Лабораторная работа № 9 Изучение технологического процесса изготовления литейных стержней в нагреваемой оснастке

Цель работы: изучить технологический процесс изготовления стержней в нагреваемой оснастке.

Общие сведения

В массовом и крупносерийном производстве стержней I-III групп сложности для отливок из различных сплавов используется Hot-box-процесс.

Принципиальной особенностью этого процесса является отверждение стержней и приобретение или высоких технологических свойств в течение 1-5 мин непосредственно в стержневом ящике. Сущность процесса заключается в том, что нагретый до 180-300 С металлический стержневой ящик заполняется быстротвердеющей под действием тепла песчано-смоляной смесью, которая при контакте с нагретой рабочей поверхностью ящика затвердевают. По истечении времени, необходимого для отверждения стержней, стержневой ящик раскрывается и из него извлекается готовый к простановке в форму стержень. При этом удаление стержня из ящика производится до наступления полного отверждения стержня по всему его сечению. Извлечение может быть произведено, как только образовался достаточно прочный наружный слой, обеспечивающий возможность удаления стержня из ящика без разрушения. В этом случае внутренняя часть стержня доотверждается на воздухе за счет действия аккумулированного стержнем тепла.

В настоящее время многообразие смесей для изготовления стержней в нагреваемой оснастке, огнеупорную основу которых составляет сухой среднезернистый кварцевый песок, на 100% (по массе) которого в типовом составе смеси используются: смоляной связующий материал – 1,5-3,0% (по массе); катализатор – 0,2-0,5; специальные добавки – 0,4-2,0%. Выбор типа и количество связующего зависит от многих факторов, основные из которых – вид сплава отливки, геометрические размеры стержня, технологически необходимая скорость отверждения, прочностные показатели стержня и др.

Для реализации этой технологии могут быть использованы любые смоляные связующие материалы, описанные в лабораторной работе № __ . Однако применение каждого из них имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Так смеси, содержащие карбамидоформальдегидные связующие, обладают достаточно высокой реакционной способностью, но из-за низкой термостойкости в отвержденном состоянии могут быть рекомендованы для изготовления преимущественно алюминиевых отливок.

Фенолформальдегидные смолы обладают рядом достоинств, главные из которых – высокая термостойкость, отсутствие азота, невысокая стоимость, поэтому они нашли применение для производства стержней как для чугунных, так и стальных отливок. Из этого класса связующих наиболее часто применяют фенолоспирт, СФ-480, СФ 3042 и др.

Карбамидоформальдегиднофурановые смолы (фуритол – 80, КФ–40, КФ-90, БС-40) являются наиболее реакционноспособными. Стержни, изготовленные на этих связующих, обладают высокой прочностью и достаточно большой гидро- и термостойкостью. Однако из-за наличия азота они применяются в основном для изготовления стержней чугунных отливок.

Фенолкарбамидоформальдегидные смолы являются промежуточными между феноло- и карбамидоформальдегидными , имеют улучшенную гидро- и термостойкость по сравнению с карбамидными и более высокую реакционную способность по сравнению с фенольными. Применяются для изготовления стержней крупных отливок.

Основные виды катализаторов (КЧ-32, КЧ-41, К4-51) представляют собой водные растворы солей кислот, устойчивых при нормальных температурах. При повышении температуры эти соли в водном растворе (вода содержится в смоле, песке, катализаторе) диссоциируют с образованием сильных кислот, что способствует ускорению процесса отверждения стержней.

Для придания стержневым смесям требуемых физико-механических и теплофизических свойств в их составах используют специальные добавки: серебристый графит – для увеличения теплопроводности; стеорат цинка или кальция – для уменьшения прилипаемости стержней к горячей оснастке и увеличения текучести смеси; этиловый спирт – для увеличения живучести смеси; оксиды железа – для предотвращения образования просечек.

Приготовление смеси осуществляется путем перемешивания компонентов, как правило, в лопастном смесителе. Из-за довольно высокой вязкости связующих предпочтительно производить перемешивание смеси в оборудовании, имеющем скорость вращения вала не более 30 об/мин. Готовая смесь надувается либо настреливается в нагретую стержневую оснастку и отверждается в ней. Поскольку смолы, применяемые для Hot-box-процесса являются поликонденсационными, то при нагревании смеси происходит реакция поликонденсации между исходными мономерами с образованием полимера и воды. Процесс протекания реакции поликонденсации подробно рассмотрен в лабораторной работе № 10.

Постановка работы

Приборы и материалы, используемые в работе: лопастной смеситель, прибор для изготовления образцов в нагреваемой оснастке, прибор для определения прочности на разрыв, весы лабораторные с пределом взвешивания 500 г с погрешностью ±100 мл, набор посуды для жидких и сыпучих компонентов, компрессор, сухой кварцевый песок, фенолоспирт.

Каждая группа студентов приготавливает и исследует один состав смеси, содержащий 2, 3 и 4 % связующего материала.

Порядок выполнения работы

Рассчитать составляющие на 0,7 кг смеси и приготовить смесь на приборе 4740. Смесь выгрузить в бункер и установить его на предварительно нагретый до температуры 200 С стержневой ящик прибора 4735. Вдуть смесь в стержневой ящик и выдержать ее в ящике заданное в табл.91 время, раскрыть его и извлечь отвержденные образцы. Образцы выдержать на воздухе в течение 10 мин и приступить к определению предела прочности при разрыве.

По окончании работы результаты всех испытаний занести в табл.9.1.

Таблица 9.1

Результаты испытаний

Содержание связующего, %	Прочность, МПа, при времени отверждения, мин
	1,0	1,5	2,0	2,5
2,0
3,0
4,0

Оформить результаты всех испытаний в виде графической зависимости прочности от количества связующего материала и времени отверждения.

Содержание отчета

По законченной работе оформить отчет, в котором должно быть отражено следующее:

1. Название работы

2. Цель работы

3. Краткая теоретическая часть

4. Методики проведения работы

5. Результаты работы

6. Выводы по работе

Вопросы для контроля

1. Сущность Hot-box-процесса.

2. Что включает в себя типовой состав смеси для Hot-box-процесса?

3. Какие связующие применяются для данного процесса?

4. Для чего применяются катализаторы составе смеси для Hot-box-процесса?

5. Какие специальные добавки вводятся в смесь и их назначение?

6. Как влияет количество связующего и время выдержки смеси в стержневом ящике на прочностные свойства образцов?