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.