Для того чтобы получить литейную форму, необходимо иметь формовочную и стержневую смеси, модельный комплект и опоки. Самое большое распространение для производства литейных форм получили песчано-глинистые формовочные смеси.
Они состоят из огнеупорного наполнителя, в качестве которого применяют кварцевые, цирконовые, оливиновые и другие пески, огнеупорной глины и воды, кроме того в эти смеси вводят специальные добавки, которые улучшают их технологические свойства.
Для приготовления смеси используют специальные машины, называемые бегунами. Представьте себе большую чашу, по дну которой перемещаются с большой скоростью катки. В эту чашу подают песок и водную глиняную эмульсию, которые перемешивают катками до однородного состава.
Катки эти называют бегунами, отсюда и название самой машины. Чтобы формовочная смесь не уплотнялась, в смесителе перед катками вместе с ними вращаются скребки. Они поднимают и разрыхляют смесь. В процессе перемешивания зерна песка 1 обволакиваются набухшей глиной 2, как схематично показано на рис. 13.
В неуплотненном состоянии (рис. 13, а) зерна песка имеют между собой лишь точечные контакты. Но если смесь уплотнить (рис. 13,6), то зона контакта увеличится и прочность сцепления между зернами значительно возрастет. Как показано на рис.
13, и после уплотнения смеси между зернами сохраняются пустоты 3 или поры, совокупность которых образует в формовочной смеси извилистые каналы, заполненные воздухом. Способность этих каналов пропускать воздух характеризует газопроницаемость формовочной и стержневой смесей.
Таким образом, прочность, газопроницаемость и влажность смеси являются основными физическими свойствами. Но есть еще целый ряд технологических свойств, которыми должна обладать формовочная смесь для того, чтобы можно было получить качественную отливку. Это уплотняемость, текучесть, противопригораемость, формуемость и др.
, которые определяются специальными технологическими пробами. Так, уплотняемость характеризует уменьшение объема образца смеси под нагрузкой, текучесть — способность заполнять узкие и глубокие полости в модели и т. д.
Рис. 13. Структура формовочной смеси
Научно-техническая революция XX в. характеризуется широким проникновением химии во все сферы производства и быта. В литейном производстве наглядным примером преобразующей роли химии могут служить успехи, достигнутые в развитии формовочных и стержневых смесей.
Жидкое стекло как связующая основа давно применялось для изготовления форм и стержней, однако для затвердевания смеси применяли тепловую сушку. Но оказалось, если пропускать через форму в течение 30— 40 с углекислый газ, то смесь на жидком стекле твердеет прямо на глазах и после окончания продувки приобретает необходимую прочность.
Секрет тут оказался очень простым. Углекислый газ вступает в химическую реакцию с жидким стеклом по уравнению 
В результате этой реакции жидкое стекло разрушается с образованием соды и геля кремниевой кислоты, которая, обладая высокими клеящими свойствами, связывает песчинки между собой. Если вернуться к рис. 13, то зерна песка 1 будут в жидкостекольной смеси до продувки газом CO2 «одеты» в оболочку из жидкого стекла, а после продувки — в оболочку из геля кремниевой кислоты. Эта технология получила название «CO2-процесс» и нашла широкое применение для получения стержней и форм при производстве отливок из чугуна и стали массой от нескольких килограммов до 20 тонн и более.
Но самый настоящий переворот в приготовлении формовочных и стержневых смесей произошел в результате использования поверхностно-активных веществ, или сокращению ПАВ. Что же это за вещества? Всем известно, что капелька ртути имеет форму, близкую к шару.
И капля воды также стремится принять шарообразную форму. Это происходит под действием сил поверхностного натяжения, которое является результатом взаимодействия молекул в поверхностном слое жидкости.
Если в воду добавить очень малое количество ПАВ, то силы поверхностного натяжения уменьшатся в десятки раз. Для воды таким ПАВ является обычное мыло. Если приготовить мыльный раствор воды и перемешать его, то образуется обильная пена.
Это явление известно даже детям, которые так любят выдувать мыльные пузыри, но не всем известно, что причиной тому — особые свойства поверхностно-активных веществ.
Как часто случается в жизни ученых, блестящие идеи и открытия к ним приходят неожиданно, под воздействием привычных, часто встречающихся явлений, но которые вдруг произошли в необычных условиях. Вспомните шутку с И. Ньютоном, которому яблоко, упавшее «на голову», помогло открыть знаменитый закон всемирного тяготения!
На один из заводов в литейный цех завезли обычное жидкое стекло, или, как называют химики, водный раствор силиката натрия. Когда в бегунах начали готовить формовочную смесь на этом жидком стекле, то она постепенно из рыхлой и сыпучей превратилась в густую сметанообразную массу. Эту смесь и жидкое стекло забраковали.
Но на это явление обратили внимание ученые. Их заинтересовала причина такого поведения смеси. Внимательное изучение показало, что виновником оказалась бочка из-под мыла, в которой привезли жидкое стекло. Под воздействием ПАВ поверхностное натяжение жидкого стекла уменьшилось в десятки раз.
