Формовочные материалы (стр. 19 )

8. Формовочные и стержневые смеси

Качество и стоимость отливок в значительной степени зависят от правильного выбора состава и технологических свойств формовочных и стержневых смесей. Состав смесей зависит от назначения, рода заливаемого сплава, сложности и ответственности отливок, наличия необходимых исходных материалов, серийности производства, технологии изготовления и сборки форм и стержней, планируемой себестоимости отливок.

По роду заливаемого сплава различают смеси для стального, чугунного и цветного литья. Смеси для стального литья должны выдерживать температуру заливки сплава 1480–1540°С, для чугуна – 1380–1420°С и цветных сплавов – ниже 1200°С.

По назначению смеси разделяют на формовочные и стержневые, а также на единые, облицовочные и наполнительные. Стержневые смеси в отличие от формовочных должны обладать большей газопроницаемостью, прочностью, податливаемостью, огнеупорностью и т. д.

Единые смеси применяют главным образом при изготовлении мелких и средних форм в условиях высокомеханизированного производства. При использовании в эти смеси вводится значительное количество свежих материалов для поддержания прочности и газопроницаемости смеси в заданных пределах.

Облицовочные смеси применяются для крупных стальных и чугунных отливок в условиях серийного и единичного производства. Они наносятся вокруг модели слоем 15–20 мм и более, в зависимости от толщины стенки отливки. Для улучшения технологических свойств облицовочных смесей в них могут вводить более 50% свежих материалов. Облицовочные смеси используют в тех случаях, когда применение единых смесей дает значительный брак отливок по вине формовочной смеси.

Наполнительная смесь наносится поверх облицовочной и занимает остальной объем формы. Наполнительная смесь приготавливается из отработанной смеси с небольшой добавкой свежих материалов или без них и должна обладать высокой прочностью и газопроницаемостью.

Естественные смеси. В настоящее время эти смеси применяются редко для изготовления мелких отливок из чугуна и цветных сплавов. Нестабильность состава и свойств этих смесей не гарантирует получения качественных отливок. Глина, входящая в состав естественных смесей, имеет малую связующую способность и низкую огнеупорность.

Смеси, в состав которых глина входит как самостоятельная добавка, называются синтетическими. На практике широко применяют синтетические смеси в связи с высокими технологическими свойствами, простотой приготовления, легкостью поддержания постоянного состава и качества смеси.

При производстве крупных толстостенных отливок сырые песчано-глинистые формы не могут обеспечить получения качественного литья. На отливках образуется повышенный пригар, возможна деформация формы по причине ее недостаточной прочности, интенсивный прогрев формы существенно увеличивает газотворность и вероятность образования газовых раковин в отливках. В связи с этим формы сушат либо подсушивают с поверхности газовыми горелками, что позволяет повысить поверхностную прочность формы, уменьшить её газотворную способность, снизить затраты и время на изготовление формы. Классификация смесей для изготовления форм и стержней по типу, виду и характеру твердения приведена в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Классификация смесей по типу, виду и характеру твердения

Тип смеси	Вид смеси	Категория смеси (по характеру твердения форм и стержней)	Область применения смеси (ориентировоч­ная)
Песчано-глинистая	Пластичная	Не подвергаю­щаяся твердению	Для форм и стер­жней (средних и крупных)
Теплового тверде­ния
Песчано-жидкостеколь­ная	Пластичная	Воздушного твер­дения	Для форм и стержней
Теплового твер­дения
Химического твердения
Самотвердеющая
Жидкая	Теплового твер­дения	Для крупных форм и стержней
Самотвердеющая

Окончание табл. 8.1

Тип смеси	Вид смеси	Категория смеси (по характеру твердения форм и стержней)	Область применения смеси (ориентировоч­ная)
Песчано - смоляная	Сыпучая	Теплового твер­дения	Для оболочковых форм и стержней
Пластичная	Теплового твер­дения	Для мелких стержней
Самотвердеющая	Для мелких, средних и крупных стержней
Жидкая	Теплового твер­дения	Для средних стержней
Самотвердеющая
Песчано - сульфитная	Пластичная	Теплового твер­дения	Для мелких стержней
Самотвердеющая	Для средних форм
Жидкая	Теплового твер­дения
Самотвердеющая
Песчано-цементная	Пластичная	Самотвердеющая	Для крупных форм и стержней
Жидкая
Песчано-масляная (стержневая)	Пластичная	Теплового твер­дения	Для мелких и средних стержней

