Литье в песчанные формы (курсовой проект) / Типовые составы формовочных смесей

ТИПОВЫЕ СОСТАВЫ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ

Формовочные смеси для форм стальных отливок

Основными требованиями, предъявляемыми к этим смесям, являются прочность и высокая термохимическая устойчивость, что особенно важно при производстве крупных отливок. Некоторые составы формовочных смесей из высокоогнеупорных материалов для крупных стальных отливок приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Составы формовочных смесей для крупных стальных отливок

Отливки	Состав смеси, %		Влажность, %	Газопрони-цаемость	Предел прочности при сжатии по-сырому, кПа
	Связующие материалы	Высоко- огнеупорные материалы
Крупные, массой более 5000 кг; толщина стенки 40 мм	Жидкое стекло 7,5	Хромомагнезитовый порошок 100	5-6	50-70	19,6–29,4
Особо крупные и тяжелые, массой более 5000 кг	ЛСТ 0,75 – 3,0	Хромистый железняк 100	5-6	-	-
Из легирован- ной стали	Глина 2,5; крепитель СБ 2 – 3	Цирконовый песок 100	3-5	40-130	29,4 – 43,0

Для повышения прочности и термохимической устойчивости формы крупных стальных отливок подвергают сушке. Однако эта операция удлиняет технологический цикл, поэтому широко используют поверхностную подсушку форм и быстротвердеющие смеси. Применение быстротвердеющих и самотвердеющих смесей в производстве крупного стального литья – одно из основных направлений развития и совершенствования технологии изготовления форм.

Хромомагнезитовые формовочные смеси на жидком стекле (таблица 1, строка 1) обладают высокой термохимической устойчивостью и применяются для изготовления форм крупных отливок из нержавеющих и жаропрочных сталей. Хромомагнезитовые смеси на жидком стекле имеют несколько меньшую податливость, чем аналогичные смеси на лигносульфонате техническом (ЛСТ). Поэтому стержни и выступающие части формы, препятствующие усадке отливки, изготовляют из смеси на ЛСТ.

Недостатком хромомагнезитовых смесей является низкая газопроницаемость, вследствие чего толщина облицовочного слоя не должна превышать 10 – 15 мм, чтобы исключить образование в отливках газовых раковин.

Хромомагнезитовые смеси приготовляют из отходов хромомагнезитового кирпича, содержащего 15 – 20% Сr₂O₃ и не менее 42% MgO. После дробления и разлома в бегунах хромомагнезитовый порошок просеивают через сито со стороной ячейки 0,8 – 1,5 мм. Для приготовления смесей для крупных отливок остаток на двух последних ситах и тазике должен быть 30-35%. Для мелких и средних отливок рекомендуется более мелкий помол (остаток на тех же ситах 35-40%).

Смеси на основе хромистого железняка (таблица 1, строка 2) применяют для форм отливок массой до 160 т с толщиной стенки не более 70 мм из углеродистых и специальных сталей. Хромистый железняк дробится и просеивается через сито с ячейками 1,0 – 1,5 мм. Просеянный хромистый железняк должен содержать не более 30 – 40% пылевидной фракции. Из полученного песка в бегунах готовится формовочная смесь влажностью 6 – 7%. Дополнительные связующие материалы можно не вводить, т.к. после сушки образуется плотная корка. Если прочность недостаточна, то в состав смеси вводят 0,75 – 3,0% ЛСТ. Толщина облицовочного слоя смеси зависит от толщины стенки, массы, конфигурации отливки и выбирается в пределах 25 – 150 мм.

Использование облицовочных смесей связанно с рядом производственных неудобств – большим расходом хромистого железняка, отслаиванием облицовочного слоя формы, при формовке в почве и на встряхивающих машинах облицовочная смесь перемешивается с наполнительной. Поэтому часто формы облицовывают пастами из хромистого железняка. Для отливок массой 1,5 – 2 т толщина слоя пасты должна быть 1,5 мм, а для отливок массой 30 т и более толщина слоя 2 – 4 мм. В качестве связующего в составе пасты используют патоку (10-12%) и декстрин (0,1 – 2,0%). На формы крупных и толстостенных отливок пасту наносят в два слоя.

Цирконовые формовочные смеси (таблица 1, строка 3) позволяют получать высокую чистоту поверхности отливок, но вследствие дороговизны песка применяются редко, только при изготовлении особо ответственных отливок.

