книги из ГПНТБ / Титов, Н. Д. Технология литейного производства учебник для машиностроительных техникумов

формовочной смеси составляющих компонентов в результате тща­ тельного перемешивания. ■

Формовочные и стержневые смеси должны обладать минимальной прилипаемостыо к модели или стержневому ящику, что зависит от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прилипаемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая барда увеличивает прилнпаемость смеси, масляные связующие уменьшают ее.

Гигроскопичность — способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха — зависит от свойств связую­ щей добавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым рако­ винам.

Долговечность — способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси.

Выбиваемость — способность стержневой смеси легко удаляться при выбивке ее из охлажденной отливки — зависит от количества песка, глины н вида связующего в стержневых смесях.

Формовочные смеси

Состав формовочных и стержневых смесей чрезвычайно разно­ образен, он зависит от рода сплава, массы, толщины стенки и кон­ фигурации отливки, предъявляемых к ней требований, характера производства.

Формовочные смеси делят:

1)по характеру использования — на единые, облицовочные, наполнительные;

2)по состоянию формы перед заливкой — на смеси для форм,

заливаемых в сыром состоянии, и смеси для форм, заливаемых

всухом состоянии;

3)в зависимости от класса применяемого песка на естественные

исинтетические.

Если всю форму изготовляют из одной смеси, то такую смесь называют единой. Единые смеси применяют для машинной формовки при серийном и массовом производстве. Эти смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить долговечность смеси. При перера­ ботке для повторного использования в них вводят достаточное количество свежих материалов для придания им высоких техноло­ гических свойств.

Облицовочную смесь наносят на модель, после уплотнения она образует слой формы толщиной 15—50 мм (в зависимости от тол­

60

щины стенки отливки), соприкасающийся с жидким металлом. Облицовочную смесь всегда применяют вместе с наполнительной смесью, которая заполняет остальной объем опоки. Наполнительная смесь должна иметь газопроницаемость не ниже облицовочной, при этом условии наполнительная смесь не будет препятствовать прохождению газов и паров воды, образующихся в поверхностном слое облицовочной смеси в начальный момент заливки. При изго­ товлении тонкостенных отливок наполнительная смесь должна иметь высокую ’ податливость для предотвращения образования трещин в отливках.

Единая и облицовочная смеси должны обладать достаточной прочностью, чтобы обеспечивать сопротивление формы давлению жидкого металла при заливке. При применении облицовочной смеси значительно сокращается расход свежих формовочных материалов

идобавок на 1 т годных отливок, однако усложняются технология

имеханизация изготовления формы.

Освежительная смесь предназначена для восстановления отра­ ботанной смеси, содержит свежие пески, глину, связующие, добавки в количествах, необходимых для восстановления технологических свойств отработанных смесей.

В природе встречаются пески, содержащие такое количество глины, которое позволяет после увлажнения и перемешивания использовать их в качестве формовочной смеси. Такие смеси назы­ вают естественными. Примером может служить тамбовский песок, используемый для изготовления форм отливок из цветных сплавов. Обычно эти смеси имеют пониженные газопроницаемость'и огне­ упорность.

Синтетические смеси — это смеси, в которые глину вводят в виде самостоятельной добавки; их наиболее широко применяют на практике.

Формовочные смеси для отливок из чугуна и стали. Чугунные и стальные отливки изготовляют в сырых и сухих цесчаных формах. Процесс получения отливок в сырых песчаных формах является более экономичным в связи с сокращением цикла изготовления отливки. Наряду с этим процесс имеет и недостаток — малую прочность сырой формы, поэтому по-сырому практически можно получить отливки массой до 3000 кг. Сухие формы обычно применяют для средних и крупных отливок в единичном и мелкосерийном про­ изводстве.

Выбор формовочной смеси для чугунных н стальных отливок зависит от массы отливки, толщины ее стенки и технологии изготов­ ления формы.

Д л я ф о р м о в к и ' п о - с ы р о м у ч у г у н н ы х о т ­

кой бентонита или прочносвязующих глин, лучшей их формуемостью.

61

Состав смеси, % по массе

62

При изготовлении тонкостенных отливок для улучшения подат­ ливости формы уменьшают содержание в смеси глины, а также прочность ее до 0,2 кгс/см2.. Чистота поверхности отливки, повы­ шение Механической прочности и противопригарных свойств дости­ гаются введением в единые и облицовочные смеси каменного угля, мазута и связующих, например сульфитной барды.

С м е с и д л я и з г о т о в л е н и я с у х и х ф о р м ч у ­ г у н н ы х о т л и в о к обладают повышенной прочностью и пони­ женной податливостью. Для увеличения податливости в такую смесь добавляют опилки, торф, асбестовую крошку.

Формовочные смеси для стальных отливок. Эти смеси, как пра­ вило, составляют из песков 1К или 2К с содержанием не менее 95% Si02 и огнеупорной глины I сорта и 1-й группы (табл. 15). Это вызвано тем, что температура заливки стали выше, чем чугуна, поэтому форма должна обладать большими огнеупорностью и прочностью.

