Виготовлення точних стрижнів на спеціальних машинах

В основі технологічних процесів виготовлення точних стрижнів лежать способи їхнього зміцнення в стрижневих ящиках без наступного теплового сушіння в сушилах. Це дозволяє в порівнянні зі стрижнями із сумішей, що вимагають наступного теплового сушіння, різко підвищити розмірну точність і якість поверхні таких стрижнів, а, отже, і якість виготовллення виливків з їх використанням.

Способи виробництва точних стрижнів підрозділяються на:

• способи виготовлення стрижнів зі зміцненням у «холодних» (без спеціального підігріву) стрижневих ящиківах (СО₂-процес, процес РСС і процес виготовлення стрижнів у «холодних» ящиках з холоднотвердіючих сумішей);

• способи виготовлення стрижнів зі зміцненням їх у стрижневих ящиках, що нагріваються, (крекінг-процес, процес виготовлення стрижнів у «гарячих» ящиках).

Упровадження способів виробництва точних стрижнів стало можливим завдяки використанню замість глини таких сполучних матеріалів, як рідке скло, фенолоформальдегідна, феноломочевиноформальдегідна й інші синтетичні смоли, а також спеціальних добавок (затвердджувачі, піноутворювачі, активізатори й ін.).

СО₂ – процес. Це спосіб виробництва середніх і великих по масі стрижнів із сумішей на основі рідкого скла, хімічне твердіння яких здійснюють шляхом продувки стрижня вуглекислим газом у стрижневих ящиках і, що рідше, після вилученняу з останнього.

У результаті обробки ущільненої суміші в стрижневих ящиках вуглекислим газом межа міцності на стиск стрижня збільшується до 2,5—3,0 кгс/см², а іноді і більше.

Виготовляють такі стрижні на формувальних і спеціальних стрижневих струшуючих машинах, а також використовують для цієї мети звичайні і спеціальні піскострельні стрижневі машини.

На струшуючих машинах стрижні формують у дерев'яних ящиках і на піскострельних у металевих ящиках.

Процес підготовки стрижневого ящика для виготовлення в ньому стрижня із суміші на основі рідкого скла, істотно не відрізняється від аналогічних операцій при виготовленні стрижнів із сумішей, зміцнення яких роблять тепловим сушінням.

Продувку ущільненої суміші стрижня вуглекислим газом здійснюють такими способами:

• уведенням газу у вентиляційні канали стрижня;

• уведенням газу у внутрішню порожнину стрижня (мал. 7.27);

• розміщенням стрижня (у стрижневих ящиках чи окремо) у заповнену вуглекислим газом камеру. У цьому випадку прискорення процесу проникнення вуглекислого газу у внутрішні шари стрижня може бути досягнуто зміною його тиску.

Процес хімічного твердіння рідкоскляної суміші триває від 1 до 10 хв і уточнюється в кожному конкретному випадку відповідно до розмірів стрижня.

При механізованому виготовленні стрижнів операцію хімічного твердіння стрижня здійснюють безпосередньо на позиції його формоутворення чи на спеціальному устаткуванні.

Слід зазначити що процес хімічного твердіння стрижня на позиції його формоутворення зменшує продуктивність стрижневої машини. Тому в нових моделях машин, призначених для виготовлення стрижнів по СО₂-процесу, операція зміцнення стрижня вуглекислим газом винесена в окрему камеру чи спеціальну установку.

Для виготовлення стрижнів по СО₂-процесу використовують піскострельні машини, створені на їхній базі блоки-ліній, котрі забезпечуються установкою або пристосуванням для продувки стрижнів вуглекислим газом.

Стрижні на основі рідкого скла, крім продувки вуглекислим газом, можна зміцнити і короткочасним тепловим сушінням, що забезпечує більш високу їхню міцність, чим при продувці вуглекислим газом.

