Типовые составы формовочных смесей для автоматических линий

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 14Следующая ⇒

Примечание.1 – при встряхивании с подпрессовкой; 2 и 3 – при прессовании под высоким давлением без уплотнения с предварительным уплотнением.

8.2. Песчано-жидкостекольные смеси

Песчано-жидкостекольные смеси широко применяются при единичном и серийном изготовлении форм и стержней. Одной из причин широкого использования этих смесей является возможность упрочнения форм и стержней без теплового воздействия. Упрочнение может быть осуществлено выдержкой на воздухе (подвяливание), продувкой углекислым газом, или введением в смесь химического реагента, вызывающего аналогично углекислому газу коагуляцию жидкого стекла. Второй причиной является то, что благодаря использованию тепловой сушки продолжительность процесса упрочнения этих смесей значительно меньше, чем песчано-глинистых. Третьей причиной широкого применения данных смесей можно считать относительно низкую стоимость жидкого стекла, простоту его изготовления и нетоксичность этих смесей.

Существенным недостатком песчано-жидкостекольных смесей явля­ется плохая выбиваемость и регенерируемость вследствие повышенной спекаемости жидкого стекла с формовочным песком, а также ограниченное использование отработанных смесей в связи с тем, что в приготовляемых смесях накапливается содержание оксида натрия Na₂О, который снижает огнеупорность смесей.

При изготовлении форм и стержней применяют два вида песчано-жидкостекольных смесей: пластичные и жидкие. Пластичные смеси применяют в качестве облицовочного слоя. Упрочнение готовых форм и стержней осуществляют воздушной сушкой – подвяливанием на воздухе в течение 2–8 ч; тепловой сушкой при температуре 220–250°С в течение 0,5–1 ч и химическим путем. При химическом упрочнении применяют продувку форм и стержней углекислым газом, вводя в смесь порошкообразные добавки феррохромового шлака или нефелинового шлама, а также жидкие добавки – ацетаты этиленгликоля (АЦЭГ) либо пропиленкарбонат. Время отверждения пластичных самотвердеющих смесей (ПСС) составляет около 40–60 мин, при этом смесь приобретает значение прочности на разрыв в пределах 0,07÷0,13 МПа (0,7÷1,3 кг/см²), а по прошествии более длительного времени прочность повышается до 0,7 МПа (7,0 кг/см²) и более.

Важное преимущество смесей с продувкой СО₂ и ПСС по сравнению с обычными способами изготовления форм и стержней состоит в том, что упрочнение смесей происходит в контакте с оснасткой, что повышает точность размеров отливок.

Состав и свойства песчано-жидкостекольных смесей приведены в табл. 8.6 и 8.7.

Таблица 8.6

Состав и свойства пластичных песчано-жидкостекольных смесей
для изготовления форм и стержней (СО₂-процесс)

Примечания:

*При изготовлении смесей для форм допускается замена части песка регенератом.

**В виде водного раствора плотностью 1,3 г/см³.

***В виде раствора в уайт-спирите плотностью 0,86–0,92 г/см³.

Таблица 8.7

Состав и свойства пластичных песчано-жидкостекольных самотвердеющих смесей
для изготовления форм и стержней (ПСС-процесс)

Примечания:

* При изготовлении смесей для форм допускается замена части песка регенератом.

** В виде водного раствора плотностью 1,3 г/см³.

Пластичные самотвердеющие смеси (псс) приготовляют по двухстадийной технологии. Сначала делают базовую смесь состоящую из формовочного песка, глины, молотого угля, жидкого стекла и воды. Смесь высокопластичная, прочность на сжатие во влажном состоянии 0,015 МПа (0,15 кг/см²). На участке формовки в лопастном смесителе в базовую смесь вводят отвердитель – феррохромо­вый шлак или др. После перемешивания в течение 45–60 с готовая смесь подается в опоку и распределяется по поверхности как об­ли­цовочная. Жидкое стекло и отвердитель взаимодействуют во всем объеме смеси, в результате чего она затвердевает. После изготовления формы из нее сразу можно удалять модель, через 30 мин на поверхность формы можно наносить противопригарное покрытие, а через 4–6 ч заливать металлом.

Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС). Эти смеси имеют высокую текучесть, так как они подобно жидкости могут быть залиты в опоку или стержневой ящик. Другое важное свойство этих смесей – самозатвердевание. Их применяют при изготовлении средних и крупных по величине форм и стержней, так как в этом случае, ввиду отсутствия операции уплотнения смеси, их использование наиболее эффективно. Перевод в жидкое состояние достигается за счет введения в смесь добавок пенообразователей – поверхностно-активных веществ (ПАВ). Пузырьки пены разделяют зерна песка, уменьшают силы трения, что и придает смеси свойство текучести. Текучесть смеси можно изменять в зависимости от ее состава и времени
перемешивания. Время сохранения текучести также можно регулировать, оно составляет 9–10 мин. Смесь приобретает достаточную прочность через 20–30 мин. Газопроницаемость этих смесей может превышать 1000 ед., прочность на сжатие через 4 ч после заливки составляет 0,2–0,4 МПа (2–4 кг/см²). Применение ЖСС позволяет резко повысить производительность труда, исключить ручной труд при изготовлении форм и стержней, устранить энергоемкую операцию сушки, механизировать производство крупных отливок. Состав и свойства ЖСС, предназначенных для изготовления форм и стержней при стальном и чугуном литье, приведены в табл. 8.8.

