2.5.3 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, без катализаторов, с каталитическим отверждением за счет теплового воздействия.

Песчано-смоляные смеси 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 60сек; возможность регенерации отработанных смесей. К недостаткам песчано-смоляных смесей 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 в нагреваемой оснастке. Упрочнение смесей осуществляется с помощью тепловой обработки в два этапа: первый этап – в течение 20–30 с в контакте с модельной или стержневой оснасткой, нагретой 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. Применяют плакированные и неплакированные песчано-смоляные смеси. В плакированных смесях смола покрывает тонкой пленкой зерна формовочного песка.

Пластичные песчано-смоляные смеси упрочняют как за счет введения 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. 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 отверждения смол КФ-90, УКС-Л и других смол карбамидофуранового класса.

Одной из разновидностей теплового метода упрочнения стержней, изготовленных из песчано-смоляных смесей, является их выдержка в нагретом до определенной температуры стержневом ящике.

Преимущества процессов «Cold – Box» перед «Hot – Box» Таблица № 2.10

Показатели	Cold – Box	Hot – Box
Коробление стержня при изготовлении	1,0 – 1,5	Нет
Возможность изготовления моноблоков стержней с точностью сборки 0,0 – 0,3 мм	Нет	Да
Брак стержней при изготовлении и сборке	10 – 15%	2 – 3%
Затраты на изготовление нового комплекта стержневой оснастки	100%	70 – 80%
Производительность, сьемов/ч (блочные стержни)	100%	120%
Размер припусков на механическую обработку	100%	60 - 70%
Потери от брака отливок	100%	50%
Затраты на связующие и вспомогательные материалы	100%	110%
Обьем токсичных газовыделений на операциях заливки и выбивки	100%	50 - 60%
Затраты на захоронение отходов стержней (4кл опасности)	100%	12%

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 40–70с.

В горячих ящиках изготавливают в основном мелкие стержни сложной конфигурации в условиях массового производства. Необходимо отметить, что процессы и материалы применяемые при изготовлении форм и стержней по горячей оснастке естественным образом и практически повсеместно вытесняются ХТС и соответствующими технологиями.

Характеристики наиболее распространенных

в мировой практике (NO-bake) процессов Таблица № 2.11

Показатели	Фуран-процесс в весовых процентах	Альфасет в весовых процентах	Пепсет в весовых процентах
	100 % песка 0,8-1,2 % фурановой смолы, 0,3-0,5 % сульфоновой или ортофосфорной кислоты	100 % песка 1,2-1,4 % фенольной кислоты 0,2-0,5 % эфира МФ	100 % песка 0,5-0,6 % фенольной смолы0,5-0,8%полиизоцианта 0,5-3,0 % катализатора
Прочность на изгиб, МПа	3 - 6	2 - 3	2,5 - 5
Манипуляционное время для заполнения формы и уплотнение смеси, мин	5 - 15	3 - 6	5 - 10
Время до удаления модели из полуформы, мин	20 - 60	10 - 20	5 - 10
Время готовности для заливки, мин	40 – 60 (системы через 6 час)	30 - 60	20 – 40 (системы до 1 час)
Допустимые краски	Спиртовые. Водные	Спиртовые только	Спиртовые, реже водные
Регенерация термически прогретых остатков смеси	Механическая Термическая Использование регенерата в смеси более 90%	Механическая Использование регенерата в смеси не более 80%	Механическая Возможна термическая Использование регенерата в смеси более 90%
Применение	Сплавы на основе Al.Cu.Сч,Вч,сталь Различные серии Мелкое и крупное литье	Сплавы на основе Al.Cu.Сч,Вч,сталь Быстродействующая система Любое литье	Сплавы на основе Al.Cu.Сч,Вч,сталь Быстродействующая система Мелкое литье
Характеристика системы	Универсальное применеие, 2-х компонентная система Сильно кислая реакция	Отличные показатели экологии Отличная выбиваемость Щелочная реакция	Возможен вариант системы с двумя компонентами для Al литья

Это происходит благодаря интенсивному развитию процессов применения ХТС с жидкостными и газовыми катализаторами которые обладают несомненными технологическими и экономическими преимуществами (табл2.10).Современные песчано-смоляные смеси для холодной оснастки по характеру и специфике применения следует разделять на смеси и материалы с невысокой скоростью отверждения и смеси и материалы быстрого отверждения.