Недоліком СО₂-процесу виготовлення стрижнів є схильність до утворення пригару, особливо при сталевому литті, а також погана їх вибиваємість із внутрішніх порожнин виливків.

З метою запобігання пригару стрижні піддають дворазовому фарбуванню протипригарною фарбою, а для поліпшення вибиваємості в суміші вводять кам'яне вугілля, графіт, органічні добавки, золу, торф і т.д.

Виготовлення стрижнів з рідких сумішей, що самотвердіють, (РСС). Така технологія застосовується при виробництві середніх і великих по масі стрижнів з використанням дерев'яних ящиків.

Сутність процесу виготовлення стрижнів із РСС полягає в тім, що рідку стрижневу суміш, що має консистенцію сметани, заливають у підготовлений стрижневий ящик, де вона через 30—60 хв затвердіває, надаючи стрижню високу міцність. Особливостями процесу є відсутність ущільнення суміші в стрижневих ящиках і її твердіння без теплового впливу. Одержувані стрижні відрізняються підвищеною міцністю і газопроникністю.

Для виготовлення рідких сумішей, що самотвердіють, до складу яких звичайно входить кварцовий пісок, глина, шлак ферохромового виробництва і піноутворююча добавка, використовують установки періодичної і безупинної дії.

Установки періодичного приготування РСС мають один чи два змішувачі барабанного типу, з яких суміш періодично видається в підготовлені для заповнення, що знаходяться під ними, стрижневі ящики.

Після виготовлення РСС у змішувачі періодичної дії суміш повинна бути (не більш ніж через 1,5—2 хв) розлита по стрижневих ящиках. Через 10—15 хв із залитого сумішшю ящика виймають елементи, що утворять вентиляційні канали і порожнини, а також фіксатори, що закріплюють вески. Надлишок суміші зі стрижневого ящика зрізують лінійкою після 15—20-хвилинної витримки її в ящику.

Через 25—35 хв зі стрижня вилучають усі доступні від’ємні частини стрижневого ящикаи, а потім здійснюють кантування стрижневого ящика зі стрижнем і накладеної на них сушильною плитою. Далі здійснюють усі наступні операції обробки стрижня, звертаючи особливу увагу на ретельне і часто двошарове його фарбування протипригарною фарбою.

Виготовлення стрижнів у «холодних» стрижневих ящиках. В основі цього новітнього способу виготовлення стрижнів лежить застосування суміші, що складає з дрібного кварцового піску чи іншого (магнезит, циркон і ін.) наповнювача, розчину фенольної синтетичної смоли і рідкого затверджувача поліізоціаната. Така суміш має високу плинність, добре ущільнюється на піскодувних і піскострельних машинах. Твердіння стрижня в ящику (після його піскодувного чи піскострельного формоутворення) здійснюють шляхом короткочасної (до 30 с) продувки суміші каталізатором, у якості якого застосовують аерозоль рідкого триетиламіна. Останній уводиться разом з азотом, який подається з окремо розміщеного балона.

Такий процес забезпечує високу розмірну точність стрижнів, їхню високу міцність, що дозволяє в більшості випадків цілком відмовитися від застосування каркасів і арматурного дроту. Такі стрижні мають малу газотворну здатність і добре вибиваються з виливків.

Великою перевагою холодного процесу перед гарячим (див. нижче) є виготавлення стрижнів у ящиках без їхнього підігріву. Це дозволяє виготовляти ящики з дешевих неметалічних матеріалів, як, наприклад, пластмаси, дерева.

Недоліком цього процесу виготовлення стрижнів є велика токсичність катализатора-триетиламіну. Він подразнює шкіру стерженщика, а тому приходиться працювати в гумових рукавичках і захисних окулярах, а також передбачати посилену місцеву витяжну вентиляцію біля стрижневих машин.

У ГДР запропонований нешкідливий для здоров'я робітників варіант холодного процесу виготовлення дрібних і середніх по масі стрижнів, названого гізаг-процесом. У цьому випадку суміш складається з кварцового піску, синтетичної смоли і рідкого каталізатора, а також двох спеціальних органічних добавок, що обволікають зерна піску.

