
Формовочные материалы. Учебное пособие
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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