Методы контроля и испытаний формовочных материалов

 
 
 
 
 
 
 

Содержание 
 
 
 
 
 

1.  Общие сведения

2.  Формовочные и стержневые материалы

     3.  Свойства формовочных смесей

     4.  Приготовление формовочных и стержневых смесей

5.  Обработка отработанной формовочной смеси

     6.  Приготовление формовочных и стержневых смесей

7.  Заключение

     8.  Литература 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общие сведения.  

Формовочными  материалами называются материалы, применяемые для изготовления литейных форм и стержней. Формовочные материалы  разделяют на исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, вспомогательные формовочные составы.  

Исходные формовочные  материалы делятся на две группы: 1) основные — огнеупорная основа смеси (кварцевый песок и т.д.) , связующие материалы (глина, различные  смолы, другие связующие вещества) ; 2) вспомогательные, например различные добавки (уголь, древесная мука, торф и т.д.) , придающие формовочной или стержневой смеси определенные свойства.  

Формовочные и  стержневые смеси приготовляют из исходных формовочных материалов и из отработанных смесей (смеси, бывшие в употреблении) . Состав смесей зависит от назначения, способа формовки, рода заливаемого в форму металла.  

Вспомогательные формовочные составы - это материалы (краски, клеи, замазки) , необходимые  для отделки и исправления форм и стержней.  

     При наличии всевозможных инструментов и приспособлений, модели и песчаной смеси, которую называют формовочной, можно изготовить литейную форму. В  нее заливается металл. Этот процесс  и есть получение отливки. Процесс  изготовления литейной формы является наиболее продолжительным и трудоемким при производстве литья. Это называют формовкой. Ее подразделяют на формовку по-сырому (когда форму заливают в сыром виде), по-сухому (форму заливают после сушки), по модели, по шаблону, в почве, в опоках, на ручную и машинную, в зависимости от сложности и размеров отливок, способа формовки и степени механизации процесса, типа применяемой для изготовления литейной формы формовочной смеси.

     В зависимости от их применения формовочные  материалы подразделяются на исходные материалы и смеси, а исходные в свою очередь - на основные и вспомогательные. Они имеют также рабочие свойства: природные и технологические. Природные свойства характерны для исходных формовочных материалов - песков и глин. Относятся к ним морфологический, зерновой и химический составы материалов. Рассмотрим это подробнее.

     Морфологический состав. При разрушении горных пород  образуются измельченные частицы, которые  являются основой формовочных смесей. Они переносятся силами природы  на большие расстояния и образуют залежи.

     Зерновой  состав - это размер и форма зерен  формовочного материала, соотношение  их между разными размерами. Он влияет на свойства формовочных песков. Размер зерен песка влияет на качество поверхности  отливки. Более чистая поверхность получается при применении мелкого песка.

     Химический  состав. Зная химический состав формовочного материала, наличие в нем вредных  и полезных примесей, можно определить возможность применения его для  приготовления формовочных смесей со свойствами, обеспечивающими получение отливок хорошего качества.

     К основным формовочным материалам относятся  пески, глины и связующие.

     Формовочные пески 

     Это осадочные горные породы, основную часть которых составляет кварц. Кварцевые пески имеют белый  цвет. Различные оттенки формовочному песку придают примеси. Чем их меньше, тем песок светлее и огнеупорнее. Формовочные пески кроме зерен кварца содержат глину. В зависимости от содержания глинистой составляющей, кремнезема и вредных примесей кварцевые пески делятся на три класса: Об1К, Об2К, Об3К (обогащенные). По содержанию кремнезема - на четыре класса: 1К, 2К, 3К, 4К и глинистые пески по содержанию глины на четыре класса: Т - тощий, П - полужирный, Ж - жирный, ОЖ - очень жирный.

     В природных условиях формовочные  пески встречаются с различными зернами не только по размеру, но и по форме. Делятся на округлые, полуокруглые и остроугольные.

     Формовочные глины 

     Формовочная глина - это горная порода, которая  после смачивания становится очень  пластичной. Поэтому их применяют в качестве связующего частиц наполнителя при изготовлении прочных формовочных смесей.

     Формовочные глины в зависимости от минерального состава делятся на виды, по пределу  прочности при сжатии во влажном  состоянии - на группы, а в сухом  состоянии - на подгруппы.

     Связующие 

     Это вещества, скрепляющие зерна песка  в формовочной смеси. Самой распространенной является глина. Но ее применение имеет  много недостатков. Она увеличивает  пригар формовочной смеси на стенках  отливок, уменьшает податливость, газопроницаемость, текучесть смеси.

     Для того чтобы этого избежать применяют  в качестве связующих особые материалы - крепители. Их вяжущая способность  характеризуется удельной прочностью, под которой понимается прочность  сухого образца, приготовленного из смеси с испытуемым крепителем, приходящаяся на 1% содержания его в смеси.

     Лучшими крепителями для стержней считаются  растительные масла (льняное, конопляное), а также приготовленные из них  олифы. Стержни, приготовленные из таких  смесей, обладают высокой прочностью (в сухом виде), хорошо выбиваются из отливки, что очень важно при художественном литье. 
 

2. Формовочные и  стержневые материалы. 

Материалы, применяемые  для изготовления форм и стержней, подразделяются на следующие виды: 

1) исходные: основные  и вспомогательные; 

2) формовочные; 

3) вспомогательные. 