Крекінг-процес. Технологічний процес виготовлення піщано-смоляних оболонкових стрижнів має багато загального з процесом одержання піщано-смоляних оболонкових форм і зводиться до заповнення нагрітого до 200—220° С металевого стрижневого ящика піщано-смоляною сумішшю, витримці суміші в ящику протягом 8—12 с, достатньої для утворення оболонки товщиною 6—8 мм, а потім висипання із ящика надлишку суміші.

Для виготовлення таких стрижнів найбільш часто застосовують різні піскодувні і піскострельні машини, а також відносно рідше спеціальні відцентрові стрижневі машини.

Найбільш часто оболонкові стрижні виготовляють на одно- і багатопозиційних піскострельних автоматах, стрижневі ящики на який постачені електропідігрівачем.

На мал. 7.28 показана схема машини для виробництва оболонкових піщано-смоляних стрижнів у ящиках з електропідігріванням. На початку процесу суміш з робочого резервуара 2 по трубі 1 надходить у стрижневий ящик 5. Після заповнення його сумішшю й утворення оболонки потрібної товщини стиснене повітря з резервуара через триходовий кран 7 і фільтр 9 виділяється в атмосферу. Невикористана піщано-смоляна суміш з порожнини ящика висипається через отвір назад у резервуар, що перекривається ковпаком 8. Нагрівання ящика виконується до 200—220°С розміщеними в ньому електронагрівниками 4. Для охолодження кришки резервуара в машині передбачена камера 6, охолоджувана проточною водою, яка циркулює по трубі 3.

В окремих випадках після піскодувного заповнення стрижневого ящика піщано-смоляною сумішшю роблять її допресовку (тиском до 20 кгс/см²). У цьому випадку одержують оболонковий стрижень (чи форму) підвищеної міцності і якості робочої поверхні.

Виготовлення стрижнів у «гарячих» стрижневих ящиках. На відміну від крекінг-процесу, розрахованого на одержання оболонкових пустотілих стрижнів, гарячий (здійснюваний у нагрітих до 200°С стрижневих ящиках) процес дозволяє виготовляти об'ємні суцільні стрижні.

Важливою особливістю такого процесу виготавлення стрижнів у «гарячих» ящиках є можливість працювати на суміші, вміст смоли в якій складає всього 2%, тобто майже в два рази менше, ніж при виготовленні оболонкових стрижнів навіть із плакованих сумішей. Це забезпечує високу економічність процесу виготовлення стрижнів у «гарячих» стрижневих ящиках, а отже, швидке його впровадження в масове виробництво різноманітних виливків.

Суміш для такого процесу складається з дрібного кварцового піску (чи магнезиту, циркону й ін.) — наповнювача і синтетичної (мочевиноформальдегідної з фурановим спиртом чи мочевинофенолформальдегідної) смоли, що забезпечує швидке затвердіння стрижня.

Різновидом гарячого процесу виготавлення стрижнів є їхня продувка (сушіння) у ящиках нагрітим повітрям.

В сучасному ливарному виробництві сталевих, чавунних і частково бронзових і латунних складних виливків фігурні механічно не оброблювані порожнини починають виготовляти за допомогою металевих виплавлюваних стрижнів. У цьому випадку виготовлений на механічному устаткуванні або способом лиття стрижень зі сплаву, що має значно меншу температуру плавлення, чим виливок, що виготовляється, поміщають у порожнину піщано-глинистої, кокільної чи іншої форми і заливають розплавом. Після цього отриманий виливок нагрівають вище температури плавлення стрижня, але менше температури плавлення сплаву виливка. При цьому в порожнині виливка стрижень розплавляється і випливає з нього. За такою технологією виготовляють пустотілі виливки типу кулі й інші вироби.