Создание автоматических формовочных линий произво­дительностью 250...300 форм/ч и выше стало возможным благодаря разработке высокопрочных песчано-бентонитовых смесей.

Появление в последние годы механизированных комплексов изготовления средних и крупных форм, в том числе безопочных, стало возможным при появле­нии фурановых ХТС с низким (около 1 %) содержанием связующего при весьма высокой прочности и регулируемой скорости отверждения.

Опыт разработки и промышленного освоения ХТС показал, что коренное усовершенствование технологии литейной формы может быть достигнуто прежде всего путем создания принципиально новых типов смесей с новыми физическими и физико-химическими свойствами и соответствующих средств механизации и автоматизации.

Крупными достижениями в указанном направлении были создание в начале 50-х годов СО₂-процесса, разработка в 60-х годах жидких, пластичных, сыпучих ХТС на органической и не органической основе. Значительное развитие получили ХТС с синтетическими смолами. С их появлением оказалось возможным радикальное решение проблем ликвидации тяжелого ручного труда, перевода на поток изготовления стержней, резкого снижения трудоемкости и сокращения цикла изготовления форм, выбиваемости стержней, а также решение других технических и экономических задач. Новые процессы потребовали создания специальных средств механизации, существенно видоизменили всю технологическую структуру производства отливок.

Очевидно, что переход от одного вида смеси к другому в современном литейном цехе не только меняет технологию изготовления стержня или формы, но пронизывает почти все сферы производства от подготовки исходных материалов до регенерации смесей и финишной обработки отливок, оказывает прямое влияние на трудоемкость выбивки, обрубки и очистки, точность и долговечность отливок, другие качественные показатели.

Этим обусловлен многообразный комплекс требований, которым дол­жна отвечать формовочная смесь в условиях современного производства. Их можно разделить на три группы: технические, санитарно-гигиенические и экономические.

Технические требования:

а) отверждение без нагрева при выдержке на воздухе или путем обработки внешними реагентами;

б) возможность регулирования скорости отверждения в пределах, определяемых характером производства;

в) высокая общая и поверхностная прочность, минимальная хрупкость;

г) минимальная работа уплотнения для обеспечения технологически необходимой плотности стержня или формы;

д) низкая гигроскопичность, минимальная растворимость связующей композиции в воде или органических растворителях, применяемых в составе противопригарных покрытий;

е) наличие комплекса высокотемпературных свойств, обеспечивающих получение отливок без дефектов, таких, как пригар, просечки, трещины, засоры, деформации, газовые раковины и пористость; ж) возможность регенерации известными методами;

з) легкая выбиваемость из отливок.

Санитарно-гигиенические требования:

а) минимальные выделения в окружающую среду токсичных веществ на всех стадиях технологического процесса изготовления отливок;

б) отсутствие неприятных или раздражающих запахов;

в) отсутствие вредного действия компонентов смеси на кожу при прямых контактах.

Экономические требования:

а) наличие сырьевой базы и мощностей по производству компонентов смеси на длительный период времени;

б) недефицитность и относительно низкая стоимость компонентов.

Перспективным является использование нескольких типов смесей, каждый из которых отвечает определенному минимуму требований литейного производства и имеет определенную область применения.

2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ХТС

В общем случае в состав ХТС входят наполнитель, связующая композиция и специальные добавки. Эти компоненты полностью определяют технологические свойства смесей и условия их использования в производстве. Однако принципиальные особенности каждого типа ХТС зависят главным образом от состава и свойств связующей композиции, которая определяет:

- тип оборудования

-параметры технологического процесса изготовления стержня или формы

-качество поверхности отливок

-выбиваемость

-способ регенерации

В связи с этим разработка новых типов ХТС или усовершенствование известных преимущественно направлена на создание связующих композиций с заданными свойствами. Другой, значительно более простой задачей является сочетание их с наполнителями, которые могли бы обеспечить высокое качество поверхности отливок. К ним относятся кварцевый песок, дистен-силлиманит, циркон, хромит, хромомагнезит и др.

Связующая композиция

должна иметь два обязательных свойства — способность затвердевать без нагрева при выдержке на воздухе или обработке газообразными реагентами и высокую адгезию к наполнителю. В принципе этими свойствами обладает большое число органических и неорганических систем, к которым относятся многие виды синтетических и природных полимеров (смол, растительных, масел, сульфитно-дрожжевой бражки СДБ, цементов, силикатных стекол, водосолевых и кислотно-основных композиций и т. д.). Обобщение опыта, накопленного в строительстве, машиностроении (склеивании металлов, дерева, пластиков), изготовлении деталей машин и приборов из композиционных материалов, технологии огнеупоров, привело к созданию фактически новой отрасли технической науки—технологии получения и промышленного применения самозатвердевающих (или вяжущих) систем. Очевидно, что применительно к условиям литейного производства существуют широкие возможности получения ХТС с заданными технологическими свойствами. Однако для этого должны быть сформулированы основные принципы разработки соответствующих связующих композиций.

Связующая композиция состоит из собственно связующего, отвердителя, регуляторов скорости отверждения и добавок.

Связующее является основой композиции, тем элементом, который, затвердевая, образует мосты между зернами песка, обладая высокой собственной прочностью (когезионной) и адгезией к наполнителю.

Отвердитель—это компонент, который вызывает отверждение связующего, но сам при этом не обладает связующими свойствами и не играет активной роли в за­твердевшей структуре композиции. К отвердителям относятся, например, углекислый газ в СО₂-процессе, эфиры в смесях с жидким стеклом, триэтиламин в смесях с полиуретановыми связующими. В тех случаях, когда отверждение носит каталитический характер, отвердитель называется катализатором, как, например, кислоты в смесях с фурановыми, фенольными и другими поликонденсационными смолами. В некоторых видах ХТС компоненты сочетают в себе функции связующего и отвердителя. Это относится, например, к цементным смесям (вода и цемент), фосфатным (окисел и кислота) и некоторым дру­гим. В таких случаях следует говорить не о связующем и отвердителе, а о двухкомпонентом связующем. Регуляторами скорости отверждения служат ускорители и замедлители, которые, как правило химически активны к компонентам смеси.

К специальным добавкам относятся материалы, вводимые для улучшения выбиваемости, пластификации смесей, предот­вращения поверхностных и газовых дефектов на отливках.

В табл. 1 приведены некоторые элементы связующих композиций, используемые в практике литейного производства.

Связующее или один из компонентов двухкомпонентного связующего должны иметь жидкую консистенцию при относительно низкой вязкости. Это условие обязательно, так как в формовочной смеси должна быть обеспечена максимальная однородность связующей композиции и равномерное распределение ее по зернам наполнителя. Наиболее удобны в технологическом отношении композиции, состоящие только из жидких компонентов. Применение порошков усложняет дозирующую систему в установках непрерывного действия, ухудшает качество перемешивания, сопровождается выделением пыли на подготовительных операциях.

Связующая композиция должна быть по возможности химически инертна к наполнителю. Такие материалы, как кварцевый песок, содержат примеси — глину, окислы щелочных и щелочноземельных металлов; в состав хромита и хромомагнезита входят щелочные окислы (СаО, МgО). Естественно, что свойства композиций, содержащих кислоты, например, с синтетическими смолами, изменяются при взаимодействии с такими наполнителями. Вследствие этого инертные к щелочам композиции имеют меньше ограничений по качеству исходных материалов.

Для всесторонней оценки перспектив и области применения определенного типа ХТС служат требования, перечисленные выше. Однако при разработке композиций первичными критериями должны быть скорость отверждения, прочность и выбиваемость смеси.

Таблица 1