Быстротвердеющие жидкостекольные песчано-глинистые смеси занимают доминирующие положение в производстве отливок, как из углеродистых, так и из легированных сталей. Переход с песчано-глинистых на жидкостекольные смеси сокращает производственный цикл, способствует увеличению роста выпуска отливок на одного рабочего и обеспечивает получение отливок высокого качества. Однако при этом увеличивается расход свежих материалов. На практике часто для форм стальных отливок применяют облицовочные быстротвердеющие смеси, составы которых приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Составы облицовочных быстротвердеющих смесей с жидким стеклом для форм стальных отливок

Отливки	Состав смеси в вес, %
	Отработанная смесь	Песок К02, К016	Глина порошко-образная	Общее глино- содержа-ние	Жидкое стекло содовое		NaOH	Мазут
Мелкие и средние	50	50	-	4 – 8	5 - 7		0,5 – 1,5	-
Средние	25	75	-	До 5	7 ,0		1,0	0,5
Крупные	-	100	2-3	До 5	6,5 – 7,5		1,0	0,2 – 0,3
Общего назначения	30	69	1,0	-	5,2		1,1	0,6
Отливки	Влажность, %		Газопрони-цаемость	Предел прочности, кПа/м2
				на сжатие (по-сырому)		на разрыв (по-сухому)
Мелкие и средние	4,5 – 5,5		70	24,5 – 34,3		≥ 784
Средние	3,0 – 5,0		80	24,5 – 34,3		≥ 784
Крупные	3,0 – 4,5		180	19,6 – 34,3		≥ 1176
Общего назначения	2,6 – 3,0		150	17,6 – 26,5		≥ 980-1764

Песчано-глинистые формовочные смеси применяют для изготовления отливок из углеродистой стали малой и средней массы (таблица 3).

Таблица 3 – Составы песчано-глинистых формовочных смесей для форм стальных отливок

Смесь	Характеристика отливки	Состав смеси, % вес.					Зерно- вой состав	Влажность, %	Газопроницае-мость	Предел прочности при сжатии во влажном состоянии, кПа
		Отработанная смесь	Кварцевый песок	Глина	Общее глино-содержание	ЛСТ
Облицо- вочная для формовки по-сырому	Масса до 100 кг, толщина стенки до 25 мм	80 – 40	16,5 – 53,0	3 - 6,5	8 - 10	До 0,5	К016, К02,	3,5 - 4,5	80 -100	29,4-49,0
	Масса 100-500 кг, толщина стенки до 25 мм	75 – 40	20,5 - 51,5	4 - 8	10 - 12	До 0,5	К02	4,0 - 5,0	100 - 120	39,2-58,8
	Масса до 500 кг, толщина стенки до 50 мм	60 – 40	33,5 - 51,0	6 - 8,5	11 - 13	До 0,5	К02, К0315	4,5 - 5,5	100 - 130	49,0-68,6
	Масса до 5000кг, толщина стенки до 50 мм	80 – 40	15,5 - 50,5	4 - 9	12 - 14	До 0,5	К02	5,0 - 7,0	70 - 100	49,0-68,6
Облицо- вочная	Склонна к горячим трещинам; толщина стенки до 80 мм	80 – 40	12,5 - 45,5	4 - 9	12 - 14	2,4 - 1,5	К02, К0315	5,0 - 7,0	70 - 100	34,3-58,8
Единая для формовки по-сырому	Масса до 100 кг	92 - 90	6,5 - 8,0	-	8 - 10	1,5 - 2,0	К016, К02	3,4 - 4,5	80 - 100	29,4-49,0
* В смесь вводят до 8% (объем.) древесных опилок.

Тонкостенные отливки массой до 500 кг получают во влажных формах, ответственные и более тяжелые отливки – в сухих формах. Для крупных отливок, массой более 5000 кг, и средних отливок со стенкой толщиной более 50 мм облицовочную смесь приготовляют только из свежих материалов и в качестве противопригарного материала вводят до 30% маршалита.

Для стальных отливок формовочные смеси готовят из крупнозернистого кварцевого песка, чтобы увеличить огнеупорность смеси. После сушки формы красят маршалитовой краской.

Качество стальных отливок улучшится при использовании бентонитовых смесей, влажностью 4 – 5% с небольшими добавками органических связующих (ЛСТ, древесного пека, ГТФ и др.) (таблица 4).