При интенсивном перемешивании смесь захватывала воздух, образуя многочисленные мелкие пузыри в прослойке жидкого стекла между песчинками, и уменьшала внутреннее трение между ними настолько, что сыпучая смесь приобретала свойства жидкости. Со временем пена разрушалась, и смесь снова возвращалась в исходное сыпучее состояние.
Но такая смесь не имела необходимой прочности. Нужно было найти способ, чтобы заставить смесь затвердеть после разрушения пены. И опять на помощь пришла химия. Оказалось, что если ввести в жидкостекольные смеси 1—2% материалов, которые содержат двухкальциевый силикат, то прочность их значительно возрастает.
Большие количества двухкальциевого силиката содержатся в шлаке от производства феррохрома и низкосортных цементах. Так были разработаны принципиально новые формовочные и стержневые смеси, которые получили название: «жидкие самоотвердевающие», или сокращенно ЖСС.
Они нашли широкое применение в нашей стране и за рубежом для производства крупных многотонных отливок из чугуна и стали. Группе ученых и инженеров за разработку ЖСС была присуждена Ленинская премия в области науки и техники.
Но жидкостекольным смесям присущи и существенные недостатки. Они плохо выбиваются из отливок, а затвердевшие пленки жидкого стекла трудно отделяются от зерен кварцевого песка, что затрудняет его регенерацию я повторное использование. Это приводит к чрезмерному расходу кварцевых песков. Здесь на помощь литейщикам опять пришла химия.
Многие полимерные материалы и смолы под воздействием катализаторов или температуры полимеризуются и переходят из жидкого в твердое состояние, приобретая при этом высокую прочность.
Исходя из этого был разработан большой класс песчано-масляных сыпучих, пластичных и жидких смесей и на их основе — новые технологические процессы для производства форм и стержней, общей особенностью которых являлся принцип отвердевания смеси непосредственно в модельно-опочной оснастке.
Так, используя термореактивные смолы в основном фенольного класса, литейщики создали песчано-смоляные смеси, которые необратимо отвердевали при соприкосновении с нагретой до 150—250°С модельной оснасткой. Введение в смесь специальных веществ (катализаторов) позволило сократить процесс отвердения смеси до нескольких десятков секунд.
Это дало возможность быстро получить готовую полуформу или стержень непосредственно на модельной плите или в стержневом ящике. Такой процесс получил название: «изготовление форм и стержней в горячей оснастке».
В отличие от этого процесса, использование реакционно способных синтетических смол, отвердевающих без нагрева под действием твердых, жидких или газообразных катализаторов, послужило основой для разработки холоднотвердеющих смесей. Технология формовки на основе этих смесей получила название: «изготовление форм и стержней в холодной оснастке».
Свойства формовочных смесей
Свойства формовочных смесей, определяемые их назначением, зависят от различных факторов, которые перечислены ниже в порядке их значимости.1. Природа глинистых минералов и количество глинистой составляющей.2. Состав зерновой песчаной основы, т. е. кварц, обожженная глина и др.3. Количество, гранулярный состав и форма песчаных зерен.4. Влажность.5.
Состав и количество обменных ионов и растворимых солей.6. Различные примеси, например лимонит и органическое вещество.В настоящем разделе мы рассмотрим, как состав глинистых минералов и обменные ионы влияют на свойства формовочных смесей и как меняется это влияние в зависимости от влажности глин.
Кроме того, будет рассмотрена связующая роль глин в формовочных смесях.
Влияние особенностей и состава формовочных смесей на их свойства рассматривается в многочисленных работах, собранных в трудах Американского общества литейщиков (Transactions of the American Foundrymen’s Society, AFS) и в выпусках журнала Института железа и стали (Journal of the Iron and Steel Institute, Англия).
Определения перечисленных свойств обычно вполне характеризуют и качества формовочных смесей. Однако ни одно из этих свойств само по себе не определяет действительное качество смеси, и, чтобы убедиться в том, что данные формовочные смеси дают отливки удовлетворительного качества, необходимы технологические испытания.
Кроме того, требования, предъявляемые к формовочным смесям, различаются в зависимости от типа металла, размера отливок, и обычно они различны на каждом отдельном предприятии и определяются сложившейся практикой.
В выпуске «Испытания и оценка формовочных песков и глин» («Testing and Grading Foundry Sands and Clays»; шестое издание, опубликованное AFS в 1952 г.) приведены стандартные методики технологических испытаний формовочных материалов. Читатель, желающий ознакомиться с методикой испытания формовочных смесей, может обратиться к этому выпуску.
Результаты исследований, приведенные ниже, получены именно по этим методикам; исключение составляют некоторые особо оговоренные случаи.
Сопротивление сжатию во влажном состоянии — сила, необходимая для разрушения испытуемого образца определенного размера, увлажненного и уплотненного трамбованием.
Сопротивление сжатию определяется на серии проб, различающихся только содержанием воды. Количество воды рассчитывается на основании общего веса увлажненного материала. Результаты испытания изображаются в виде кривой на диаграмме, на которой показаны величина сопротивления сжатию и влажность проб (фиг. 4-2—4-7).
