|
Формовочные смеси. Состав
формовочных смесей определяется маркой литейного сплава, его температурой
перед разливкой по формам, размерами и массой получаемых отливок, способом
изготовления форм, характером производства и другими факторами ( 8).
Экономически целесообразно получать отливки в сырых
формах. Сухие формы применяют при изготовлении крупных, массивных или сложных
по конфигурации отливок в тех случаях, когда в сырых формах не удается
получить качественные изделия. Смеси для сырых форм имеют влажность 4—6 %,
содержат 7— 12 % глины прочносвязующей во влажном состоянии. Содержание глины
может быть снижено до 4 % при использовании бентонитов. Предел прочности при
сжатии сырых смесей обычно составляет (0,3—0,8) 105 Па.
В массовом производстве при изготовлении форм методом
прессования под повышенным давлением и изготовлении безопочных форм с
вертикальным разъемом применяют высокопрочные смеси, предел прочности которых
при сжатии достигает 2,Ы05 Па.
При получении отливок в сухих формах содержание прочно-
связующей глины в высушенном состоянии доходит до 16 %, влажность смеси
составляет 5—9 %.
Формовочные смеси готовят из различных песков и глин.
Формовочные смеси для получения стальных отливок (температура заливки 1550
°С) должны содержать пески классов 1К и 2К и глины группы ТА с высокой
термохимической устойчивостью (с низким содержанием примесей). При
изготовлении крупных чугунных отливок (температура заливки 1350 °С) можно
использовать пески классов ЗК и 4К и глины группы Т2 со средней
термохимической устойчивостью (со средним содержанием примесей). Для мелких и
средних чугунных отливок и отливок из цветных сплавов вместо кварцевых можно
применять глинистые пески класса П, имеющие более низкую огнеупорность.
Формовочные смеси подразделяют на единые, облицовочные и наполнительные.
В массовом производстве применяют единые смеси, в единичном и мелкосерийном
производстве для изготовления крупных форм—две смеси: облицовочную, наносимую
на поверхность модели, и наполнительную, заполняющую остальной объем формы.
Единые смеси должны обладать высокими свойствами, потому
что они соприкасаются с жидким металлом. Степень освежения единых смесей
(5—15 %) значительно меньше, чем у облицовочных (20—100 %), так как вводимые
в единую смесь свежие пески и глины при одинаковом их расходе распределяются
по всему объему формы, а не только в облицовочном слое (см. 8). Степень
освежения смесей зависит от количества заливаемого в форму металла, его
температуры, а также от безвозвратных потерь смеси в процессе производства
отливок.
Облицовочный слой смеси (толщина 40—100 мм),
непосредственно контактирующий с заливаемым в форму металлом, подвергается
воздействию высоких температур, воспринимает гидравлический удар и давление
металла, обеспечивает необходимую конфигурацию и чистоту поверхности. Из этих
соображений облицовочные смеси должны обладать повышенными
физико-механическими свойствами, что достигается введением в их состав
большего количества свежих материалов (песков и глин).
Наполнительные смеси отделены от металла слоем
облицовочной смеси, поэтому к ним в основном предъявляют требования по
газопроницаемости и прочности, которые должны быть не ниже, чем у
облицовочных смесей. В наполнительные смеси свежие материалы не вводят.
Стержневые смеси. К стержневым смесям предъявляют более
высокие требования, чем к формовочным в отношении прочности,
газопроницаемости, газотворности, податливости, выбиваемости и огнеупорности,
так как во время заливки и охлаждения металла в форме стержни в большей мере
соприкасаются с металлом и интенсивнее прогреваются. Стержневые смеси
выбирают в зависимости от конфигурации и размеров стержней, положения их в
форме, заливаемого сплава и толщины стенки отливки.
Стержни подразделяют на пять классов. К первому классу
относят стержни сложной конфигурации, с очень тонкими сечениями, имеющие
небольшое число тонких знаков. Стержни со всех сторон окружены металлом. В высушенном
состоянии они должны иметь высокую прочность и газопроницаемость. Это
достигается введением в смесь небольшого количества связующего А-1 (см. 7).
Стержни второго класса наряду с тонкими ребрами и
выступами имеют массивные части и развитые знаки. Значительная часть
поверхности соприкасается с металлом. Вследствие более легкого отвода газов
из стержней через знаки допустимо большее количество связующего. Поэтому
можно применять связующие А-2. Для придания стержням достаточной прочности во
влажном состоянии в смеси вводят 3—5 % глины.
Стержни третьего класса имеют конфигурацию средней
сложности. Обычно это центровые стержни. Они должны обладать средней
прочностью во влажном и высушенном состояниях. Эти требования выполняются при
введении в смесь комбинированных связующих А-2 и Б-2. Можно вводить связующие
А-3, Б-3 совместно с глиной.
К четвертому классу относят стержни несложной
конфигурации. В смесях используют водные связующие классов Б и В.
Стержни пятого класса—массивные стержни, образующие большие
полости в крупных отливках. Основным связующим в смесях является глина (7—10
%), так как стержни мало прогреваются и органические материалы в них не
сгорают и не разлагаются. Для увеличения податливости в смеси добавляют
опилки.
Для стержней первого и второго классов применяют кварцевые
пески; для стержней третьего и четвертого классов можно использовать менее
дефицитные глинистые пески и вводить до 60 % отработанной смеси.
При изготовлении стержней, твердеющих в нагреваемой или
холодной оснастке при наличии катализатора, используют обогащенные пески.
Предел прочности при сжатии смеси во влажном состоянии для
стержней первого—пятого классов возрастает от (0,03— 0,06) 105 до (0,2—0,35)
105 Па, предел прочности при растяжении высушенной смеси снижается с (7—10)
10б до (0,8—1,5) 105 Па.
Для смесей, твердеющих в нагреваемой оснастке, предел
прочности при растяжении равен 20-105 Па (смеси с 2,7 % смолы КФ-90) и более.
Приготовление формовочных и стержневых смесей.
Приготовлений смесей предусматривает подготовку исходных формовочных
материалов, отработанных смесей и приготовление самих смесей из этих
материалов.
Пески, поступающие на склад литейного цеха, сушат при
температуре ~250 °С в печах барабанного типа или в установках для сушки в
кипящем слое ( 24). Исходный песок подается на решетку 4. Дымовые газы при
температуре 1000 °С направляются под решетку под избыточным давлением и
образуют с песком пневмокипящий слой. Интенсивное перемешивание обеспечивает
эффективный теплообмен между горячими газами и частицами песка, которые
быстро высушиваются. Расширение конического резервуара 3 способствует
снижению скорости движения песчинок и их оседанию. Сухой песок вытекает через
желоб 5, а влажный — непрерывно поступает по транспортеру 1 через воронку 2.
Высушенный песок охлаждается до нормальной температуры и
просеивается с целью отделения комьев, гальки и различных посторонних
включений через сита с размером ячеек 3—5 мм. Для этого используют
барабанные, конические сита и сита с плоским полотном.
Глину подвергают сушке в барабанных печах при температуре
200—250 °С и размельчению в два приема: дроблению на куски размером 15—25 мм
в дробилках (щековых, вальцовых, молотковых) и размолу в мельницах (шаровых,
молотковых) до частиц размером менее 0,1 мм с последующим просевом на ситах.
В формовочные смеси целесообразно вводить не порошковую
глину, а глинистую суспензию. Суспензия (40 % глины и 60 % воды),
приготовленная в бегунах или лопастных смесителях, подается по трубопроводу к
местам приготовления формовочных смесей. Этот способ позволяет снизить расход
глины на 30 %, исключить сушильное, дробильно-размольное, просеивающее
оборудование и существенно улучшить условия работы в результате устранения
источников выделения пыли и теплоты.
Угольный порошок приготовляют на том же дробильно-раз-
мольном оборудовании, что и порошковую глину. Остальные фор
мовочные материалы (связующие, пылевидный кварц, циркон и
др.) поступают в литейные цехи в готовом виде и специальной подготовки не
требуют.
Отработанную смесь, выбитую из опок, перерабатывают и
после этого подают в смесеприготовительное отделение. Отработанная смесь,
получаемая после выбивки сухих форм, содержит твердые комья, которые
разминают между гладкими валками.
Для удаления из смеси металлических включений (брызг
металла, шпилек, каркасов стержней) применяют магнитный сепаратор ( 25).
Внутри ведущего шкива 1 ленточного конвейера 2, подающего отработанную смесь
от выбивной решетки, находится многополюсный электромагнит. Металлические
частицы, притягиваясь к магниту, прижимаются к ленте конвейера и падают
только тогда, когда лента сходит со шкива. Немагнитный материал —
отработанная смесь 4 ссыпается с ленты отдельным потоком раньше металлических
частиц. Металлические частицы собираются в емкости 5, а отработанная смесь
передается ленточным транспортером на последующую переработку.
