Формовочные и стержневые смеси

1. Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям,

вытекают из условий их работы. Смеси должны обладать следующими свой­ствами: огнеупорностью, пластичностью, прочностью, газопроницае­мостью, податливостью и непригораемостью.

Огнеупорность — способность смеси не размягчаясь выдерживать высокие температуры заливаемого в форму жидкого металла. От огнеупор­ности будет зависеть чистота поверхности отливки.

Пластичность — способность смеси давать четкий отпечаток модели (при изготовлении формы) или стержневого ящика (при изготовлении стержня).

Прочность — способность уплотненной смеси сохранять форму без разрушения при транспортировке готовой формы и заливке ее ме­таллом.

Газопроницаемость — способность формовочной и особенно стержне­вой смеси пропускать через стенки формы и стержень выделяющиеся газы из охлаждающегося металла. При недостаточной газопроницаемости возможно образование газовых раковин в отливке.

Податливость — способность смеси не препятствовать линейной усадке закристаллизовавшегося металла отливки. Охлаждение затвердев­шего металла сопровождается уменьшением размеров отливки (линейная усадка), в результате чего металл прочно сжимает стержень и выступаю­щие части формы. Это вызывает напряжения в отливке, а так как усадка происходит при высокой температуре, котда еще металл недостаточно прочен, то при плохой податливости смеси могут образоваться трещины.

Непригораемость — способность смеси не образовывать пригар пескя на поверхности отливки, затрудняющий ее механическую обработку.

Кроме того, формовочные и стержневые смеси должны быть негигро­скопичными, долговечными и дешевыми.

2. Состав формовочных и стержневых смесей. Наиболее полно ука-
занным свойствам отвечают смеси, приготовленные из кварцевого пески
и глины. Кварцевый песок играет роль наполнителя, а глина — связу­ющего материала. Глина улучшает такие свойства смеси, как огнеупор­ность, прочность и пластичность, но ухудшает газопроницаемость и по­датливость. Поэтому в смеси глины вводят не более 8—12 % по объему, остальное — кварцевый песок, который обеспечивает хорошую огнеупор­ность и газопроницаемость. Крупнозернистый песок обеспечивает вы­сокую газопроницаемость, но дает шероховатую поверхность отливки и повышает пригар песка, так как жидкий металл заходит в поры между зернами и охватывает их. Мелкий песок дает гладкую поверхность от­ливки, но резко снижает газопроницаемость смеси. Поэтому при произ­водстве крупных отливок, где требуется отвод большого количества вы­деляющихся газов, применяют крупнозернистый песок, а при получении мелкого литья, где чистота поверхности является главным требованием, используют мелкозернистый песок.

Предупреждают пригар вводом в смесь противопригарных добавок, таких как каменноугольная пыль, тальк, графит, которые в виде при­пыла наносят на поверхность форм для чугунных отливок. Из маршалита, магнезита, циркона изготавливают противопригарные краски, которыми красят стержни и полость форм для стальных отливок.

Стержни работают в наиболее тяжелых условиях, так как они окру­жены жидким металлом со всех сторон (за исключением знаковых частей). Поэтому стержневая смесь должна обладать более высокой прочностью, газопроницаемостью и податливостью. Глина как связующая добавка в стержневой смеси применяется только для крупных стержней простой формы. Для тонких и сложных стержней в качестве связующей добавки в стержневой смеси используют оксоль, жидкое стекло, смолы, декстрин, патоку и др. Для повышения газопроницаемости и податливости в стерж­невую смесь вводят древесные опилки или торф (2—3 %), которые в про­цессе сушки стержня выгорают, образуя поры, что повышает газопрони­цаемость и податливость.

3. Виды формовочных смесей и их применение. Наиболее широко используют облицовочные, наполнительные и единые формовочные смеси.

Облицовочные смеси применяют при ручной формовке для образования рабочей поверхности литейной формы, которая контактирует с жидким металлом. При формовке ее наносят на модель слоем толщиной 15—20 мм. Она обладает лучшими свойствами и приготавливают ее из свежих песка и глины с добавкой противопригарных материалов.

Наполнительную смесь насыпают поверх облицовочной, заполняя остальную часть литейной формы. Эту смесь приготавливают из оборот­ной, переработанной после выбивки опок смеси с добавкой 5—10 % све­жих песка и глины.