При добавке воды к сухой смеси сопротивление сжатию сначала возрастает, достигая максимального значения, а затем уменьшается. Оптимальные свойства формовочной смеси определяются точкой на кривой, расположенной около точки максимального значения сопротивления сжатию со стороны более высокой влажности. Материал, характеризующийся максимальным сопротивлением сжатию, обычно рыхлый и недостаточно пластичный, чтобы его можно было использовать в формовочных целях. Лучшими качествами обладают те материалы, кривые которых не имеют резко выраженного максимума, почему их влагосодержание почти не влияет на прочностные свойства. Такие материалы обладают большей потенциальной прочностью.
Ориентировочно требования к величине сопротивления сжатию следующие: смеси, применяемые в сталелитейном производстве, характеризуются сопротивлением сжатию 2,5—11,5 фунт/кв. дюйм в зависимости от конкретных условий. Обычно применяются пески с сопротивлением сжатию 5—7,5 фунт/кв. дюйм.
Объемный вес — вес единицы объема влажной смеси, уплотненной трамбованием. Объемный вес меняется в зависимости от общего содержания воды, и результаты испытаний обычно выражаются в виде кривой на диаграмме, где по одной оси откладываются объемные веса, а по другой — содержание воды. По мере добавления воды к сухому песку его объемный вес несколько увеличивается, затем снижается до определенного минимального значения, после чего вновь увеличивается (фиг.4-1). Песок с минимальным объемным весом содержит больше воды, чем это необходимо для максимального сопротивления сжатию. Однако, как будет показано ниже, различие в содержаниях воды для одних глинистых минералов невелико, а для других значительно.По мнению Дитерта и Волтьера, формовочные материалы имеют оптимальные свойства при минимальном объемном весе, а Гофман отмечал, что это состояние формовочных материалов почти совпадает с их минимальным объемным весом. Вероятно, это совпадение для одних глинистых минералов ближе, чем для других. На практике обычно применяют смеси с несколько большим содержанием воды, чем то, при котором они имеют минимальный объемный вес.
Сопротивление сжатию в высушенном состоянии — сжимающая сила, необходимая для разрушения уплотненного образца, высушенного в печи до удаления всей влаги и охлажденного в эксикаторе. И в этом случае сопротивление сжатию изменяется в зависимости от исходной влажности образца, а результаты испытаний изображаются в виде кривых на диаграмме, где показаны сопротивление сжатию в высушенном состоянии и содержание воды (фиг. 4-15—4-19). Обычно прочность на сжатие возрастает с увеличением влажности вплоть до некоторой максимальной величины, которая сохраняется при дальнейшем значительном увеличении влажности, а затем понижается. Максимальным сопротивлением сжатию в высушенном состоянии часто обладают смеси, имеющие почти минимальный объемный вес, хотя иногда содержание воды может быть большим.
В сталелитейном производстве обычно применяются смеси, сопротивление сжатию которых в высушенном состоянии составляет 75—100 фунт/кв. дюйм. При разливке других металлов допустимы меньшие величины прочности.Сопротивление сжатию образцов в высушенном состоянии больше, чем во влажном.
Если формовочные смеси сушатся в печи, то влага удаляется быстро и смеси характеризуются большим сопротивлением сжатию, чем в том случае, когда они длительно высушиваются на воздухе. Для масс с монтмориллонитом и иллитом наблюдается постепенное увеличение величины сопротивления сжатию по мере потери влаги.
Если связующая добавка представлена каолинитом и галлуазитом, то наибольшая величина сопротивления сжатию возникает после небольшой потери влаги, т. е. в воздушносухом состоянии. При дальнейшей потере влаги прочность сначала несколько уменьшается, а затем может вновь увеличиться.
Иногда дальнейшего увеличения прочности нет и сопротивление сжатию смеси в воздушносухом состоянии будет больше сопротивления сжатию высушенной смеси, установленного стандартным методом.
https://www.youtube.com/watch?v=zetntvsvELs
Поскольку прочность формовочных смесей в высушенном состоянии зависит от способа и скорости сушки, то результаты эмпирических испытаний могут не соответствовать тем, которые получаются в производстве. Сушка крупных форм вряд ли аналогична сушке, изучаемой в лабораторных условиях.
Прочности высушенных формовочных смесей, связанных глинами разного состава, будут различными, поэтому в производстве этими результатами следует пользоваться с большой осторожностью.
Прочность при высоких температурах — это сопротивление сжатию уплотненной пробы при высокой температуре; оно определяется в печи при заданной температуре (фиг. 4-26 и 4-27).
Прочность при высоких температурах изменяется в зависимости от содержания влаги в исходной пробе, однако в деталях эти колебания для различных типов глинистых минералов неизвестны. Дейвис и Рис показали, что прочность при высоких температурах часто больше у образцов с рабочей влажностью, чем у менее влажных образцов. Как правило, приводятся величины сопротивления сжатию при высоких температурах для образцов, близких к рабочей влажности. Обычно сопротивление сжатию пробы после ее охлаждения намного меньше величины сопротивления сжатию, определенной при высоких температурах.
Текучесть или формуемость — свойство формовочных смесей, которое позволяет им течь и заполнять полости опоки при минимальном трамбовании или уплотнении.
Формуемость определяется по методике AFS на трамбовке со шкалой Эймса, приспособленной таким образом, что изменение длины образца смеси можно регистрировать во время удара трамбовкой.