Таблица 4 - Типовые составы песчано-бентонитовых смесей, применяемых для формовки по-сырому при изготовлении стальных отливок

Смесь и способ формовки	Отливки	Состав формовочной смеси, %				Влажность, %	Газопроницаемость	Предел прочности при сжатии, кПа
		Оборотная смесь	Кварцевый песок	Бентонит	Добавки
Единая для автоматических пескодувно-прессовых линий формовки типа Дисаматик	Мелкие	92-95	5-8	1,2-2,0	0,05-0,10 крахма-листые	3,1-3,5	100	170-210
Единая для автоматической формовки прессованием	Мелкие и средние	82-92	6-12	3,0-6,0	0,05-0,10 крахма-листые 0,01-0,03 ПАВ	3,5-4,5	120	90-130
Единая для машинной формовки встряхиванием с подпрессовкой	Мелкие и средние	88-92	5-7	2,5-4,0	0,04-0,08 крахма-листые	3,5-5,0	120	50-70
Облицовочная для машинной формовки встряхиванием с подпрессовкой	Мелкие	40-80	16-53	6,0-10,0	0,01-0,03 ПАВ	3,5-4,0	100	40-60
	Средние	40-75	20-52	8,0-12,0	0,5-1,2 ЛСТ	4,0-5,0	120	40-70
	Крупные	40-60	33-51	10,0-13,0	1,0-1,5 ЛСТ	4,5-5,5	130	50-70

Во влажных формах с бентонитовой облицовочной смесью можно получать ответственные отливки массой до 1000 кг со стенками толщиной 20 мм и более. При введении в облицовочную смесь жидкого стекла во влажных формах можно изготавливать отливки массой более 2000 кг.

Жидкие самотвердеющие (ЖСС) и быстротвердеющие смеси открывают большие возможности для механизации процессов формовки, улучшения санитарно-гигиенических условий труда, повышения точности отливок и снижения трудоемкости изготовления формы.

Формовочные смеси для чугунных отливок (таблица 5)

В массовом производстве с высокомеханизированным смесеприготовительным отделением рекомендуется использовать единые формовочные смеси. В формах из единой смеси изготовляют детали автомобилей, тракторов, детали станкостроения и автодорожного машиностроения, к которым предъявляют повышенные требования по качеству и чистоте поверхности.

Таблица 5 - Составы песчано-глинистых формовочных смесей для форм чугунных отливок

Отливка		Состав смеси в вес. %									Влажность, %	Газопроницаемость	Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, кПа в МПа/ см3	Формовка
Масса, кг	Толщина стенки, мм	Глина	Зерновой состав	Облицовочная				Единая
				Обработанная смесь	Свежие материалы	Каменный .уголь	Древесные опилки	Отработанная смесь	Свежие материалы	Каменно-угольная пыль
До 20	До10 Более 10	8-10	01, 016	78 - 59	20-38	2-3	-	96,5 - 94,5	3-5	0,5	4,5 - 5,5	25-35 30-50	0,03 - 0,05	По-сырому
20 - 200	До 25 Более 25	7-10 8-10	016, 02	75 - 45	22-51 21-50	3-4, 4-5	-	94,3- 92,3 93,2- 89,2	5-7, 6-10	0,7 0,8	4,0 - 5,5	40-60 50-70	0,3 - 0,5
200 - 1000	До 40 Более 40	9-11 10-12	02, 0315	70 - 40	26-55 25-52	4-5, 5-8	-	91,0- 86,8 88,8- 83,5	8-12, 10-15	1-1,2, 1,2-1,5	4,5-6 4,5-6,5	60-80 70-100	0,4-0,6 0,45-0,7
1000 - 5000	До 40 Более 40	11-13 12-14	02, 0315, 04	60 - 40	34-52	6-8	-	-	-	-	5-7	100-200, 100-130	0,5-0,8 0,6-0,8
До 100	-	12-14	02, 0315	70 - 40	25-57	-	0,3	-	-	-	6-7	60-80	0,5-0,8	По-сухому
Более 100	-	12-16	0315, 04	60 - 35	37-62	-	0,3	-	-	-	6-8	80-100	0,5-0,8
До 2000	До 30	12-14	0315, 04	60 - 50	28-40	-	10 - 12	-	-	-	7-8	70	0,5-0,65
2000 - 15000	До 50	14-16	04, 0315	50 - 40	38-50	-	10 - 12	-	-	-	7-8	70	0,65-0,8
10000 - 30000	До 60	-	04, 0315	20	песок 47, глина 20	-	13	-	-	-	-	-	-	Кирпичные формы и стержни
10000 - 50000	Более 60	-	04, 0315	20	песок 43-42 глина 20	Кокс 4-5	13	-	-	-	-	-	На разрыв в сухом состоянии 1,5-2,5

Единая смесь приготовляется из отработанной смеси с добавлением свежих материалов (кварцевого песка и огнеупорной глины). Замена огнеупорной глины бентонитом (таблица 6) резко улучшает качество отливок. в состав единой смеси в качестве упрочняющих и противопригарных добавок вводят каменноугольную пыль ( 0,5 – 1,5%), древесный пек (до 1 % ), ЛСТ ( до 2%) и др.