Формовочные и стержневые смеси

Формовочные материалы - это совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей. В качестве исходных материалов используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины. Глины обладают связующей способностью и термической устойчивостью, что позволяет получать отливки без пригара. Если глина не обеспечивает необходимых свойств смесей, применяют различные связующие материалы. Кроме того, используют противопригарные добавки (каменноугольную пыль, графит), защитные присадочные материалы (борную кислоту, серный порошок) и другие.

Формовочная смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм.

Формовочные смеси должны иметь высокую огнеупорность, достаточные прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость и т.д.

Огнеупорность - способность смеси и формы сопротивляться размягчению или расплавлению под воздействием температуры расплавленного металла. Чем крупнее песок, тем меньше в нем примесей и пыли, и чем больше кремнезема, тем огнеупорнее смесь. При низкой огнеупорности на поверхности отливки образуется пригар - прочное соединение формовочной или стержневой смеси с поверхностью отливки.

Прочность - способность материала формы не разрушаться при извлечении модели из формы, при транспортировании и заливке форм. Прочность формовочной смеси увеличивается с увеличением содержания глины, с уменьшением размеров зерен песка, плотности.

Газопроницаемость - способность смеси пропускать через себя газы. Газопроницаемость тем выше, чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, а также чем меньше содержание глины в формовочной смеси.

Пластичность - способность деформироваться без разрушения и точно воспроизводить отпечаток модели. Пластичность смеси увеличивается с повышением в ней до определенного предела связующих материалов и воды, а также песка с мелкими зернами.

Податливость - способность формы или стержня сжиматься при усадке отливки.

Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесь - это формовочная смеясь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных формовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механические свойства.

Наполнительная смесь - это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка и глины). Облицовочные и наполнительные формовочные смеси используют для изготовления крупных и сложных отливок.

Единая смесь - это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производствах. Единые смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность.

По роду заливаемого материала различают формовочные смеси для стального, чугунного и цветного литья.

Формовочные смеси, используемые при производстве стальных отливок, должны обладать высокой прочностью и термомеханической устойчивостью, так как температура заливки стали значительно выше температур заливки чугуна и цветных сплавов. Поэтому формовочные смеси для мелких и средних по массе стальных отливок приготовляют из кварцевых песков с малым содержанием глины, а в качестве связующего используют огнеупорную глину (бентонит). Формы для крупных отливок из углеродистых и высоколегированных сталей с толщиной стенки не менее 70 мм изготовляют с применением облицовочных смесей, приготовленных на основе цирконового концентрата, хромомагнезита или хромита.

Формы для чугунных отливок изготовляют из формовочной смеси, приготовляемой из глинистых песков. Для мелких отливок при машинной формовке применяют единые формовочные смеси, по составу и свойствам близкие к облицовочным смесям. В качестве противопригарной добавки в смесь вводят каменноугольный порошок. Крупные формы для чугунных отливок изготовляют из облицовочной и наполнительной смесей. Для повышения огнеупорности в облицовочные смеси вводят магнезит, хромистый железняк. В качестве наполнительной смеси используют отработанную смесь.

Формовочные смеси для отливок из цветных сплавов в первую очередь должны обеспечивать малую шероховатость поверхности отливок. Огнеупорность смесей имеет второстепенное значение из-за низких температур заливки форм.

В смесь для форм из медных сплавов в качестве противопригарного средства добавляют мазут.

Смеси для форм из алюминиевых сплавов должны обладать высокой податливостью из-за их низкой прочности при повышенных температурах.

В смеси, используемые при изготовлении форм для магниевых отливок, обладающих высокой химической активностью, добавляют 4...10 % смеси кислого фтористого аммония (NH₄F·HF) и борной кислоты, серу и другие.

Стержневая смесь - это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны иметь более высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок и т.д.

Стержневые смеси в зависимости от способа изготовления стержней разделяют на смеси с отверждением стержней тепловой сушкой; в нагреваемой оснастке; жидкие самотвердеющие смеси; жидкостекольные смеси, отверждаемые углекислым газом; холоднотвердеющие смеси на синтетических смолах.

Стержневые смеси с отверждением тепловой сушкой приготовляют из кварцевого песка и связующих материалов, в качестве которых используют различные органические и неорганические материалы.

Стержневые смеси с отверждением в нагреваемой оснастке приготовляют из кварцевого песка с использованием синтетических смол и катализаторов.

Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС), используемые для изготовления как литейных стержней, так и литейных форм, приготовляют из кварцевого песка, отвердителей (шлаков феррохром истого производства), связующих материалов (жидкое стекло, синтетические смолы), поверхностно-активных веществ. При интенсивном перемешивании компонентов смеси образуется пена, которая разделяет зерна песка, уменьшает силы трения между ними, что и придает смеси свойство текучести. Такие смеси сохраняют текучесть обычно в течение 9...10 мин. За это время смесь должна быть разлита по формам или стержневым ящикам. Через 20...30 мин смесь становится прочной.

Жидкостекольные смеси, используемые для изготовления литейных стержней и литейных форм, приготовляют из кварцевых песков с содержанием не более 3,5 % глины, связующего материала - жидкого стекла с добавкой 10 %-ного раствора едкого натра. Отверждение смеси осуществляется продувкой углекислым газом.

Холоднотвердеющие смеси (ХТС), используемые для стержней, приготовляют из кварцевого песка, связующих материалов - карбамидофурановых, фенолоформальдегидных смол и других. В качестве катализаторов применяют ортофосфорную или азотную кислоту и их соли. Продолжительность отверждения смесей составляет 1...20 мин.

Приготовляют формовочные и стержневые смеси перемешиванием компонентов смеси в течение 5...12 мин с последующим их выстаиванием в бункерах. В современных литейных цехах приготовление формовочных и стержневых смесей осуществляется на автоматизированных установках. Все операции приготовления смесей - просушка, дробление и просеивание формовочных материалов, отделение металлических включений, подача в смесители компонентов смеси, перемешивание их, разрыхление и подача готовой смеси к формовочным машинам - осуществляются автоматически.

ЖСС и ХТС приготовляют в специальных шнековых смесителях, размещенных непосредственно в формовочном или стержневом отделении из-за того, что готовая смесь должна быть немедленно (не позднее 2 мин) использована для изготовления форм и стержней.