Первые - используют жидкие отвердители и ориентированы на технологические процессы изготовления форм и стержней, главным образом для малопроизводительного многономенклатурного производства.

Вторые - предполагают дополнительное применение газообразных катализаторов и используются для серийного, крупносерийного и массового производства стержней под обеспечение потребностей высокопроизводительных АФЛ.

Среди технологий и материалов применяемых в многономенклатурном производстве наибольшее распространение получили фуран-, альфасет- и пепсет-процессы ( табл 2.11).

Наименование и краткие характеристики процессов Таблица № 2.12

Процесс	СК 1	СК 2	Катализа- тор,отверди- тель	Живу- честь,ч	Прочность на изгиб через 30сек/24час
Полифарм-1,Россия Cold-Box-Amin Германия Pertahn. Швеция Isocure. США Friodur. Австрия	Феноль- ная смола 0,6 – 0,8%	Изоциант 0,6 – 0,8%	Триэтил- амин, триметил- этиламин	3 - 4	1,5 – 2,5/ 3,0 – 4,0
Эпокси SO2 , Россия FRS, США	Эпокси-акрилатная композиция 0,6 – 0,8	Эпоксидная смола с пероксилом 0,6 – 0,8%	Сернистый ангидрид SO2	24	0.7 – 0.9/ 2.0 – 3.0
MF –процесс, Россия Betaset , Англия Vaposet.Швеция	Феноль- ная смола 0.7 – 1.0%	-	Метил- формиат	24	0,5 – 0,7/ 2.0 – 3.0
ФС- СО 2, Россия Carbophen. Германия Nawonol. США Phenco Швеция	Феноль- ная смола 1,0 - 1,25%	-	Углекислый газ	5 -6	0,5 – 0,7/ 1.6 – 2.0
Redset. Германия Nowaset. США	Феноль- ная смола 0,7 – 0,8	Кислота	Димекси- метон	24	2.4 – 3.6/ 3,0 – 4,0

Очевидно, что широкая распространенность указанных процессов обусловлена универсальностью по отношению к различным сплавам и отливкам широкой весовой номенклатуры, высоким показателем многократного использования смеси, низким расходом связующего и высокими эксплуатационными свойствами смесей.

Среди наиболее распостраненных технологий и материалов для крупносерийного и массового производства стержней (табл 2.12) следует особо отметить «Cold-Box-Amin» и «Betaset» как сочетающие высокие прочностные свойства, высокую производительность и хорошие экологические показатели.

Контрольные вопросы

1. Приведите разделение формовочных смесей по назначению, роду применяемого расплава

2.Дайте характеристику и назовите условия применения единых, наполнительных и облицовочных смесей

3.Опишите свойства формовочных и стержневых смесей

4. Перечислите составляющие компоненты исходных формовочных материалов

5. Какие материалы является основной составляющий формовочных и

стержневых смесей? Приведите их свойства

6. Дайте характеристику природным огнеупорным материалам.

7. Охарактеризуйте роль связующих материалов при приготовлении смесей,

приведите требования, предьявляемые к ним

8. Назовите достоинства и опишите область применения глинистых связующих

9. Опишите назначение, преимущества и условия использования

синтетических смол

10. Опишите область применения жидкого стекла. Приведите реакцию

отверждения смеси по СО₂ - процессу

11. Назовите группы подразделения формовочных и стержневых смесей

12. Дайте классификацию песчано-глинистых смесей по типу, виду и

характеру твердения

13. Назовите причину широкого использования песчано-жидкостекольных смесей

14. Приведите характеристику и применяемость пластичных и жидких

самотвердеющих смесей

15. В чем заключаются преимущества песчаносмоляных смесей?

16 . Перечислите этапы упрочнения смесей, осуществляемых с помощью

тепловой обработки

17. Приведите характеристики наиболее распостраненных в мировой

практике NO-bake процессов