8.1. Песчано-глинистые смеси

Технология изготовления отливок в сырых песчано-глинистых формах является основной в современных автоматизированных
чугуно-сталелитейных цехах крупносерийного и массового производства. Доля литья, получаемого в сырых формах, составляет, %:
Японии и ФРГ – 40; Англии – 39; Франции – 29; Италии – 30; Рос-
сии > 60. Формовочные смеси для изготовления сырых форм имеют низкую стоимость и минимальные отходы, так как отработанные смеси легко восстанавливаются, что позволяет сократить расход формовочного песка до 0,4 т на 1 т годных отливок.

Максимальная масса отливок из чугуна, полученных в сырых формах из единых песчано-глинистых смесей, составляет 500 кг, а из стали – 400 кг. Опыт отечественных и зарубежных литейных цехов показал, что развитие технологии литья в сырые формы идет в направлении использования высокопрочных смесей с пониженной влажностью, что позволяет получать точные отливки из чугуна и стали массой до 200 кг.

При стальном литье для смесей используют кварцевые формовочные пески с содержанием глинистой составляющей до 1%, зерновой группы 02, при мелком литье применяют пески с зерновой груп-
пой 016, а при массивном – с зерновой группой 0315. Для предупреждения образования трещин в отливках в состав смеси вводят древесные опилки, а для повышения поверхностной прочности форм в смесь вводят водный раствор лигносульфонатов (сульфитно-дрож­же­вая бражка). Для предупреждения пригара при массивном литье с применением сухих форм в смесь вводят до 20% пылевидного квар­ца. Состав и свойства типовых песчано-глинистых формовочных сме­сей для стального литья приведены в табл. 8.2.

При чугунном литье используют в основном кварцевые и тощие формовочные пески зерновой группы 016. При производстве мелкого литья с повышенной чистотой поверхности могут применяться пески зерновой группы 01, а при производстве крупных толстостенных отливок – зерновых групп 0315 и 04. Для предупреждения образования пригара на отливках в состав смесей вводят каменноугольную пыль. Для улучшения податливости и газопроницаемости сухих форм в смесь вводят добавку древесных опилок. Состав и свойства типовых песчано-глинистых формовочных смесей для чугунного литья приведены в табл. 8.3.

Характерное отличие смесей для отливок из цветных сплавов состоит в применении мелкозернистых формовочных песков со средним размером зерна 01 и 0063. Для крупных отливок из цветных сплавов применяют пески со средним размером зерен 016 и 02. Содержание глинистой составляющей в формовочных песках может быть значительно больше, чем при литье чугуна и стали. Для предупреждения пригара на отливках из медных сплавов в смесь вводят добавку мазута, а при литье из сплавов на основе магния для защиты металла от окисления вводят добавку борной кислоты или фтористые присадки.

Состав и свойства типовых песчано-глинистых формовочных смесей, предназначенных для цветного литья, приведены в табл. 8.4.

Таблица 8.2

Типовые составы песчано-глинистых формовочных смесей
для стального литья

Назначение смеси	Толщина стенки, мм	Характеристика смеси	Массовая доля составляющих, %
Зерновая группа формовоч­ного песка	Общее глиносо-держание смеси, %	Газо- про­ницаемо­сть	Проч- ность на сжатие влажных образ­цов, 105 Па (кгс/см2)	Влаж­ность, %	Оборот- ная смесь	Кварце- вый песок	Глина	Суль- фит­но-дрож­- жевая бражка (КБЖ)
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Облицовочная для формовки по-сырому при массе отливок, кг: < 100, 100–500, >500	25 25 25	016, 02 0,2 02,0315	8–10 10–12 11–12	80–100 100– 120 100– 130	0,3–0,5 0,4–0,6 0,5–0,7	3,5–4,0 4,0–5,0 4,5–5,5	80–40 75–40 60–40	16,5–53,0 20,5–51,5 33,5–51,0	3,0–6,0 4,0–8,0 6,0–8,5	<0,5
Единая для фор­мовки по-сырому при массе отливки до 100 кг	25	016 02	8–10	80–100	0,3–0,5	3,4–4,5	90–92	6,5–8,0	1,0–1,5	0,5–1,0

Продолжение табл. 8.2