Основные исходные материалы — это чаще всего 80—90% песка и 10—20% глины. Вспомогательные  материалы — графит, опилки, тальк, уголь, торф, а также связующие  материалы для изготовления стержней. Формовочные смеси подразделяются на собственно формовочные и стержневые. Они образуются при смешении исходных материалов. Вспомогательные формовочные составы применяются для изготовления и отделки форм (краски, клей, натирки и др.). 

К формовочным  смесям для получения литейных разовых форм предъявляют следующие требования: 

1) достаточная  пластичность для получения отпечатка  модели; 

2) газопроницаемость; 

3) достаточная  огнеупорность и теплопроводность; 

4) достаточная  прочность и вязкость; 

5) однородность; 

6) химическая  инертность к заливаемому металлу и неспособность с ним сплавляться; 

7) низкая цена. 

Формовочные смеси  классифицируются по следующим признакам: 

1) по сплавам:  для чугунного, стального или  цветного литья; 

2) по характеру  изготовляемых форм: сырые и сухие; 

3) по их назначению при изготовлении форм: наполнительные и облицовочные. 

Обычно отливки  получают в сырых формах. В этом случае формовочную смесь приготовляют с малым (до 6%) содержанием глины («тощая земля»), так как глина  снижает газопроницаемость смеси. Сухие формы с большим содержанием глины применяют для ответственных стальных отливок. Такие формы сушат при температуре 300—400° С. 

Для предупреждения пригара в формовочную смесь  добавляют пыль каменного угля, а  в «сухие» формы — торф, опилки или другие органические вещества для увеличения газопроницаемости смеси. 

В процессе формовки модель покрывают на 20—30 мм облицовочной смесью, в которую добавляют до 40% свежих формовочных материалов. Остальную  часть формы засыпают наполнительной смесью, которая на 90% состоит из отработавшей смеси. 

При изготовлении форм машинным способом применяется  однородная формовочная смесь, не подразделяющаяся на наполнительную и облицовочную. В этом случае добавки свежих материалов составляют до 15% от общего веса формовочной смеси. 

Стержни изготовляют  в специальных стержневых ящиках. Стержень в форме кругом заливается жидким металлом, нагретым до высокой  температуры. Поэтому к материалам, из которых изготовляют стержни, предъявляют особые требования: высокая  сухая прочность, малая гигроскопичность, легкая выбиваемость из отливки. 
 
 

Стержни изготовляют  из песка, отдельные зерна которого соединяются связующими добавками (битум, пек, декстрин, а для особенно сложных тонкостенных стержней —  олифа или растительные масла). 

Массивные крупные стержни простой конфигурации изготовляют из следующих материалов: 20—60% горелой земли, 40—80% глинистого песка, 2—3% торфяного пека или другого дешевого связующего вещества. 

Материал, из которого изготовляют стержни, выбирают в  зависимости от назначения стержня, его конфигурации, условий, в которых он находится при заливке металла в форму, и температуры заливаемого металла. 

Стержни, изготовленные  из глинистых масс, сушат при температуре 400—450° С. Стержни, изготовленные  с примесью растительных масел и пеков, сушат при температуре 200—250° С. Для сушки стержней в стержневых отделениях литейных цехов установлены специальные печи. 

К вспомогательным  формовочным материалам относятся  припылы, краски и клеи. Припылы применяют  для припудривания форм и стержней тонким слоем вещества, устраняющего пригорание формовочной смеси к поверхности отливки. Для сырых форм при изготовлении чугунных отливок применяют измельченный древесный уголь или графит, а при изготовлении стальных отливок — кварцевый порошок. 

При изготовлении сухих форм для этих же целей применяют  формовочные краски, в основном состоящие  из кварцевого песка или графитовой пыли, жидкого стекла и воды. 
 
 

Для склеивания стержней применяют особые клеи, а  для заделки швов между стержнями  и выбоин в них — замазки. Для устранения прилипания стержней к стержневым ящикам применяют ликоподий или раствор стеарина в керосине. 

Подготовка формовочных  смесей производится в землеприготовительных  отделениях литейных цехов. Там свежие песчано-глинистые материалы сушат в печах при температуре 100—110° С. Горелую землю размалывают и просеивают. После смешивания свежих материалов с горелой землей смесь перемешивают на бегунах и просеивают. 

Разрыхление формовочной  смеси и равномерное распределение; влажности в ней осуществляется в аэраторах, где лопатками, помещенными на вращающемся горизонтальном валу, смесь подбрасывается на подвешенные вертикально цепи, разрыхляется и падает вниз. 

Удаление из горелой земли металлических  частиц производится; на магнитных  сепараторах. 
 

3. Свойства формовочных смесей.  

Для получения  качественных форм, стержней и годных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать технологическими свойствами, отвечающими определенным требованиям.  

Для хорошего уплотнения формовочной смеси в опоке большое значение имеет пластичность смеси - способность деформироваться под действием приложенных внешних усилий или собственной массы, что обеспечивает получение отпечатка модели или заполнение полости стержневого ящика. Пластичность формовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность.  

Литейная форма  должна обладать достаточной прочностью , чтобы при сборке, транспортировке и заливке металлом она не разрушалась. Поэтому и формовочная смесь должна обладать определенной прочностью - способностью сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность формовочной смеси зависит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьшением размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает.