вручную, позволяют получить широкий диапазон значений живучести, имеют высокую прочность и технологичны. Для приготовления смесей применяют жидкое стекло модуля 2,6÷3,0, плотностью 1,35 г/см3. Жидкие отвердители составляют 0,3–0,4%. Живучесть ХТС с жидкими отвердителями при 20°С составляет 6÷15 мин, прочность при сжатии, МПа через 1 ч – 0,5÷1,4; 2 ч –

1,0÷1,85; 4 ч – 1,6÷2,5; 24 ч – 2,5÷6,0. Осыпаемость смесей через 24 ч

менее 0,1–0,2%. Газопроницаемость ХТС определяется в основном зерновым составом песка и составляет 150–200 ед.

Ввиду повышенной хрупкости в отвержденном состоянии, ХТС, отверждаемые жидкими отвердителями, применяются в основном для изготовления средних и крупных форм. Помимо хрупкости, к недостаткам этих смесей относятся:

отставание в скорости отверждения внутренних слоев формы (стержня) по сравнению с внешними зонами;

усадка при отверждении смеси в оснастке и зажим оснастки;

затрудненная выбиваемость при нагреве смеси выше 700°С;

более сложная регенерация и ограниченное повторное использование полученного регенерата (не более 50%).

121

8.3. Песчано-смоляные смеси

Связующими материалами в песчано-смоляных смесях являются синтетические смолы. Процесс твердения синтетических смол связан с переводом полимеров с низкой молекулярной массой в полимеры с высокой молекулярной массой. Процессы отверждения синтетических смол, в зависимости от структуры получаемых полимеров, называют полимеризацией или поликонденсацией. В зависимости от типа синтетических смол их твердение может происходить в присутствии катализаторов и без катализаторов, у которых отверждение достигается тепловым воздействием.

Песчано-смоляные смеси (ПСС) достаточно дорогие и поэтому применяются в основном для оболочковых форм и стержней. ПСС имеют ряд преимуществ перед песчано-жидкостекольными:

легкое удаление стержней (они высыпаются при выбивке отливок из форм);

высокая производительность процесса при времени контакта с горячей оснасткой от 15 до 60 с;

возможность регенерации отработанных смесей.

Кнедостаткам ПСС относят их токсичность – при заливке форм выделяются вредные вещества, такие, как фурфулол, формальдегид и др., поэтому в литейном цехе необходимо обеспечивать усиленную вентиляцию.

В литейном производстве применяют сыпучие, пластичные и жидкие песчано-смоляные смеси. Сыпучие смеси в исходном состоянии характеризуются отсутствием связи между зернами. Они применяются при изготовлении форм и стержней. Упрочнение смесей осуществляется с помощью тепловой обработки в два этапа: первый этап – в течение 20–30 с – в контакте с модельной или стержневой оснасткой, на-

гретой до 180–240°С; второй – в течение 1–4 мин – в печи с температурой рабочего пространства 350–450°С. При изготовлении сыпучих смесей используют термоактивные фенолоформальдегидные смолы (см. табл. 5.4). Применяют плакированные и неплакированные песча- но-смоляные смеси. В плакированных смесях смола покрывает тонкой пленкой зерна формовочного песка. В табл. 8.9 приведены состав и свойства плакированных песчано-смоляных смесей.

122

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.9

 

Состав и свойства сыпучих плакированных песчано-смоляных смесей

 

 

 

 

 

для изготовления оболочковых форм и стержней

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Массовая доля составляющих, %

 

 

 

Прочность об-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

разцов после

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кварцевый

Связующий

 

Добавки

 

 

 

тепловой

 

 

 

песок

материал

 

 

 

 

обработки, 105

Метод

Назначение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Па (кгс/см2)

плакирования

смеси

 

групЗерноваяпа

Количество

смолыМарка

Количество

Растворитель*

**Уротропин

 

кислотаБорная

 

кальцияСтеарт

изгибна

разрывна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для стального и

 

016,

100

ПК–104

6,0

1,1–1,2

 

 

80–90

25–35

 

чугунного литья

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Холодный

Для алюминиевого

01

100

ПК–104

5, 0

1,1–1,2

 

 

50–70

20–25

 

литья

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для магниевого

 

01

100

ПК–104

5,0

1,1–1,2

 

0,5

 

50–70

20–25

 

литья

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Горячий

Для стального и

 

016,

100

СФ–015

4,0–6,0

0,4–6,0

 

 

0,1

80–90

25–35

чугунного литья

 

02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечания :

*В качестве растворителя используется водно-спиртовой раствор (1:3).

**Вводится в виде 30%-го водного раствора.

123

Плакирование песчано-смоляных смесей может быть произведено горячим и холодным способами. При горячем способе плакирования смола переходит в жидкое состояние в смесителе под действием горячего песка. При интенсивном перемешивании смола обволакивает зерна формовочного песка и при последующем охлаждении и перемешивании застывает на зернах в виде тонкой пленки. После просеивания и окончательного охлаждения смесь хранится в коробах, откуда распределяется по стержневым автоматам.

При холодном плакировании перевод смолы в жидкое состояние происходит за счет растворения ее ацетоном или другими растворителями. При перемешивании смеси с одновременной продувкой через смеситель холодного воздуха растворитель испаряется и смола в виде тонкой пленки остается на зернах формовочного песка.

Плакирование позволяет получить смеси с высокими физико-меха- ническими (на 25–30%) и технологическими свойствами. Для приготовления песчано-смоляных смесей применяют обогащенные кварцевые пески с содержанием глинистой составляющей не более 0,5%, так как глина существенно увеличивает расход смолы, удорожает смесь и ухудшает ее свойства.

Пластичные песчано-смоляные смеси упрочняют как за счет вве-

дения добавок катализаторов, ускоряющих протекание реакций полимеризации смолы, так и тепловой обработки.

Песчано-смоляные смеси, твердение которых осуществляется за счет введения катализаторов, получили название холоднотвердеющие смеси (ХТС). Изготовленные из них стержни упрочняются непосредственно в стержневых ящиках и не требуют тепловой обработки.

В настоящее время наибольшее распространение получили ХТС, из которых изготовляют стержни различного класса сложности при единичном и серийном производстве отливок. При изготовлении ХТС применяют синтетические смолы, представленные в табл. 5.3. В качестве катализаторов при изготовлении ХТС наибольшее распространение получили бензосульфокислота (БСК) и ортофосфорная кислота (ОК). БСК используется в виде водного раствора плотностью (1200÷1250) кг/м3 в качестве катализатора для отверждения смол ОФ-1, ФФ-1Ф и др. ОК в виде водного раствора плотностью (1200÷1550) кг/м3 используется в качестве катализатора для отвер-

124

ждения смол КФ-90, УКС-Л и других смол карбамидофуранового класса. Состав и свойства пластичных песчано-смоляных ХТС, предназначенных для изготовления стержней, приведены в табл. 8.10.

Одной из разновидностей теплового метода упрочнения стержней, изготовленных из песчано-смоляных смесей, является их выдержка в нагретом до определенной температуры стержневом ящике. Этот метод называют процессом изготовления стержней в горячих ящиках. В зависимости от класса применяемых смол, температура нагрева ящика составляет от 220 до 280°С, а выдержка в нем стержня продолжается в течение 40–70 с. В горячих ящиках изготавливают в основном мелкие стержни сложной конфигурации в условиях массового производства.

Для изготовления смесей, упрочняемых в горячих ящиках, применяют следующие марки синтетических смол: смесь фенолоспирта с карбамидом, ФФ-1С, КФ-90 и некоторые другие.

Для ускорения процесса отверждения песчано-смоляных смесей в горячих ящиках используют водный раствор соляной кислоты, а также катализаторы ЛСФ, АМ и др. Катализатор ЛСФ представляет собой концентрат сульфитно-спиртовой барды, подкисленной ортофосфорной кислотой; применяется при использовании смолы КФ-90.

Состав и свойства пластичных песчано-смоляных смесей, предназначенных для изготовления стержней в горячих ящиках, приведены в табл. 8.11.

125

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.10

 

 

 

Состав и свойства пластичных песчано-смоляных

 

 

 

 

 

 

 

самотвердеющих смесей для изготовления стержней

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Массовая доля составляющих, %

 

 

Свойства смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формовочный песокмарок К3)-(1

Связующий

Катализатор

Добавки

Газопроницаемость

Живучесть, мин

выдержкиВремя встержняящике, мин

Прочность на сжа-

 

смолыМарка

Количество

Наименование

Количество

Наименование

Количество

тие, 105 Па (кгс/см2),

Назначение

016

материал

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

после выдержки, ч

смеси

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)(1-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

4

24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для сталь-

100

ФФ–1Ф

1,8–2,5

БСК

0,5–0,7

200–250

10–12

15–30

4–6

10–15

>35

ных отливок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Силан

0,05–2,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

ОФ–1

1,5–1,8

БСК

1,0–1,2

(продукт

от массы

200–250

8–12

15–20

20–26

30–46

50–70

 

 

 

 

 

 

112–23)

смолы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для сталь-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ных

100

КФ–90

2,5–3,5

ОК

0,5–0,7

200–250

5–10

10–15

8–10

25–30

30–40

и чугунных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отливок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для чугунных

100

КФ–40

2,0–3,5

ОК

0,5–0,7

200–250

5–6

8–10

6–8

25–30

30–35

отливок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для отливок

 

 

 

 

 

Фурило-

20–40

 

 

 

 

 

 

из цветных

100

УКС–Л

2,5–3,5

ОК

0,5–0,6

вый

от массы

150–200

3–5

6–8

7–9

20–27

30–35

сплавов

 

 

 

 

 

спирт

смолы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

126

Таблица 8.11

Состав и свойства пластичных песчано-смоляных смесей, предназначенных для изготовления стержней в горячих ящиках

 

 

Массовая доля составляющих, %

 

 

Свойства смеси

 

 

 

 

 

 

Катализатор

 

 

 

 

 

 

 

 

Кварцевыйпесок

Связующий материал

Добавки

Влажность, %

Газопроницаемость

упрочненияВремя

Прочность

 

смолыМарка

Количество

Наименование

Количество

Наименование

Количество

влажномво состоянии

после

тепловой обработки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стандартных

Назначение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

образцов, 105 Па

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

)

смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(кгс/см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

Фенолоспирт

2,5

1,0–1,2

250–300

30–90

0,04–0,05

23–28

Для стальных

Карбамид

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и чугунных

 

 

 

10%-й

 

Оксид

 

 

 

 

 

 

 

отливок

100

ФФ-1С

3,0–3,5

раствор

0,3

0,7

1,0

200

30–90

0,04–0,05

10–15

 

соляной

железа

 

 

 

 

кислоты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для чугунных

100

КФ-90

2,75

ЛСФ

0,7

Оксид

0,7

1,0

200

30–70

0,04–0,05

20–28

отливок

 

 

 

 

 

железа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

127

128

Жидкие смеси применяют для изготовления стержней, твердение которых осуществляется как за счет тепловой обработки, так и за счет введения катализатора. В качестве добавки, способствующей переводу смеси в жидкое состояние, применяют сульфонол НП-1. Состав и свойства жидкой песчано-смоляной смеси для изготовления стержней в горячих ящиках при чугунном литье приведены в табл. 8.12.

При изготовлении жидких самотвердеющих смесей применяют синтетические смолы марок КФ-35, КФ-90 и МСФ-1.

В качестве пенообразователя в смесь вводят сульфонол НП-1, а в качестве катализатора – 70%-й раствор бензосульфокислоты (БСК).

Состав и свойства жидких песчано-смоляных самотвердеющих смесей для изготовления стержней приведены в табл. 8.13.

129