Смеси для машинной формовки
При машинной формовке используются главным образом песчано-глинистые смеси.
Единые формовочные смеси. При получении мелких и тонкостенных отливок в условиях массового и крупносерийного производства применяют единые смеси, применяемые для набивки всего объема формы. Единая смесь приготовляется из оборотной (переработанной выбитой из залитых расплавом форм) смеси с добавкой свежих материалов (кварцевого песка и огнеупорной глины). Замена каолинитовой огнеупорной глины бентонитовой резко улучшает качество отливок. В состав единой смеси в качестве противопригарных и упрочняющих добавок вводят каменноугольную пыль (0,5—1,5%), древесный пек (до 1 %), сульфитную барду (до 2%) и др.
В табл. 7 представлены типовые составы единых формовочных смесей, позволяющие получать в сырых формах высококачественные отливки массой до 1000 кг с большими поверхностями без их окраски. Эти смеси обладают повышенными технологическими свойствами (текучестью, формуемостью, пластичностью, уплотняемостью и неприлипаемостью), что обусловливается наличием в них специальных добавок (костра — отход льнопроизводства, асбестовая крошка, древесный пек, битум, крепители ГТФ, КО и др.).
Таблица 7. Единые формовочные смеси
Наименование составляющих | Содержание компонентов в весовых процентах | |
смесь № 1 | смесь № 2 | |
Оборотная смесь | 89,2—94,7 | 89,7—95,6 |
Песок кварцевый (КО2Б—КО315) | 4,0—8,0 | 4,3—7,8 |
Монтмориллонитовая глина | 0,4—0,8 | 0,5—1,0 |
Асбестовая крошка 6-го сорта | 0,5—1,0 | — |
Льняные очесы (костра) | — | 0,5—1,5 |
Древесный пек или битум | 0,4—1,0 | — |
Крепитель ГТФ или КО | — | 0,25-0,5 |
Кальцинированная сода | 3% от содержания бентонитовой глины | 3% от содержания бентонитовой глины |
Контакт Петрова | — | 0,01 |
Вода | 5,5—6,5 | 5,5—6,5 |
Показатели физико-механических свойств | ||
Прочность при сжатии, кгс/см2 | 0,75—0,85 | 0,65-0,75 |
Прочность при разрыве во влажном состоянии, кгс/см2 | 0,045—0,07 | 0,045—0,07 |
Прочность на разрыв в зоне конденсации влаги, кгс/см2 | 0,018—0,024 | 0,018—0,024 |
Водородный показатель, рН | 8,0—9,5 | 8,0—9,5 |
Газопроницаемость, .% | 100 | 100 |
Влажность, % | 4,5—5,5 | 4,5-5,5 |
При получении более крупных и ответственных отливок формовку ведут с использованием двух смесей — облицовочной (наносится непосредственно на модельную плиту слоем толщиной 15—30 мм) и наполнительной (насыпается поверх облицовочной смеси и составляет основу формы).
Облицовочные формовочные смеси отличаются от единых повышенным содержанием свежих материалов (песка и глины), каменного угля (до 10%) и упрочняющих добавок, таких, как сульфитная барда (1—2%), древесный пек (2—3%), связующих — крепителей СП, KB, СБ и др. Во ВНИИлитмаш разработаны типовые составы формовочных смесей, предназначенных для уплотнения встряхиванием и прессованием при обычном (2—2,5 кгс/см2) давлении. Типовые смеси разработаны с учетом технологии, массы и толщины стенок отливок на основе фактического материала, полученного с различных заводов, а также результатов проведенных исследований. Для сокращения числа смесей рецепты составлены с учетом взаимозаменяемости исходных формовочных материалов. В табл. 8 приводятся типовые составы облицовочных смесей для чугунных отливок.