Единые смеси применяют в массовом производстве при машинной формовке для набивки всего объема литейной формы. Приготавливают ее из оборотной смеси с добавкой до 50 % свежих песка и глины.

По состоянию формы перед заливкой металла различают смеси для изготовления форм: сырых, подсушенных, сухих, химически твердею­щих и самотвердеющих.

Сырые формы (наиболее экономичные) изготавливают из большего количества оборотной смеси и широко применяют для неответственных отливок из чугуна, стали и цветных сплавов массой до 3000 кг.

Подсушенные (полусухие) формы изготавливают из облицовочной смеси, содержащей 2—4 % быстротвердеющих связующих крепителей. Такие формы применяют для получения ответственных отливок из чугуна и стали с поверхностями большой протяженности (станины, столы станков и др.).

Сухие формы изготавливают из смесей с повышенным содержанием глины и меньшим количеством оборотной смеси, т. е. более прочных и менее газопроницаемых и податливых. Чтобы облегчить выход газов и повысить податливость, в смеси для сухих форм вводят добавки, выгора­ющие при сушке (опилки, торф). Сухие формы применяют только для от­ветственных и крупных (более 1000 кг) отливок из различных сплавов.

Химически твердеющие формы применяют в единичном и мелкосе­рийном производстве средних и крупных отливок. Изготавливают их и? смеси, содержащей жидкое стекло, которое быстро твердеет при пятими­нутной продувке углекислым газом. Такие смеси повышают производи­тельность при формовке в 3—5 раз, сокращают продолжительность суш­ки в 10—30 раз и экономят топливо, необходимое для сушки.

Самотвердеющие формы и стержни изготавливают из жидких само-
твердеющих смесей (ЖСС). Опоки и стержневые ящики заливают смесью,
в которую вводят химические реагенты, переводящие смесь в жидкоте-
кучее состояние. ЖСС хорошо заполняет все извилины формы (стержне-
вого ящика). Отпадает необходимость в уплотнении смеси. Стержни и фор-
мы из ЖСС затвердевают по всему объему при нормальной температуре за
30—40 мин. ЖСС дают возможность механизировать и автоматизировать
формовку не только в массовом, но и даже в индивидуальном производ-
стве; повысить точность отливок; совместить смесеприготовительное,
формовочное и стержневое отделения в одно; улучшить условия труда,
избавив литейный цех от шума, пыли и вибраций. I

4. Приготовление формовочных и стержневых смесей начинают с под­готовки исходных материалов. Кварцевый песок сушат, просеивают и распределяют по бункерам над смесителями. Глину и каменный уголь дробят, сушат и затем тонко измельчают. Отработанную смесь регене­рируют: спекшиеся куски дробят и пропускают через магнитный сепара­тор для отделения металлических включений. После подготовки все ис­ходные компоненты смешивают в нужных пропорциях в бегунах. Ув­лажненная формовочная смесь ленточным транспортером направляется в бункер-отстойник для выдержки в течение 3—4 ч для выравнивания влажности по всему объему. Окончательно готовую формовочную и стерж­невую смеси транспортером подают к месту формовки.

§ 9. Технология ручной формовки

1. Общие сведения. При изготовлении крупных отливок (станины металлорежущих станков, прокатных станов, изложницы и др.), а также в индивидуальном и мелкосерийном производстве мелких и сред­них отливок широко используют ручную формовку.

Характерной особенностью ручной формовки является большое раз­нообразие методов изготовления формы: в двух опоках (по неразъемной п разъемной моделям, по модели с отъемными частями, с перекидным «болваном», с подрезкой); по шаблонам; по скелетной модели; в трех или

Технологический процесс ручной формовки состоит из следующих основных элементов: набивка нижней опоки; набивка верхней опоки; удаление модели из формы; отделка формы; сборка и нагружение формы.