Считают, что смесь обладает хорошей формуемостью, если она принимает форму стандартного образца после нескольких ударов трамбовкой и если после дополнительных ударов эта форма изменяется незначительно. Формуемость оценивается по изменению длины образца после пятого удара трамбовкой.
Если при этом не происходит никакого изменения длины образца, то смесь обладает 100%-ной формуемостью, а изменение длины образца на 0,1 дюйма означает, что формуемость равна 0. В производстве применяют смеси, формуемость которых оценивается в 65—90%.
Газопроницаемость определяется на образцах во влажном или сухом состоянии. Большое влияние на газопроницаемость оказывает гранулярный состав кварцевого песка.
Разновидность и количество глинистой составляющей не оказывают существенного влияния на величину газопроницаемости, а следовательно, нет необходимости подробно рассматривать это свойство формовочных смесей.
Кроме того, в литейном производстве могут применяться смеси с довольно низкой газопроницаемостью, так что это свойство часто не учитывается при оценке качества формовочных песков.
Бриггс и Мори показали, что газопроницаемость обычно возрастает с увеличением влажности и достигает максимального значения в смесях с минимальным объемным весом. При дальнейшем увеличении влажности газопроницаемость уменьшается. Увеличение содержания глинистой составляющей до 6% приводит к уменьшению газопроницаемости.
При дальнейшем увеличении содержания глины примерно до 10% газопроницаемость остается почти на одном уровне.
Газопроницаемость влажных и высушенных образцов примерно в одинаковой степени зависит от исходной влажности, за исключением того что максимальная газопроницаемость высушенных смесей отмечается при несколько большей исходной влажности, чем максимальная газопроницаемость влажных.
Долговечность зависит от прочности формовочных смесей после их использования. Она может определяться как прочность смеси после повторного использования без добавки глины.
Недавно Гофман предложил метод определения долговечности формовочной смеси, согласно которому формовочная смесь прокаливается последовательно при все более высоких температурах и после каждого прокаливания устанавливается его сопротивление сжатию при рабочей влажности; в результате такого прокаливания определяется температура, при которой происходит полная потеря прочности формовочной смеси.
Продолжительность срока службы формовочных смесей трудно оценить в лабораторных условиях. Когда металл разливается в формы, в них создаются очень большие градиенты температуры, так что глинистая составляющая прокаливается при температурах, величина которых зависит от размера отливок, температуры литья и др. Такие условия трудно воспроизвести в лаборатории. Более надежно продолжительность срока службы формовочных смесей определяется по тем структурным изменениям глинистой составляющей, которые происходят при высоких температурах, что и будет рассмотрено ниже.Поверхностные свойства форм определяют качество поверхности металлических отливок. Чем глаже получается поверхность и чем меньше пригара песка образуется на отливках, тем легче и дешевле очистить и обработать отливку. Характер поверхности отливок частично зависит от свойств глинистой составляющей формовочных смесей. Однако строение поверхности отливок можно улучшить добавкой угля и других органических веществ и применением специальных высокоогнеупорных облицовочных покрытий (противопригарные пасты и краски).Для оценки качества глин, применяемых в формовочных смесях, проводят ряд технологических испытаний. Однако в этой книге рассматриваются только те испытания, которые необходимы для объяснения различий важнейших свойств разных типов глин и для понимания связующей роли глин в формовочных смесях.Следует постоянно помнить о том, что определение свойств глин служит только для сравнения глин различного состава и для того, чтобы показать, что данная глина, вероятно, обладает удовлетворительными свойствами для применения ее в качестве компонента формовочных смесей. Необходимо проводить испытания глины в заводских условиях для полной уверенности в том, что отливки, изготовленные с применением данных смесей, будут свободны от дефектов. Ряд дефектов отливок вызывается не только составом глин, но и другими факторами, например слишком высокой влажностью и неподходящим уплотнением; однако дефекты в отливках зависят в значительной степени от состава глинистой составляющей формовочных смесей. Так, например, если прочность смесей резко меняется в зависимости от влажности, то трудно сохранить на должном уровне содержание воды. Смеси, связанные некоторыми глинами, менее склонны к образованию поверхностных дефектов отливок. Так, смеси, связанные иллитовыми глинами, по-видимому, почти не дают ситовидной пористости на отливках из ковкого чугуна.
Большая Рнциклопедия Нефти Рё Газа
Cтраница 2
При добавлении глины в кварцевый песок указанная зависимость нелинейна и состоит из двух характерных участков, причем с увеличением содержания глины в песке характерные участки изменяются. �з кривых на рис. 3.1, 3.2 видно, что при фиксированном значении Ар2 объемный дебит газа больше, чем воздуха. [16]
На кислотоустойчивость эмали влияют мельничные добавки, режим обжига и атмосфера печи.
Увеличение содержания глин и щелочных электролитов ослабляет это свойство; повышение температуры имеет противоположное влияние.
С этой точки зрения использование органических суспендирующих веществ предпочтительнее применения глин, однако необходимо рассматривать также и другие факторы.