После магнитной сепарации отработанная смесь просеивается
через цилиндрические или конические сита с размерами ячеек 6—10 мм для
отделения немагнитных включений. Смесь, охлажденная до 35 °С, направляется в
смесеприготовительное отделение как компонент единых и облицовочных смесей.
Отработанные стержневые смеси подвергают специальной
переработке, называемой регенерацией, целью которой является получение
продукта (регенерата), используемого в качестве заменителя свежего
формовочного песка, входящего в состав стержневой смеси. Отработанная
стержневая смесь разминается, комья распадаются на отдельные зерна песка и
пылевидные частицы, образованиые растрескавшимися зернами песка и остатками
пленок связующих. После этого смесь классифицируют по размерам зерен
в воздушном потоке, постепенно изменяющем скорость своего
движения (сухая регенерация) или после смешения с водой в специальных
отстоймых чанах (мокрая регенерация). Регенерацию применяют после
экономического обоснования, так как она требует значительных производственных
площадей Рис 27> Аэ тор и связана с большими затратами.
Приготовление формовочных смесей включает следующие
операции: дозирование, перемешивание компонентов, увлажнение, вылеживание и
разрыхление.
Сущность процесса перемешивания состоит в том, чтобы из
компонентов получить однородную смесь, все зерна песка которой были бы
покрыты тонким, равномерным слоем увлажненной глины или другого связующего.
Перемешивание проводят в специальных смесителях, наиболее распространенными
из которых являются смешивающие бегуны с вертикальными и горизонтальными
катками.
схема бегунов с горизонтальными катками. На траверсе 5,
укрепленной на вертикальном валу 6, находятся маятники 7, на которых
подвешены катки 3. Маятники соединены с траверсой шарниром 4. При вращении
вала катки под действием центробежных сил отклоняются к борту чаши 1. Смесь
поднимается с одна чаши вращающимися вместе с траверсой плужками 2 и попадает
под катки, которые разминают комья и перемешивают смесь. Готовая смесь
удаляется из чаши через люк 5. Производительность бегунов 20 м3/ч и более.
Продолжительность приготовления одного замеса составляет 1,5—2,0 мин.
После переработки в бегунах смеси, содержащие глину,
поступают в бункеры-отстойники на вылеживание в течение 2—6 ч. Это время
необходимо для образования водных оболочек вокруг глинистых частиц и
устранения неравномерности распределения влаги в смеси.
После бункеров-отстойников смесь разрыхляют в аэраторах
или дезинтеграторах, что обеспечивает высокую газопроницаемость и
однородность уплотнения смеси в формах.
В аэраторе ( 27) вращающиеся на валу 1 лопатки 2
подхватывают непрерывно поступающую через загрузочное отверстие 3 смесь и
бросают ее на свободно висящие цепи 4 или прутья, с которых она падает в
разрыхленном состоянии. Далее по ленточным конвейерам формовочная смесь
подается в бункеры над формовочными машинами.
Противопригарные покрытия. Для улучшения чистоты
поверхности отливок на рабочую поверхность форм и стержней наносят
специальные противопригарные покрытия. На поверхности полостей форм,
заливаемых в сыром состоянии, наносят припылы. Формы для стальных отливок
припыливают пылевидным кварцем, для чугунных отливок — серебристым графитом и
тальком.
Сухие формы и стержни покрывают противопригарными
покрытиями, представляющими собой суспензию пылевидного огнеупорного
материала в воде с добавлением связующего для придания прочности слою
покрытия и стабилизирующего вещества, препятствующего расслоению суспензии.
Нанесенный слой краски уменьшает шероховатость поверхности формы, закрывает
поры между зернами песка, препятствуя прониканию в них жидкого металла и его
оксидов, В результате поверхность отливки получается более гладкой, чистой и
без пригара.
Формы для отливок из чугуна покрывают углеродсодержащими
покрытиями, например, имеющими состав, %: 58,5 графита скры-
токристаллического, 3,5 бентонита, 10 сульфитной барды, 28 воды. Плотность
этой суспензии 1400 кг/м3. В противопригарные покрытия для стальных отливок
обычно входят пылевидные кварц, циркон, магнезит, а для отливок из цветных
сплавов тальк.
Покрытия наносят на горячие формы и стержни или на
холодные с последующей их подсушкой. Применяют и самовысыхающие покрытия на
органических растворителях. В ряде случаев можно использовать специальные
покрытия, например для предотвращения поверхностного науглероживания отливок
из коррозионно- стойких сталей. Известно применение покрытий для
модифицирования и поверхностного легирования.
|