§ Формовочные и стержневые смеси

1. Исходные формовочные и стержневые материалы.

а) Основные (пески и формовочные глины)

Формовочные пески (ГОСТ 2138-74) в зависимости от содержания глинистой составляющей и вредных примесей классифицируются:

«Об(1÷3)к» - обогащенный кварцевый; «(1÷4)к» - кварцевый; «Т» - тощий; «П» - полужирный; «Ж» - жирный; «ОЖ» - очень жирный.

По размеру зерна (определяется размером стороны ячейки сита): грубый – 0,63 мм; очень крупный – 0,4; крупный – 0,315; средний – 0,8; мелкий – 0,16; очень мелкий – 0,1; тонкий – 0, 063; пылевидный – 0,05. [Номер группы песка читается без запятых – «063»; «005»].

Формовочные глины являются минеральными связующими в формовочных и стержневых смесях. По минералогическому составу глины классифицируются: «К» - каолинитовая, «Г» - гидрослюдистая, «М» - монтмориллонитовая (бентонитовая), «П» - полиминеральные и прочие мономинеральные глины.

По пределу прочности во влажном и высушенном состоянии (σ_с - на сжатие) [в кгс/см²] глины классифицируются:

сорта – во влажном состоянии и классы – в высушенном состоянии.

Сорт σ_s Класс σ_s

Прочносвязующая I > 1,1 1 > 5,5

Среднесвязующая II 0,8-1,1 2 3,5-5,5

Малосвязующая III 0,5-0,79 3 < 3,5

б) вспомогательные (связующие для стержней, уголь, торф, графит, тальк и др.).

2. Формовочные смеси:

а) собственно формовочные смеси – «по-сырому» и «по-сухому».

Изготовление отливок в сырых песчано-глинистых формах имеет существенные преимущества: низкую стоимость формовочных материалов, возможность многократного использования оборотной смеси, высокую производительность формовочного оборудования, технологическую гибкость.

Смеси «по-сырому» классифицируются (по % содержанию оборотной смеси, кварцевого песка и глины): облицовочная, наполнительная, единая – для ручной формовки; единая – для машинной формовки; единая для автоматических линий изготовления форм прессованием; единая для автоматических пескодувно-прессовых линий безопочной формовки.

Формовочные смеси должны обладать определенными свойствами, прямо влияющими на качество получаемых форм и, в конечном счете, отливок.

Влажность: низкая – уменьшает прочность смеси, затрудняет удаление модели, осыпается форма. Высокая – снижает газопроницаемость, текучесть металла, качество поверхности отливок, повышает склонность к газовым раковинам и ужиминам.

Газопроницаемость (60-140 ед.). Низкая – вскипы, газовые раковины, взрывной пригар. Высокая – хуже качество поверхности отливок, пригар.

Предел прочности (сжатие). Низкий – обвал формы.

Текучесть – способность к перетеканию при уплотнении (~ 80%). Низкая – снижает твердость формы, особенно в трудноуплотняемых листах, ухудшает качество поверхности отливок, нарушает размеры отливок, увеличивает массу отливок.

Формуемость – связность (сыпучесть) смеси в неуплотненном состоянии, главным образом зависит от влажности. Низкая – плохо заполняются глубокие полости, что приводит к размывам (жидким металлом), ухудшает поверхность отливок, нарушает размеры, распор формы.

Осыпаемость – зависит от состава смеси и степени уплотнения. Высокая осыпаемость (мало воды и глины) – затрудняет ремонт форм, выкрашивание форм при установке стержней и сборке формы, размыв при заливке, песочные раковины, пригар.

Газотворная способность – определяется составом смеси и скоростью разложения материала. При увеличении – повышается газовое давление на поверхности контакта смеси с жидким металлом, газ проникает в металл и образует газовые раковины.

Уплотняемость – определяется влажностью, содержанием глины, формой и размерами песка. Чрезмерная уплотняемость приводит к подутию формы, газовым раковинам, ухудшению поверхности отливок. Пониженная вызывает осыпаемость кромок формы, подрыв выступающих частей формы при извлечении модели.

Изготовление форм по-сухому применяют при серийном, мелкосерийном и единичном производстве ответственных и тяжелых отливок, а также тонкостенных отливок сложной конфигурации. Они (формы) имеют большую прочность, по сравнению с сырыми, высокое сопротивление гидростатическому и гидродинамическому напору, высокую газопроницаемость, удовлетворительную податливость.

Однако за счет сушки форм и увеличения времен охлаждения отливок в форме длительность производственного цикла увеличивается.

В смесях для изготовления сухих форм в качестве основных материалов применяют кварцевый песок и глину с высокой прочностью в высушенном состоянии и с большим % содержанием. Вводят также вспомогательные материалы: сульфитно-спиртовую барду и другие связующие материалы для увеличения прочности смеси; древесные опилки, торф для улучшения податливости и газопроницаемости форм; магнезит, хромит, графит и другие огнеупорные материалы для увеличения термохимической устойчивости смеси и для регулирования скорости затвердевания отливок.

б) Стержневые смеси. Изготовление стержней. Состав стержневых смесей, их свойства определяются сложностью изготавливаемых стержней и способом их формовки и изготовления: «по-сухому»; по горячим ящикам; на основе песчано-смоляных смесей, отверждающихся при продувке газообразными катализаторами; на основе жидких самоотверждающихся смесей (ЖСС-процесс).

По сложности стержни классифицируются на 5 классов:

Класс I. Стержни наиболее сложной конфигурации, сильно омываемые металлом, имеющие тонкие сечения значительной протяженности, формующие в отливках узкие внутренние необрабатываемые полости, имеющие узкие знаки (например, стержни рубашки охлаждения блока цилиндров автомобиля и т.п.).

Класс II. Сложные стержни с массивными частями, сочетаемыми с тонкими ребрами, перемычками, выступами и впадинами, обладающие более развитыми знаками, чем стержни класса I, и формирующие в отливках полностью или частично необрабатываемые полости (например, стержни сложных корпусов приборов).

Класс III. Стержни средней сложности, не имеющие особо тонких сечений, формующие в отливках частично или полностью обрабатываемые поверхности, требующие наряду со средней прочностью в сыром и сухом состоянии высоких поверхностных качеств (например, центровые стержни блоков цилиндров).

Класс IV. Стержни средней сложности, не имеющие особо тонких сечений, формирующие в отливках обрабатываемые или необрабатываемые внутренние полости, или внешние габаритные стержни средней и малой сложности. Для увеличения податливости эти стержни могут быть изготовленными пустотелыми или с пористыми прокладками.

Класс V. Стержни наиболее простой конфигурации, имеющие постоянные сечения, формирующие в отливках обрабатываемые и необрабатываемые ровные, с плавными переходами внутренние и внешние поверхности (например, стержни простых отверстий, массивные стержни для образования внутренних полостей в крупных отливках).