Подобным же образом дает хорошие результаты замена 1 % измельченной глины на 1 4 % более коллоидального бентонита. Добавки на помол большого количества кварца улучшают термостойкость и кислотоустойчивость покрытия за счет растворения их в эмали в процессе обжига. [17]
Как видно, в идентичных условиях по пористости и приницаемо-сти пород конечный коэффициент вытеснения нефти щелочным раствором существенно зависит от содержания глины. С увеличением содержания глин он снижается, тогда как вытеснение за безводный период улучшается, что можно объяснить набуханием глин и более ровным вытеснением. [18]
Несколько меньший эффект наблюдается для образцов, насыщенных минерализованной водой и керосином, после вытеснения их флюидов дистиллированной водой. С увеличением содержания глины проницаемость смеси продолжает снижаться. [19]
РџСЂРё увеличении содержания глины РІ суспензии Кжг повышается СЃ 2 8 РґРѕ 21 2, Р° средний коэффициент вытеснения — СЃ 1 40 РґРѕ 4 42 %, однако, РїСЂРё этом возрастает вероятность осаждения глины РЅР° РІС…РѕРґРЅРѕРј участке высокопроницаемого пропластка модели. РЎ увеличением содержания глины РІ суспензии подвижность вытесняющей жидкости снижается. [20]
Предельно развитые диффузные ионные слои наибольшей толщины образуются РЅР° плоскостях спайности РїСЂРё замещении катионов РЅР° однозарядные Рё РїСЂРё отсутствии избыточных РёРѕРЅРѕРІ РІ РІРѕРґРЅРѕР№ среде. Однако РїСЂРё увеличении содержания глины Рё сближении поверхностей возникает коагуляционное сцепление СЃ образованием остаточной квазиравновесной прослойки, СЃ утолщением которой прочность Рё плотность структуры РІ пасте непрерывно возрастают. Рластические Рё пластические свойства таких паст остаются РїСЂРё этом СЏСЂРєРѕ выраженными. [21]
Пластичность возрастает с увеличением содержания глины, зависит от размеров и формы зерен песка, влажности, способов приготовления смеси. [22]
Анализ результатов изложенных экспериментов показывает, что наиболее ощутимо повышение давления насыщения в пористой среде в состав которой входит глинистый материал.
При этом с увеличением содержания глины давление насыщения также возрастает. При снижении давления изменяется пористость. �звестно, что глина имеет как открытую, так и закрытую пористость.
При этом закрытые поры, деформируясь, производят такой же эффект, как и газовые включения, которые изменяют свой объем с изменением давления.
Рто РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє смещению точки излома РЅР° РєСЂРёРІРѕР№ СЂ — — AV РІ сторону больших давлений, что внешне проявляется РІ увеличении давления насыщения. [24]
Прочность формовочной смеси увеличивается с увеличением содержания глины, с уменьшением размеров зерен песка, плотности. [25]
Прочность характеризует сопротивляемость формы разрушающим усилиям в виде толчков, возникающих при сборке формы, при ее перемещении, а также при заполнении ее жидким металлом. Прочность формовочного материала возрастает с увеличением содержания глины и других связывающих веществ и зависит также от размеров и фермы зерен песка. [26]
Текучесть смеси обеспечивает получение четкого отпечатка модели и заполнение стержневого ящика при затрате минимальной работы.
Текучесть ухудшается с увеличением прочности смеси, увеличением содержания глины и применением вязких связующих материалов.
Наилучшую текучесть имеют смеси с масляным связующим. [27]
Оболочки изготавливают из песчано-смоляных смесей горячего отверждения.
Наполнитель — мелкозернистый кварцевый песок — должен иметь минимальное содержание глины; СЃ увеличением содержания глины повышается расход смолы — связующего.
Для повышения термохимической устойчивости в смесь иногда добавляют хромомагнезит.
Р’ качестве связующего широко применяют пульвербакелит — фенолоформальдегидная смола СЃ добавками уротропина.
Такая смола РїСЂРё 70 — 80 РЎ размягчается, РїСЂРё 100 — 120 РЎ плавится, превращаясь РІ клейкую жидкость, покрывающую поверхность зерен песка тонкой пленкой. РџСЂРё дальнейшем нагреве РґРѕ 200 — 250 РЎ смола необратимо затвердевает, обеспечивая высокую прочность оболочковой формы. [28]
Для реализации описанного механизма образования ПДС РІ пластовых условиях предусматривается использовать растворы РџРђРђ 0 05 — 0 08 % — РЅРѕР№ концентрации.
Увеличение расхода полимера РІ пластовых условиях РІ 6 — 8 раз, минимально необходимого РІ пресных водах для флокуляции, обусловливается следующими факторами: Р°) минерализацией дисперсной среды; Р±) увеличением содержания глины; РІ) необходимостью обеспечения стабилизации системы РІ призабойной Р·РѕРЅРµ Рё флокуляции РІ удаленных РѕС‚ скважины зонах. [29]
РЎ увеличением содержания РІРѕРґС‹ РґРѕ 4 5 — 6 % повышаются прочность Рё газопроницаемость. Увеличение содержания глины повышает прочность формовочной смеси, РЅРѕ снижает ее газопроницаемость. [30]
Страницы: 1 2 3
Требования к формовочным и стержневым смесям
Пластичностью называется способность смесей деформироваться под действием внешних нагрузок без нарушения целостности и сохранять приданную им форму после снятия нагрузки.