2. Формовка в двух опоках по разъемной модели (рис. II 1.9) — самый распространенный метод получения разовых форм, так как подавляющее большинство отливок имеет сложную конфигурацию, требующую разъ­ема модели. Процесс формовки ведут в такой последовательности:

1) для изготовления нижней полуформы на подмодельную доску 3 устанавливают нижнюю половину модели 2 и накрывают нижней опокой 1 (а);

2) на модель наносят слой облицовочной и затем наполнительной сме­си, трамбовкой уплотняют ее, излишки срезают линейкой на уровне верхней кромки опоки и накалывают душником вентиляционные каналы 4(6);

3) готовую нижнюю полуформу переворачивают на 180°, устанавли­вают верхнюю полумодель 8, модели шлакоуловителя 9, стояка 6, выпора 5 и верхнюю опоку 7, соединив ее с нижней штырями 10 (в);

4) при набивке верхней полуформы повторяют в той же последова­тельности проделанное с нижней полуформой, а затем вырезают литниковую чашу 11, удаляют из формы модели стояка 6 и выпора 5 (г);

5) для удаления полумоделей из полуформ верхнюю полуформу 12 снимают с нижней 13 и переворачивают ее на 180°; формовочную смесь вокруг полумоделей смачивают водой; в" полумодели забивают подъем­ники 14, легкими ударами по подъемнику полумодели расталкивают в стороны и затем вертикально вверх удаляют из полуформ; таким же образом удаляют из формы модель шлакоуловителя 9 (д);

Рис. 111.10. Фор­мовка по модели с отъемными час­тями.

6) разрушенные участки полуформ исправляют; прорезают питатели 17 в нижней полуформе; устанавливают на стержневые знаки стержень 15; нижнюю полуформу накрывают верхней и нагружают грузами 16 (е);

7) после заливки формы металлом и его кристаллизации форму раз­рушают и освобождают готовую отливку вместе с литниковой системой (ж);

3. Формовку по модели с отъемными частями применяют в том случае,
если отливка имеет выступающие части, мешающие удалению модели из
формы без разрушения последней. Формовку такой отливки можно было
бы осуществить с помощью дополнительного разъема модели или приме-
няя дополнительный стержень. Если же выступающие части на модели
сделать отъемными, то можно избежать дополнительных разъемов мо-
дели и дополнительных стержневых ящиков, что усложняет и удорожает
формовку.

Процесс формовки по модели с отъемными частями приведен на рис. ШЛО. Отъемные части 1 и 2 (а) закрепляют на модели шпильками 3 ч 4. Последовательность формовки такая же, как и рассмотренная выше: сначала набивают нижнюю полуформу (б), затем ее переворачивают (в) и вынимают шпильки 3 с отъемных частей /. При набивке верхней полу­формы формовочную смесь под отъемными частями 2 уплотняют осторожно, вынимают из них шпильки 4 (отъемные части 2 теперь удерживаются формовочной смесью) и заканчивают набивку (г). Раскрывают форму, удаляют модель, а затем и отъемные части: с нижней полуформы — час­ти 1, а с верхней — полукольца 2 в стороны. В позиции (д) показана фор­ма в сборе.

4. Формовку по шаблонам используют в единичном и мелкосерийном
производстве крупных отливок, имеющих форму тела вращения (котлы,
чаши, маховики и др.). Процесс получения литейной формы осуществля-
ется без модели путем выгребания профиля отливки в уплотненной фор-
мовочной смеси шаблоном.

Шаблон — профилированная доска с вырезанным наружным или
внутренним профилем отливки. Изготовление шаблона значительно
проще, чем модели, не требует большого расхода древесины и трудоем-
ких работ. '

Формовку можно осуществлять с помощью вертикальных, горизон­тальных и протяжных шаблонов. На рис. 111.11 дана схема формовки

б 6

Рис. 111.19. Разливочные ковши.

(рис. Ш.19,а) и имеют рукоятку, а емкостью 25—60 кг (рис. III.19,6) — снабжены носилками. Крановыми чайниковыми ковшами емкостью 250— 800 кг (рис. III. 19, в) разливают чугун и цветные сплавы. Вертикальная огнеупорная перегородка 1 задерживает шлак 2, препятствуя его попа­данию в полость формы. Слой шлака защищает поверхность металла от окисления и снижает его теплоотдачу.

Сталь заливают в форму стопорными ковшами (рис. 111.19, г) через отверстие в керамическом стакане 8. Отверстие перекрывается стопором 3 с помощью рычажного механизма 4. На металлическую штангу 6 наса­живают керамические трубки 5 и керамическую пробку 7. Стопорные ковши емкостью 1—6 т снабжаются одним стопором, а емкостью 8—10 т — двумя.