При изготовлении мелких стальных отливок по-сырому приме­ няют облицовочные смеси. В этом случае рекомендуется вместо глины в смесь вводить бентонит, а для упрочнения формы связую­ щие: сульфитную барду, патоку, жидкое стекло. Введение в смесь вместо глины бентонита снижает общее глиносодержание, благодаря чему повышаются газопроницаемость, податливость и механическая прочность, смеси.

При изготовлении мелких и средних по массе отливок рекомен­ дуется применять в составе формовочных смесей пески зернистостью 016А и 02А. Более крупный песок способствует получению более грубой поверхности отливки. Для получения чистой поверхности отливки в смесь рекомендуется вводить до 20% пылевидного кварца при условии обеспечения достаточной газопроницаемости. Для формовки по-сухому можно применять кварцевые пески более крупные, но в этом случае следует тщательно красить форму.

Формы для особо крупных отливок со стенками толщиной свыше 70 мм из углеродистых и специальных сталей изготовляют с применением облицовочной смеси из хромистого железняка. В ка­ честве связующего используют сульфитную барду (0,75—3,0% по массе).

Формы для крупных отливок из коррозионностойких и жаро­ прочных сталей изготовляют с применением облицовочных хромомагнезитных смесей на жидком стекле (до 7,5% по массе).

Формовочные смеси для ускоренного изготовления форм. Уско­ ренная технология изготовления литейных форм позволяет резко сократить технологический цикл, повысить производительность труда, высвободить производственные площади. Она основана на использовании в составе формовочной смеси быстротвердеющих связующих органического и неорганического происхождения.

Для ускорения сушки облицовочного слоя при использовании органических связующих (СБ, СП) производят поверхностную сушку форм горячими газами, При использовании жидкого стекла

63

твердение осуществляется продувкой формы С0.2 (углекислым газом). Возможна и тепловая обработка формы, с поверхности горячими газами.

Литейная форма, изготовленная по ускоренной технологии, имеет прочный облицовочный слой заданной толщины и может выдерживать большие давления. При формовке с быстротвердеющими смесями облицовочный слой равномерно распределяется по поверхности модели толщиной 20—50 мм в зависимости от толщины стенки и массы отливки. Остальная часть формы заполняется напол­ нительной смесью. После отделки форму окрашивают противопри­ гарной краской и высушивают.

В табл. 16 приведены составы облицовочных быстротвердеющих формовочных смесей.

П р и м е ч и н и я: 1. Для ускорения процесса сушки в смеси с жидким стеклом добавляют 0,75—1,0% NaOH (10%-ный раствор).

2. Для стальных отливок употребляют песок 1К02А.

Формовочные смеси для отливок из цветных сплавов. Темпера­ тура заливки медных сплавов не выше 1100—1150° С, а алюминие­ вых и магниевых в пределах 750—800 °С, поэтому огнеупорность

формовочных смесей для отливок из этих сплавов может быть ниже применяемых для чугунных и стальных отливок.

Для формовочных смесей при литье м е д н ы х с п л а в о в применяют глинистые пески класса П с добавкой 0,3—1,5% мазута

иотработанной формовочной смеси. При литье а л ю м и и и е в ы х

сп л а в о в обычно используют для освежения смеси глинистый

песок П01А или П063А. Формовочные смеси для м а г и и е в ы х с п л а в о в должны содержать защитные присадки, предотвра­ щающие окисление сплава в процессе его заливки и затвердевания в форме. Кроме того, формовочная смесь не должна содержать посторонних включений (угля, сланцев п др.), так как они способ­ ствуют образованию газовых раковин и других дефектов в от­ ливках.

В качестве защитных добавок вводят 5—8% фтористой при­ садки или 4—5% борной кислоты. Смеси для сплавов магния при­ готовляют из песка П01А (40—60%) и К02Б (60—40%). Количество добавки фтористой присадки зависит от массы и толщины стенки отливки, а также от влажности смеси. В формовочную смесь для крупных отливок со стенками толщиной 30—35 мм дополнительно

впроцессе заливки испытывают значительно большие термические

имеханические воздействия металла по сравнению с формой, по­ этому к стержневым смесям предъявляют более жесткие требования. Прочность стержня в сухом состоянии и поверхностная твердость должны быть выше, чем у формы. Стержневые смеси должны иметь высокую огнеупорность, податливость и небольшую гигроскопич­ ность, особенно при формовке по-сырому, повышенную газопрони­ цаемость и малую газотворную способность.

Стержни делят на пять классов по геометрическим размерам,

конфигурации, условиям работы в литейной форме и требованиям к качеству литой поверхности.

I класс — стержни сложной конфигурации, ажурные, имеющие малые знаки, образующие в отливках необрабатываемые полости, к чистоте поверхности которых предъявляют высокие требования, например стержни ленточного типа для отливок корпусов двига­ телей внутреннего сгорания.

II класс — стержни сложной конфигурации, имеющие наряду с массивными частями тонкие выступы, перемычки. Они обра­ зуют в отливке полностью или частично обрабатываемые поверх­ ности.