Эти свойства необходимы для получения в форме отчетливого отпечатка модели.
Пластичность формовочной смеси возрастает при увеличении содержания в ней воды до 6%, глины и связующих мм и риалов, а также песка с мелким зерном.
Газопроницаемостью называется способность смесей пропускать газы вследствие своей пористости. Из формовочных материалов во время заливки формы сплавом выделяется большое количество газов. Если газопроницаемость смеси недостаточна, то газы опадают в металл, что вызывает брак отливки по газовым раковинам. Чем крупнее и чем однороднее по размерам зерна песка,.
Чем меньше в смеси глины, тем газопроницаемость смеси выше. Газопроницаемость определяют прибором, на котором через стандартный образец, изготовленный из формовочной смеси, пропускают 2000 см3 воздуха и определяют время прохождения воздуха. По полученным данным по
расчетной формуле подсчитывают газопроницаемость смеси в условных единицах.
Газопроницаемость формовочных смесей колеблется от 30 до 150 единиц.
Прочностью называется способность смесей выдерживать внешние нагрузки без разрушения. Это свойство необходимо для того, чтобы форма не деформировалась и не разрушалась при транспортировании и при воздействии на нее давления жидкого металла.
Прочность формовочных смесей возрастает при увеличении содержания в них глины, связующих материалов и песка с мелкими угловатыми зернами. Увеличение содержания воды до 3—5% повышает прочность смеси; при дальнейшем повышении влажности прочность смеси снижается.
Прочность формовочной смеси определяют испытанием стандартных образцов на сжатие. Для форм применяют формовочную смесь с прочностью на сжатие в сыром состоянии 0,3—1,0 кГ/см2.
Для повышения прочности формовочных смесей применяются
связующие материалы — жидкое стекло, цемент, сульфитно-спиртовую барду и др.
Противопригарностью формовочных и стержневых смесей называется способность смесей не сплавляться и не спекаться с расправленным металлом. Формовочные смеси иногда пригорают к отливке и образуют на ее поверхности сплошную корку из смеси окиси металла и песка, которая сильно затрудняет механическую обработку.
Податливостью называется способность смесей сжиматься под действием внешних сил. Это необходимо для того, чтобы форма или стержень не препятствовали свободной усадке при затвердевании отливки. При недостаточной податливости материала формы в остывающей отливке возникают внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин.
Хорошей податливостью обладает крупный речной песок. Глина, располагаясь в промежутке между зернами песка, ухудшает податливость формовочной смеси. Состав и свойства формовочных материалов, применяемых для изготовления смесей, играют
большую роль в получении качественной отливки.
- Хиты
- Новинки
- Спецпредложения
Формовочные и стержневые смеси и их приготовление
Формовочные и стержневые смеси являются строительным материалом для изготовления литейных форм, в которых после заливки расплавленным металлом образуются заготовки (отливки) деталей машин. Формовочная смесь ограничивает в литейной форме наружные поверхности и их размеры у отливок.
Стержневые смеси необходимы для изготовления элементов литейной формы (стержней), которые образуют отверстия, полости, поднутрения, т.е. внутренние поверхности отливок. Стержни могут иметь форму валиков, конусов, их соединений, параллелепипедов и других сложных и объёмных фигур.
Формовочные и стержневые смеси состоят из кварцевого песка, глины, связующих материалов, влаги и других добавок.
Стержневые смеси в отличие от формовочных смесей имеют более высокое содержание кварцевого песка и меньшее содержание глины, так как после заливки формы расплавленным металлом испытывают высокие термические нагрузки, потому что находятся почти в полном окружении расплавленного металла.
Формовочные и стержневые смеси должны иметь высокие физико-механические свойства: пластичность, текучесть, газопроницаемость, прочность и противопригарность.
Пластичность представляет собой свойство смесей обеспечивать получение в форме отчётливого отпечатка модели детали.
Модель представляет собой изделие, воспроизводящее наружные очертания отливки, которое сначала устанавливают в форму. После окончания изготовления формы модель извлекают для подготовки формы к заливке расплавленным металлом.
Пластичность смеси увеличивается с повышением в ней (до определённого предела) связующих материалов и воды.
Текучесть смесей представляет их свойство под действием внешних сил (трамбовок) заполнять полость в стержневом ящике для изготовления стержня или обтекать установленную в форму (опоку) модель. Чем выше текучесть смеси, тем равномернее уплотняется смесь около модели. Она зависит от природы и количества связующего вещества, а также от размера и формы зёрен песка.
Газопроницаемость представляет собой свойство формовочных и стержневых смесей уплотнённых, но имеющих пористость, пропускать газы. Из смесей в процессе заливки формы расплавом выделяется большое количество газов.
Если газопроницаемость смеси недостаточна, то газы могут попасть в расплавленный металл и образовать газовую раковину. Газопроницаемость смесей увеличивается с применением песка, содержащего зёрна одинаковой величины, и уменьшением в смесях содержания глины.
Газопроницаемость определяют прибором, с помощью которого через стандартный образец из уплотнённой формовочной смеси продувают 2000 см3 воздуха и измеряют время его прохождения и давление воздуха под образцом. Газопроницаемость является безразмерной величиной и выражается в единицах.
