30. Активация исходных формовочных материалов. Комплексный подход в оценке качества материалов.

С появлением нового класса мельниц, которые называются энергонапряженными, появилась возможность перевода процессов измельчения, смешивания и обогащения на атомарно-молекулярный уровень воздействия на материал. Материалы и смеси в результате обработки в таких уст­ройствах приобретают совершенно новые свойства за счет твердофазных механохимических реакций, локальных температурных превращений, пере­стройки в кристаллической структуре материалов (аморфизация, насыще­ние дефектами) и других процессов.

Переход материалов в новое поколение только в физическом смысле называют механоактивацией материалов. В случае химических превраще­ний в материалах процесс называют механической активацией.

Кроме активации, такие устройства позволяют осуществлять высоко­качественное смешивание готовых смесей, красок, суспензий. Поэтому та­кие мельницы стали называть мельницы-активаторы-смесители. К такому типу относятся планетарные, вибрационные, струйные, дезинтеграторы и др. Подбором соотношения количества загружаемых материалов и мелю­щих тел, среды измельчения (воздух, вода, реакционная смесь готовая или жидкая), энергонагрузки на материалы и времени обработки добиваются необходимой степени активации материалов и протекания процессов из­мельчения, смешивания, обогащения каждого по отдельности или совме­щенных 2-х или 3-х процессов в одном агрегате.

31. .Входной контроль материалов и экспресс-анализ свойств в процессе приготовления смесей и красок.

32. Свойства формовочных смесей.

Основными свойствами формовочных смесей, которые всегда регламен­тируются и контролируются, являются влажность, газопрони­цаемость, прочность по-сырому и прочность по-сухому (для стержней и форм, высушиваемых перед заливкой). Остальные технологические свойства — газотворность, формуемость, гигроскопичность, прочность при высокой температу­ре, податливость, прилнпаемость, выбиваемость, склонность к образованию ужимин и засоров, противопригарные свойства— обычно отрабатываются при подборе состава формовочной сме­си и затем периодически контролируются. Стандартных методик оценки этих свойств смеси не существует.

Влажность — один из главнейших факторов, определяющих свойства смеси и качество полученной отливки. Прочность, плотность, газопроницаемость стандартных образцов смеси из­меняется в зависимости от влажности, так как свя­зующие материалы (глина, сульфитная барда, декстрин, жидкое стекло и др.) также изменяют свои свойства в зависимости от влажности.

Для каждого состава смеси существует оптимальная величи­на влажности. Оптимальную влажность принято выбирать по максимуму прочности во влажном состоянии. Диапазон изме­нения влажности производственных смесей находится в пре­делах 2—8%.

Отклонение влажности в большую или меньшую сторону сказывается на работе технологического оборудования дозиру­ющих устройств и формовочных машин, что изменяет плотность формы. Повышенная влажность является причиной засоров и раковин, ужимин, пористости, поверхностных и объемных газо­вых раковин, искажения размеров отливки и других дефектов.

Газопроницаемость смеси, определенная стандартным спосо­бом, не будет идентична газопроницаемости формовочных сме­сей в литейной форме, залитой металлом. При нагреве возрастает вязкость газов и увеличивается их объем. Газы, выделяющиеся из литейной формы, имеют состав, резко отли­чающийся от состава воздуха. Действительная газопроница­емость литейной формы всегда меньше газопроницаемости, опре­деленной стандартным методом. Газопроницаемость смеси назначается для конкретных условий изготовления отливки. Газотворную спо­собность формовочных (стержневых) смесей определяют нестан­дартными методами испытаний на специальных приборах и установках.

Прочность песчано-глинистой смеси во влажном состоянии зависит от зернового состава песка, влажности, содержания гли­ны, ее связующей способности, а также от плотности. Для Прочность формовочной смеси создает глини­стая оболочка, в состав которой, кроме глины и воды, входят противопригарные добавки (каменный уголь, маршалит и др.), органические связующие матери­алы и балластные материалы— продукты распада глин и связую­щих при высокой температуре. Балластные материалы инерт­ны по отношению к воде, и их на­копление в смеси снижает проч­ность, газопроницаемость и про­тивопригарные свойства. Умень­шение содержания глины при од­новременном снижении влажно­сти положительно сказывается на всех технологических свойствах формовочной смеси. Пластичные маловлажные смеси можно получать следующими способами: 1) использовать более дисперсные монтмориллонитовые глины вместо каолинитовых; 2) сочетать монтмориллонитовые глины с небольшими добавками связую­щих материалов, способных образовывать в воде гели повышен­ной вязкости; 3) активировать воду, входящую в состав глини­стой оболочки, добавками ПАВ.

Глинистые оболочки песчинок представляют собой глинистые пасты с содержанием около 50% воды. Механические свойства паст обусловлены сцеплением частиц глинистых минералов в местах контакта через тонкие остаточные прослойки воды, ко­торые частично ослабляют силы молекулярного взаимодействия, но придают системе пластичность за счет большей свободы перемещений в местах контакта частиц. Повышение влажности глинистой пасты сопровождается уменьшением всех ее струк­турно-механических свойств. Изменение свойств глинистой пасты вызывается утолщением водных обо­лочек на поверхности частиц глины.