III класс — стержни средней сложности с массивными знаками, не имеющие особо тонких частей, но выполняющие в отливках полости, к чистоте поверхности которых предъявляют повышенные требования.

66

IV класс — стержни простой конфигурации, образующие в от­ ливках обрабатываемые и необрабатываемые поверхности, к чи­ стоте которых особых требований не предъявляется.

V класс — массивные стержни, образующие большие полости в крупных отливках.

Смесь для стержней I класса должна обладать высокой проч­ ностью, поверхностной твердостью, высокой пластичностью во влажном состоянии, минимальной газотворностыо, хорошей подат­ ливостью и выбиваемостыо.

Смесь для стержней II класса должна удовлетворять тем же самым требованиям, но иметь большую прочность во влажном состоянии, чтобы массивные и высокие части стержня не разру­ шались под собственной массой.

Смесь для стержней III класса должна иметь высокую прочность во влажном состоянии, хорошую податливость и выбиваемость.

Смеси для стержней IV и V классов должны иметь высокую прочность во влажном состоянии, хорошую податливость и выби­ ваемость.

Технологические свойства стержневых смесей зависят от при­ меняемых связующих и достигаются обычно комбинацией несколь­ ких связующих между собой. В табл. 17 приведены составы стерж­ невых смесей для изготовления стержней вручную и на пескодув­ ных и пескострельных машинах.

В условиях массового производства процесс сушки стержней снижает производительность труда, удлиняет технологический цикл, сушильное оборудование занимает значительные площади и энергоемкое. Этих недостатков не имеет технологический процесс изготовления стержней из смесей, затвердевающих в горячих ящиках.

Стержневые смеси для изготовления стержней в горячих ящиках содержат быстротвердеющие органические или органо-минеральные связующие, способные быстро затвердевать при нагреве (табл. 18). Процесс твердения ускоряют введением* катализаторов и продувкой горячим воздухом.

Жидкие самотвердеющие смеси. На долю стержней приходится 25—30% общей трудоемкости изготовления крупных отливок. Полностью механизировать производство крупных стержней позво­ ляют жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС). Эти смеси настолько текучи, что легко заполняют стержневой ящик при его вибрации и затем затвердевают в нем.

Причиной текучести смеси является пена, образующаяся в про­ цессе интенсивного перемешивания обычной жидкостекольной смеси либо смеси на некоторых других органических связующих с добав­ кой специальных веществ. Пузырьки пены разделяют зерна песка, облегчают скольжение зерен, уменьшают силы трения, что и при­ дает смеси свойство текучести. Текучесть смеси может изменяться в зависимости от состава смеси и продолжительности перемешива­ ния. Время сохранения смесью текучести также можно регулиро-

Таблица 17

Стержневые смеси для чугунных и стальных отливок

68

вать. Обычно.оно составляет 9—10 мин. За это время смесь должна быть разлита в стержневые ящики.

Через 20—30 мин смесь приобретает достаточную прочность, и стержень можно извлекать из ящика. Газопроницаемость этих смесей превышает 1000, прочность при сжатии через 4 ч после заливки составляет 2—4 кгс/см2.

Смеси >КСС обладают повышенной прилипаемостыо, поэтому поверхность ящиков должна быть покрыта специальными лаками, а такжеразделительными составами. Высокая пористость смесей >КСС способствует образованию пригара на отливках. Для устра­ нения этого стержни и формы перед сборкой окрашивают прони­ кающими огнеупорными красками, что позволяет получать отливки с чистой поверхностью.

Смеси ЖСС позволяют резко повысить производительность труда стерженщиков, исключить ручной труд при изготовлении крупных стержней, устранить трудоемкую операцию сушки, создать поточное производство крупных отливок.

§ 7. ПРОТИВОПРИГАРНЫЕ КРАСКИ, ПАСТЫ

Противопригарные краски, пасты предохраняют поверхность отливки от пригара, увеличивают поверхностную прочность, умень­ шают осыпаемость форм и стержней, обеспечивают получение чистых отливок. Для уменьшения пригара применяют краски, содержащие связующие и огнеупорные материалы. Нанесенные на поверхность формы или стержня краски образуют прочный слой огнеупорного материала, препятствующий прониканию металла и его окислов в поры между зернами смеси, что устраняет пригар на отливках.

Формовочные краски должны отвечать следующим требованиям: 1) иметь высокую температуру плавления и не размягчаться от соприкосновения с жидким металлом; 2) не образовывать при со­ прикосновении с металлом легкоплавких соединений; 3) оставаться постоянными по составу во время их приготовления, хранения и окраски форм и стержней; 4) обладать хорошей кроющей способ­ ностью; 5) слой краски, нанесенный на поверхность формы или стержня, не должен трескаться при сушке и подсушке форм и

Формовочные краски выбирают в зависимости от рода металла, массы отливки и способа формовки. Для крупных чугунных отли­ вок в краски обычно вводят связующее и в качестве противопри­ гарного материала черный графит с добавками бентонита. Для мелких и средних чугунных отливок графит заменяют каменным

69