Газопроницаемость используемых формовочных смесей составляет 30-150 единиц. Чем больше по габаритным размерам форма, тем больше должна быть газопроницаемость.
Газопроницаемость определяется прибором и выражается формулой:
- где п — коэффициент, зависящий, от единиц измерения давления р (п * 10, если р измеряется в мм вод. столба);
- V — объём воздуха, прошедшего при испытании через цилиндрический образец (обычно 2000 см3);
- h — высота образца (обычно 50 мм), мм;
- F — площадь поперечного сечения (d = 50 мм), мм2;
- р — давление воздуха перед входом в образец, мм вод. столба;
- t — время прохождения воздуха через образец при испытании, с.
Газопроницаемость формовочной смеси для чугунного литья обычно составляет 30…80, для стального 70… 100, для бронзового, латунного и алюминиевого литья — около 30.
Противопригарность (огнеупорность) представляет собой свойство смесей в форме не спекаться и не сплавляться с расплавленным металлом. Если формовочная смесь будет пригорать к отливке и образовывать на её поверхности сплошную корку из смеси окислов металла и песка, то это будет затруднять последующую механическую обработку отливки.
В формовочную смесь добавляют противопригарные добавки: каменный уголь для чугунных отливок, мазут для бронзы. Для этой же цели формы и стержни покрывают краской и припылами. В состав краски входят огнеупорная глина, графит, молотый кварцевый песок, а также связующие вещества (крепители). В качестве припылов применяют порошковый графит, молотый древесный уголь и др.
Прочность представляет собой способность формы и смеси выдерживать нагрузки без разрушения. Форма не должна разрушаться при изготовлении, транспортировке и воздействии на неё жидкого металла.
Прочность увеличивается, если в смеси повышается (до определённого предела) содержание глины, связующих добавок, песка с мелкими угловатыми зёрнами и воды. Из связующих материалов, повышающих прочность, применяют жидкое стекло, синтетические смолы и др.
Прочность формовочных смесей в сыром состоянии в форме достигает 2,9… 15,7 МН/м2, а стержней 49… 196 МН/м2.
Оптимальная влажность представляет собой влагосодер- жание смеси, обеспечивающее наибольшую прочность формы и пластичность, но не допускающее вскипания влаги и парообразование в форме. Эти процессы ведут к появлению раковин в отливке и к разрушению формы.
Формовочные смеси приготовляют по определённому рецепту. Основным материалом для изготовления формовочных смесей являются оборотная (ранее использовавшаяся) смесь и свежие добавки (песок, глина, вода и др.).
Формовочные смеси по способу применения делятся на облицовочные, наполнительные и единые. Облицовочная смесь — это формовочная или стержневая смесь в форме или слой стержня, которые примыкают непосредственно к поверхности отливки. Наполнительная смесь заполняет в форме объём, оставшийся после нанесения облицовочной смеси.
Единая смесь используется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. При изготовлении крупных и сложных форм используют облицовочную и наполнительную смеси. В массовом производстве чаще используют единые смеси, применение которых облегчает автоматизацию процессов формовки и повышает производительность труда.
Стержневые смеси состоят в основном из песка и связующих веществ. По принципу действия связующие вещества делят на три группы:
- — высыхающие (льняное масло, поливиниловый спирт, сланцевая смола, лигносульфонит);
- — склеивающие (сульфитный щёлок, декстрин, жидкое стекло);
- — затвердевающие (торфяной и древесный пёк, канифоль,
. синтетические смолы).
Формовочные и стержневые смеси, твердеющие в литейной оснастке с нагревом или без нагрева этой оснастки, разнообразны по составу, но основой их являются формовочные пески.
В литейном производстве в настоящее время применяют следующие смеси: твердеющие в результате продувки газом; постепенно твердеющие в результате взаимодействия компонентов, введённых заранее в смесь.
Пластичные песчано-смоляные смеси твердеют при комнатной температуре в присутствии катализаторов. Они содержат фенолформальдегидные, фенолофурановые, карба- миднофурановые, фенолокарбамиднофурановые и др. Катализаторами могут быть бензосульфокислота, ортофосфор- ная кислота и комплексные смеси, состоящие из нескольких компонентов.
- Песчано-смоляные смеси твердеют при продувке газообразным катализатором (на основе полиизоцианатного соединения).
- Песчано-жидкостекольные смеси упрочняются продувкой углекислого газа (С02-процесс).
- Песчано-жидкостекольные пластичные самотвердеющие смеси (ПСС-процесс) твердеют под воздействием двухкальциевого силиката (2СаО • Si02), вводимого в смесь на стадии её изготовления.
Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС-процесс) содержат в своём составе жидкое стекло, синтетические смолы, лиг- носульфонит и в качестве упрочняющей добавки феррохро- мовый шлак. Твердение смеси происходит из-за взаимодействия двухкальциевого силиката, содержащегося в ферро- хромовом шлаке, с жидким стеклом с образованием кальциево-натриевых гидросиликатов, связывающих песчинки между собой.
Сыпучие самотвердеющие смеси (СС) широко применяют для изготовления средних и крупных форм и стержней. В их состав входят кварцевый песок (его количество принимают за 100 %, а содержание остальных компонентов выражают в процентах от количества песка), жидкое стекло — 2,5…3,5 %, ацетатэтиленгликоль— 10…12%, и сахаросодержащие добавки для облегчения выбивки форм и стержней.