Таблица 8. Облицовочные формовочные смеси для чугунных отливок
Смеси | Отливка | Типовой* состав смеси, вес % | Физико-механические свойства | ||||||||
Масса, кг | Толщина стенки, мм | Глиносодержание | Зерновой состав | Оборотная смесь | Свежие материалы | Каменный уголь | Древесные опилки | Влажность, | Газопроницаемость | Прочность на сжатие, кгс/сма | |
Для формовки по-сырому |
До 20 | До 10 | 8—10 | 01 А, | 78-59 | 20-38 | 2—3 | 4,5—5,5 | 25—35 | 0,30—0,50 | |
Более 10 | 016А | — | 30—50 | ||||||||
20—200 | До 25 | 7—10 | 016А, | 75—45 | 22—51 | 3—4 | 4,0—5,5 | 40—60 | 0,30—0,50 | ||
Более 25 | 8—10 | 02 Б | 21—50 | 4—5 | — | 50—70 | |||||
200—1000 | До 40 | 9-11 | 02 Б | 70—40 | 26—55 | 4—5 | 4,5—6,0 | 60—80 | 0,40—0,60 | ||
Более 40 | 10—12 | 02А, 0315Б | 25—52 | 5—8 | — | 4,5—6,5 | 70—100 | 0,45—0,70 | |||
1000—5000 | До 40 | 11—13 | 02А, | 60—40 | 34-52 | 6—8 | 5,0-7,0 | 100—200 | 0,50—0,80 | ||
Более 40 | 12—14 | 0315Б, 04А | f . | 100—130 | 0,60—0,80 | ||||||
Для формовки по-сухому | До 100 | — | 12—14 | 02А, 0315А | 70—40 | 25-57 | — | 0,3 | 6,0—7,0 | 60—80 | 0,50—0,80 |
Более 100 | — | 12—16 | 0315Б, 04А | 60—35 | 37—62 | — | 0,3 | 6,0—8,0 | 80—100 | 0,50—0,80 | |
'До 2000 | До 30 | 12—14 | 0315Б, 04А | 60—50 | 28—40 | — | 10—12 | 7,0—8,0 | 70 | 0,50—0,65 | |
2000—15000 | > 50 | 14—16 | 04А, 0315Б | 50—40 | 38-50 | — | 10-12 | 7,0—8,0 | 70 | 0,65—0,80 |
* Под типовыми понимаются смеси, не имеющие строго определенного состава. Они рекомендуются в качестве основы при разработке рецептов смесей для производства конкретных групп и отдельных отливок непосредственно на предприятии.
Наполнительные формовочные смеси. Основой составов наполнительных смесей (табл. 9) является переработанная выбитая из опок (бывшая в употреблении) оборотная смесь. В качестве освежающей добавки в них вводят свежие песок и глину или полужирный песок марки П по ГОСТ 2138—56) с содержанием 10—20% глины.
Таблица 9. Наполнительные формовочные смеси,
Виды отливок | Смеси для формовки | Состав смеси, % (по объему) | Физико-механические свойства смеси | ||||
Оборотная смесь | Освежающая добавка | Древесные опилки | Влажность, % | Газопроницаемость (не менее) | Прочность на сжатие во влажном состоянии, кгс см * | ||
Чугунные | по-сырому | 97 | 3 | — | 5,0—5,5 | 60 | 0,25—0,35 |
по-сухому | 95 | 5 | — | 6,0—7,0 | 80 | 0,35—0,45 | |
Стальные | по-сырому | 97—95 | 3—5 | — | 5,0—5,5 | 90 | 0,30—0,40 |
по-сухому | 75 45 |
5 5 |
20 50 |
6,0—7,0 7,0—8,0 |
— — |
0,25—0,35 0,35—0,45 |
|
Бронзовые и латунные | по-сырому | 97 | 3 | — | 5,0—5,5 | 30 | 0,30—0,45 |
по-сухому | 95 | 5 | — | 6,0—7,0 | 30 | 0,35—0,50 | |
Алюминиевые | по-сырому | 97 | 3 | — | 4,5—5,0 | 50 | 0,30—0,40 |
по-сухому | 96 | 4 | — | 6,0—7,0 | 50 | 0,35—0,45 |
Смеси для скоростной технологии изготовления форм. Скоростная технология позволяет отказаться от использования неэкономичных сухих литейных форм. С учетом используемых связующих материалов при скоростной технологии применяются три типа смесей:
быстротвердеющие с крепителями СП, СБ и КТ, упрочнение которых осуществляется подсушкой рабочего слоя формы в течение 20—180 мин;
с жидким стеклом, химическое твердение которых осуществляется путем продувки рабочего слоя формы углекислым газом или термической обработкой;
самотвердеющие смеси.
Технология литья с использованием подсушиваемых форм применяется при получении чугунных и стальных отливок массой, достигающей 8 т, к которым предъявляются повышенные требования по точности и шероховатости поверхности (например, станины токарных станков, контрольные плиты и др.). Облицовочные смеси для подсушиваемых форм содержат 2—4,5% быстротвердеющих связующих крепителей СП, СБ и КТ, 30— 50% оборотной смеси, 40—60% кварцевого песка и 3—5% огнеупорной глины. Для получения чугунных отливок с чистой поверхностью в такие смеси вводят каменный уголь, мазут и древесные опилки, а в смеси для стального литья — пылевидный кварц.