В связи с тем, что содержание адсорбционно-связанной воды не зависит от влажности, а вода, находящаяся в порах, является свободной, структурно-механические свойства глинистой пасты будут зависеть от содержания слабосвязанной воды, входящей в состав диффузионных двойных слоев ионов.

Пластические свойства смеси проявляются в определенных пределах влажности, за которыми она становится непригодной для изготовления форм. Рабочие интервалы пластических свойств зависят как от состава смеси, так и от метода уплотне­ния. Пластические свойства оценивают по уплотняемости, формуемости, сыпучести, вязкости, пластичности и текучести.

Уплотняемость характеризует способность смеси уплотняться (сокращать свой объем) под действием внешней силы или собственного веса. Уплотняемость зависит от прочности и вязкости оболочки связующего в местах контакта песчинок. С уменьшением прочности и вязкости работа уплотнения смеси уменьшается. Работа уплотнения масляных стержневых смесей в 8—10 раз меньше работы уплотнения смесей на глине при одинаковой прочности их на сжатие. От уплотняемости формо­вочной смеси зависит производительность труда формовщиков.

Сыпучесть смеси влияет на зависание смеси в бункерах, на заполнение и равномерность распределения смеси при засыпке в споку, на качество и длительность перемешивания смеси в бе­гунах. С сыпучестью непосредственно связана комкуемость — спо­собность смеси образовывать устойчивые комочки.

Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Благодаря низкой прочности во влажном состоянии стержневые смеси на основе масляных связующих, синтетических смол и жидкого стекла не комкуются. Формовочные смеси с глиной, наоборот, сильно комкуются из-за большой прочности и вязкости глинистых оболочек песчинок. Увеличение насыпной (начальной) плотности всегда повышает равномерность уплотнения формы. В связи с этим желательна минимальная комкуемость и хорошая сыпучесть смеси.

Текучесть. В теории течения реальных тел (реологии) под текучестью понимают способность материала течь — необратимо деформироваться под действием приложенных сил. Высокой текучестью обладают маловлажные смеси на основе бентонита с| добавками битума и связующих: КО, КВС, сульфитной барды и др. Напряжения, при которых возникает необратимая деформация, определяются условием текучести, а скорость деформации в момент течения подчиняется закону течения. Условие те­кучести и закон течения являются двумя основными законами деформации реальных тел. Текучесть как технологическое свойство смеси зависит от напряженного состояния и проявляется, 'когда соблюдается условие текучести. При равномерном трех­осном сжатии ни одно реальное тело (даже вода) не может течь. Наоборот, в условиях чистого сдвига и одноосного сжатия реальные тела текут при минимальных напряжениях. Всегда можно создать такое напряженное состояние, чтобы усло­вие текучести выполнялось и тело пластически деформировалось. Часто связывают неравномерное уплотнение формы прессо­ванием с низкой текучестью смеси. Следует особо подчеркнуть, что причина не в низкой текучести смеси, а в том, как показал анализ напряженного состояния, что на некоторых участках фор­мы (главным образом над моделью) условие текучести не выпол­няется и поэтому технологически необходимое перетекание смеси не удается получить. Поэтому прессование плоской, профиль­ной колодкой и диафрагмой не обеспечивает равномерного уплот­нения формы. В то же время многоколодочное поочередное прессование с нижней допрессовкой, прессование моделью с допрессовкой модель­ной плитой и ряд других методов на любой формовочной смеси и практически для любой модели дают возможность получить годную форму. Эти методы позволяют выполнить условие текучести при мини­мальных сжимающих напряжениях в те­чение всего процесса уплотнения формы.

Прилипаемость определяют нестан­дартным методом. Смесь заформовывается в гильзу диаметром 50 мм, конусностью 1 : 10. К образцу, установленному в специальном приборе, прикладывается нагрузка, выталкиваю­щая его из гильзы. Образец нагружают дробью до тех пор, пока не будет прео­долена сила адгезии (прилипаемости) об­разца смеси к стенкам гильзы. Гильза мо­жет быть изготовлена из различных ма­териалов с разной чистотой обработки. Способ прост и дает точные стабильные результаты. Прилипаемость смеси вызывается избыточным коли­чеством свободной и слабосвязанной воды в смеси. Поэтому при­липаемость уменьшают путем снижения влажности, введением в состав смеси органических веществ, связывающих свободную во­ду, и технологическими мероприятиями, уменьшающими силы адгезии между смесью и модельной оснасткой.

Свойства формовочной смеси при высоких температурах и в условиях взаимодействия их с металлом изучены не достаточно. Высокая температура влияет на поверхностную прочность и твердость, расширение поверхностного слоя и возникновение в нем сжимающих напряжений, на выгорание органических веществ, выделение газов и спекание смеси. С состоянием поверхностного слоя при высокой температуре связано возникновение таких дефектов отливок, как пригар, раковины и засоры.