Для изготовления стержней без тепловой обработки применяют холоднотвердеющие смеси (ХТС) на основе карба- мидно-формальдегидных смол, кварцевого песка, борной кислоты, ортофосфорной кислоты и катализатора. Стержни из ХТС используют для крупногабаритных отливок из цветных и чёрных металлов и сплавов при литье в песчаные и металлические формы.
Для получения тонкостенных отливок повышенной точности из жаропрочных сплавов применяют керамические стержни из электрокорунда, содержащие в качестве связующих добавок композицию глинозёма (А1203) и двуокиси титана (ТЮ2). Стержни изготавливают горячим прессованием при температуре 120 °С с последующими подогревом от 300 °С до 1100 °С и обжигом при температуре 1380… 1430 °С в газовых проходных печах.
Технология приготовления формовочных смесей включает следующие стадии:
- — подготовку свежего песка, глины и других исходных материалов;
- — подготовку оборотных смесей;
- — приготовление смеси.
Пески сушат при температуре около 250 °С в кипящем слое или в воздушном потоке, а также в печах барабанного типа или других установках и затем просеивают.
Глину сушат при температуре 200…250°С в печах барабанного типа, размельчают на дробилках, затем размалывают в шаровых мельницах или бегунах и просеивают. В формовочную смесь глину целесообразно вводить не в порошкообразном состоянии, а в виде суспензии (35…40 частей глины и 45…60 частей воды), приготовляемой в лопастных смесителях и других устройствах.
- Угольный порошок получают размолом угля аналогично получению порошкообразной глины.
- Порошкообразные кварц, графит, синтетические смолы, катализаторы и другие исходные материалы поступают в цех в готовом виде.
- Оборотную смесь после выбивки из форм разминают на гладких валках, очищают от металлических частиц на магнитном сепараторе и просеивают.
Регенерация формовочных и стержневых смесей, содержащих плёнки синтетических смол и других связующих веществ, имеет большое значение, так как позволяет сократить расход свежего песка на 40…60 %. Для крупного специализированного литейного производства экономия составляет 150…200 тыс. т песка в год.
Один из применяемых в производстве процессов — способ гидрорегенерации — включает дробление, магнитную очистку, оттирку (разрушение плёнок связующих веществ с применением ультразвукового, вибрационного и других методов), фракционирование (разделение зерна на фракции по величине зерна) и обезвоживание.
Регенерат со степенью оттирки до 80 °С по свойствам практически не отличается от свежего песка.
Приготовление песчано-глинистых формовочных смесей включает несколько операций: перемешивание компонентов смеси, увлажнение, вылёживание и разрыхление. Перемешивание смеси наиболее часто производят в смесителях-бе- гунах разной конструкции. Наиболее часто используют бегуны с вертикальными катками и центробежные маятниковые с горизонтальными катками. На рисунке 1.
6 показаны бегуны с вертикальными катками. Для объединения процессов размалывания и просеивания бегуны соединены с ситом. Компоненты смеси поступают по жёлобу 1 в сито 2, насаженное на горизонтальный вал 3, получающий вращение от ведущего вала 4 при помощи шестерён 5 и 6. Мелкая смесь, не задерживаемая ситом, проваливается вниз и используется по назначению.
Крупные куски захватываются лопатками внутри сита, поднимаются вверх при вращении сита и сбрасываются на жёлоб 7, а с него в чашу 8 бегунов. Здесь они размельчаются массивными катками бегунов 9 и 10. На верхней шейке вертикального вала 11 закреплена поперечина 12, в проушины которой установлены валки-кривошипы 13 и 14.
На ось кривошипов насажены катки 9 к 10. Такая форма кривошипов позволяет каткам подниматься при попадании под него куска металла или камня и не создавать изгибающий момент, который бы действовал на вертикальный вал 11. Каток 9 расположен ближе к центру вращения, а каток 10 — дальше.
Такое расположение позволяет увеличить суммарную ширину контакта ободов катков с днищем чаши. Вал 11 приводится во вращение с помощью конических шестерён 15 и 16. Скребки 17 и 18, соединённые с поперечиной, двигаются по окружности чаши, отгребают размалываемый материал от стенок и направляют готовую смесь по жёлобу 19 в сито.
Во время работы оборудования чаша бегунов и сито закрывают колпаками для предотвращения попадания пыли в окружающую среду.
В современных литейных цехах оборудуют автоматизированные смесеприготовительные системы, работающие в комплексе с автоматизированными формовочными линиями. Управление комплексной системой осуществляется с центрального пульта.
Рис. 1.6. Бегуны с вертикальными катками:
/ — загрузочный жёлоб; 2 — сито; 3 — горизонтальный вал; 4 — ведущий вал; 5 и 6 — приводные шестерни; 7 — верхний жёлоб; 8 — чаша; 9 и 10 — вертикальные катки бегунов;
- 11 — вертикальный вал; 12 — поперечина;
- 13 и 14 — валки-кривошипы; 15 к 16 — конические шестерни; 17 и 18 — скребки; 19 — нижний жёлоб
Загрузка...
