Формовочные и стержневые смеси. Формовочные материалы – это сово­купность природных и искусственных материалов, используемых для приготов­ления формовочных и стержневых смесей

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.

Фор­мовочные пески делят на классы в зависимости от содержания в них глинистой составляющей и примесей, а также на группы – в зави­симости от размера основной фракции. Основной составляющей песка является кремнезем , но в виде примесей он может содер­жать каолин, слюду, полевой шпат, оксиды железа, магнезит и т. д. Для приготовления огнеупорных облицовочных смесей и стержне­вых красок используют шамот, оливинит, цирконовый концентрат и другие материалы.

Формовочные глины служат минеральным связующим в формо­вочных смесях. По минералогическому составу глины подразделяют

- на каолиновые ( ),

- бен­тонитовые ( ) и

- полиминеральные.

Бентонито­вые глины обладают более высокой способностью к набуханию и бо­лее высокой прочностью по сравнению с другими. Как связующий материал глина обладает рядом недостатков. Высокая прочность смеси может быть получена только в том случае, когда она содержит большое количество глины, а это снижает газопроницаемость и способствует образованию пригара на поверхности отливок. В связи с этим содер­жание глины в смесях ограничивается, а для обеспечения требуемых свойств в них вводят специальные связующие добавки.

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 ( ) и борной кислоты, серу и др.

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 феррохромистого 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 др. 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 – сушка, 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.