Смеси с жидким стеклом применяются в единичном и мелкосерийном производстве отливок из чугуна, стали и цветных сплавов массой от нескольких килограммов до 170 т. Основное их преимущество заключается в способности быстро (в течение 1—5 мин) затвердевать при обработке углекислым газом. В составы жидкостекольных смесей (табл. 10). для более длительного сохранения смесью пластических свойств (формуемости) вводится каустическая сода, а для уменьшения прилипаемости смеси к моделям — мазут. При получении чугунных отливок в качестве противопригарного средства рекомендуется в них вводить пылевидный каменный уголь марки ПЖ, а в смеси для стального литья — пылевидный кварц.
Таблица 10. Облицовочные быстротвердеющие жидкостекольные смеси для отливок из чугуна, стали и цветных сплавов
Назначение смеси | Состав смеси, вес, % |
Физико-механические свойства форм | |||||||||||
Оборотная смесь | Кварцевый песок | Пылевидный кварц | Каолинитовая глина | сверх 100% | Газопроницаемость(не ниже) | Прочность, кгс/см2 | Влажность, % | ||||||
Жидкое стекло | Раствор едкого натрия | Каменный уголь | Мазут | на сжатие во влажном состоянии | на разрыв в сухом состоянии | на разрыв после продувки (не менее) | |||||||
Для мелких чугунных отливок (противопригарная смесь) | 30—50 | 47—65 | — | 3-5 | 4—6 | 1,0—1,5 | 4—6 | 0,5 | 80 | 0,22—0,3 | 5 | 2 | 3—4 |
Для стальных отливок при повышенных требованиях к шероховатости поверхности | — | 80—89 | 10—15 | 1—4 | 4—6 | 1—1,5 | — | 0,5 | 70 | 0,2—0,4 | 6 | 2 | 3-4,5 |
Для стальных и чугунных отливок | 20—30 | 67—74 | — | 3-5 | 4—6 | 1,5 | — | 0,5 | 80 | 0,20—0,35 | 6 | ' 2 | 3-4 |
Для отливок из цветных сплавов | 30—50 | 47—65 | — | 3—5 | 4—6 | 1,0-1,5 | — | 0,5 | 50 | 0,2—0,4 | 6 | 2 | 3-4 |
Ранее применяемые составы быстротвердеющих смесей отличались высокой (до 15 кгс/см2) прочностью на разрыв в отвердевшем состоянии, что обусловливалось большим (до 7,5%) количеством вводимого в них жидкого стекла. В настоящее время при получении стальных отливок с толщиной стенок 10—600 мм и массой до 35 т используются смеси с пониженным 3,2—4,0% содержанием жидкого стекла, которые более технологичны — меньше склонны к пересыханию, меньше прилипают к моделям, могут транспортироваться ленточными транспортерами на расстояние до 130 м. Эти свойства улучшаются при введении в смесь 3% поваренной соли, которая снижает осыпаемость, повышает прочность и живучесть (до 10 суток) смеси.
Самотвердеющие смеси были впервые разработаны в СССР. Их особенностью является химическое твердение на воздухе без дополнительной тепловой обработки или продувки форм углекислым газом. Применяется два типа самотвердеющих смесей — пластичные и жидкие.
Пластичные сыпучие самотвердеющие смеси (ПСС) используются при машинной формовке. Они состоят из свежего кварцевого песка, часть которого заменяется регенератором, небольшого количества формовочной глины и жидкого натриевого стекла. В качестве добавок в ПСС вводят раствор каустической соды (для повышения живучести), каменноугольную пыль (для улучшения выбиваемости) и отвердитель— шлак феррохромового производства. Живучесть пластичной смеси зависит от содержания и модуля жидкого стекла, а также количества вводимого в нее отвердителя (его вводят в количестве 1,0—4,6%). По опыту московского завода «Станколит» она составляет 5—15 мин. Учитывая способность ПСС к быстрому химическому твердению на воздухе, их изготавливают на месте формовки в строго ограниченном объеме. Чтобы упростить технологию производства смеси, ее основу готовят в смесеприготовительном отделении, а отвердитель или жидкое стекло вводят в смеситель, находящийся на участке формовки.
Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС) отличаются от пластинчатых наличием поверхностно-активного вещества, которые при перемешивании образуют на границах зерен наполнителя устойчивую пену, что переводит смесь в жидкое состояние и вызывает увеличение объема смеси примерно на 20%. ЖСС готовят в специальных установках, располагаемых непосредственно в формовочном отделении. Скорость твердения залитой в опоку смеси составляет 30—60 мин, что обусловливается необходимостью проведения процесса гашения пены, повышающего плотность и прочность формы. При использовании жидких смесей исключается операция набивки смеси в опоке, что упрощает технологию формовки и создает благоприятные условия для автоматизации производственных процессов.