Стержневые смеси

Стержни, выполняющие различные полости в отливках, во время заливки расплава и формирования отливки находятся в более тяжелых условиях, чем форма, так как со всех сторон, кроме знаков, они окружены металлом, испытывая его тепловое и силовое воздействие. Кроме того, затруднен отвод из стержней газов, образующихся при выгорании связующих. По этим причинам к стержневым смесям предъявляются более высокие требования по прочности, податливости, газопроницаемости, огнеупорности, выбиваемости.

Стержневые смеси подразделяют на предназначенные для изготовления стержней, упрочняемых нагревом (смеси горячего отверждения), и не требующих тепловой обработки (холоднотвердеющие смеси).

Первую группу составляют смеси песчано-смоляные, на основе растительных масел и их заменителей (П, ПТ, КО, УСК), а также смеси на водных органических связующих (ЛСТ, декстрине). Две последние разновидности смесей широко используют в литейном производстве, сравнительно дешевы, обладают удовлетворительными свойствами (табл. 3.6). Однако изготовление стержней из этих смесей сопряжено с длительной тепловой обработкой (сушкой), что резко удлиняет технологический процесс, требующий значительных энергозатрат и производственных площадей.

Разработка и использование стержневых смесей, применение которых позволяет резко сократить длительность операции изготовления стержней, являются важным направлением совершенствования технологии литейного производства. Так, все большее распространение получают песчано-смоляные смеси, связующими в которых являются синтетические смолы, отверждающиеся при нагреве. Эти связующие способны затвердевать в результате полимеризации при 220—280 °С в течение короткого промежутка времени — от 2—3 мин до 40— 70 с в зависимости от состава и размеров стержня. Стержни изготовляются в нагретом металлическом стержневом ящике, приобретают до выема из него достаточную прочность и не деформируются при этой операции, что повышает размерную точность отливок.

Для приготовления смесей, упрочняемых в горячих ящиках, применяют ФФ-1Ф, КФ-90, ОФ-1 и другие синтетические смолы, а также обогащенные кварцевые пески 061К и 062К. Эти смеси являются дорогостоящими; их используют в условиях массового и крупносерийного производства.

Песчано-смоляные смеси, твердение которых осуществляется без нагрева за счет введения в них катализаторов, называют холоднотвердеющими смесями (ХТС). Их применение весьма перспективно, так как изготовленные из этих смесей стержни упрочняются непосредственно в стержневом ящике без воздействия теплоты. Применение ХТС позволяет значительно упростить технологический процесс и использовать не только металлическую, но и более дешевую деревянную или пластмассовую оснастку.

В качестве связующего в этих смесях используют карбамидно-фурановые, фенолофурановые и некоторые другие синтетические смолы, а в качестве катализаторов, ускоряющих процессы твердения, — неорганические и органические кислоты (например, бензосульфокислоту или ортофосфорную кислоту). Количеством вводимого катализатора регулируют время живучести смеси, в течение которого смесь не теряет способности формоваться. Холоднотвердеющие смеси обладают высокой текучестью, прочностью в отвержденном состоянии, хорошей газопроницаемостью, выживаемостью и податливостью. Длительность отверждения устанавливается в зависимости от характера производства и составляет от 40—60 с (для массового) до 30—40 мин (для мелкосерийного).

К холоднотвердеющим смесям на неорганических связующих относятся стержневые смеси с жидким стеклом. Песчано-жидкостекольные смеси широко применяют в единичном и серийном производстве при изготовлении формы и стержней, чему способствует низкая стоимость жидкого стекла. Химическое отверждение смеси осуществляется непосредственно в стержневом ящике или в опоке; продувкой углекислым газом или введением катализатора твердения — феррохромового шлака. При изготовлении форм и стержней используют два вида песчано-жидкостекольных смесей: пластичные и жидкоподвижные. Жидкоподвижные в отличие от пластичных (сыпучих) смесей, которые при изготовлении форм и стержней подвергают уплотнению, заливают в опоки и стержневые ящики и не уплотняют. Жидкоподвижное состояние смесь приобретает за счет введения в нее пенообразователей (поверхностно-активных веществ). Прочность, достаточную для извлечения стержня из стержневого ящика, смесь приобретает через 20— 30 мин.

Применение ЖСС позволяет значительно снизить трудоемкость изготовления форм и стержней, механизировать и автоматизировать эти процессы даже в условиях разносерийного производства.

К недостаткам песчано-жидкостекольных смесей относятся плохая выбиваемость и малая податливость, повышенная склонность к пригару при литье черных сплавов, а также необходимость регенерации (см. с. 75)
перед повторным использованием. Для улучшения податливости и выбиваемости в смесь добавляют асбестовую крошку и древесные опилки.