Таблица 8.8

Состав и свойства жидких песчано-жидкостекольных самотвердеющих смесей
 для форм и стержней (ЖСС- процесс)

Примечание. * В виде водного раствора плотностью 1,3 г/см³.

Для придания ЖСС газопроницаемости применяют пеногасители (НЧК). НЧК – нейтрализованный черный контакт – 25%-й раствор аммонийных солей нефтяных сульфокислот нейтральной или слабощелочной реакции. Добавкой НЧК можно быстро восстановить газопроницаемость даже при низкой температуре (3–5°С) воздуха. Применение НЧК исключает необходимость сушки форм и стержней с целью восстановления газопроницаемости.

Песчано-жидкостекольные холоднотвердеющие смеси с жидкими отвердителями сложноэфирного типа (ацетаты этиленгликоля, пропиленкарбонат) обладают высокой сыпучестью и низкой прочностью в исходном (влажном) состоянии – не более 0,003 МПа при сжатии. Эти ХТС содержат 3,5–4,0% жидкого стекла, легко уплотняются вибрацией и вручную, позволяют получить широкий диапазон значений живучести, имеют высокую прочность и технологичны. Для приготовления смесей применяют жидкое стекло модуля 2,6÷3,0, плотностью 1,35 г/см³. Жидкие отвердители составляют 0,3–0,4%. Живучесть ХТС с жидкими отвердителями при 20°С составляет 6÷15 мин, прочность при сжатии, МПа через 1 ч – 0,5÷1,4; 2 ч – 1,0÷1,85; 4 ч – 1,6÷2,5; 24 ч – 2,5÷6,0. Осыпаемость смесей через 24 ч менее 0,1–0,2%. Газопроницаемость ХТС определяется в основном зерновым составом песка и составляет 150–200 ед.

Ввиду повышенной хрупкости в отвержденном состоянии, ХТС, отверждаемые жидкими отвердителями, применяются в основном для изготовления средних и крупных форм. Помимо хрупкости, к недостаткам этих смесей относятся:

- отставание в скорости отверждения внутренних слоев формы (стержня) по сравнению с внешними зонами;

- усадка при отверждении смеси в оснастке и зажим оснастки;

- затрудненная выбиваемость при нагреве смеси выше 700°С;

- более сложная регенерация и ограниченное повторное использование полученного регенерата (не более 50%).

8.3. Песчано-смоляные смеси

Связующими материалами в песчано-смоляных смесях являются синтетические смолы. Процесс твердения синтетических смол связан с переводом полимеров с низкой молекулярной массой в полимеры с высокой молекулярной массой. Процессы отверждения синтетических смол, в зависимости от структуры получаемых полимеров, называют полимеризацией или поликонденсацией. В зависимости от типа синтетических смол их твердение может происходить в присутствии катализаторов и без катализаторов, у которых отверждение достигается тепловым воздействием.

Песчано-смоляные смеси (ПСС) достаточно дорогие и поэтому применяются в основном для оболочковых форм и стержней. ПСС имеют ряд преимуществ перед песчано-жидкостекольными:

- легкое удаление стержней (они высыпаются при выбивке отливок из форм);

- высокая производительность процесса при времени контакта с горячей оснасткой от 15 до 60 с;

- возможность регенерации отработанных смесей.

 К недостаткам ПСС относят их токсичность – при заливке форм выделяются вредные вещества, такие, как фурфулол, формальдегид и др., поэтому в литейном цехе необходимо обеспечивать усиленную вентиляцию.

В литейном производстве применяют сыпучие, пластичные и жидкие песчано-смоляные смеси. Сыпучие смеси в исходном состоянии характеризуются отсутствием связи между зернами. Они применяются при изготовлении форм и стержней. Упрочнение смесей осуществляется с помощью тепловой обработки в два этапа: первый этап – в течение 20–30 с – в контакте с модельной или стержневой оснасткой, нагретой до 180–240°С; второй – в течение 1–4 мин – в печи с температурой рабочего пространства 350–450°С. При изготовлении сыпучих смесей используют термоактивные фенолоформальдегидные смолы (см. табл. 5.4). Применяют плакированные и неплакированные песчано-смоляные смеси. В плакированных смесях смола покрывает тонкой пленкой зерна формовочного песка. В табл. 8.9 приведены состав и свойства плакированных песчано-смоляных смесей.

Таблица 8.9

Состав и свойства сыпучих плакированных песчано-смоляных смесей
для изготовления оболочковых форм и стержней

Примечания:

* В качестве растворителя используется водно-спиртовой раствор (1:3).

** Вводится в виде 30%-го водного раствора.

Плакирование песчано-смоляных смесей может быть произведено горячим и холодным способами. При горячем способе плакирования смола переходит в жидкое состояние в смесителе под действием горячего песка. При интенсивном перемешивании смола обволакивает зерна формовочного песка и при последующем охлаждении и перемешивании застывает на зернах в виде тонкой пленки. После просеивания и окончательного охлаждения смесь хранится в коробах, откуда распределяется по стержневым автоматам.

При холодном плакировании перевод смолы в жидкое состояние происходит за счет растворения ее ацетоном или другими растворителями. При перемешивании смеси с одновременной продувкой через смеситель холодного воздуха растворитель испаряется и смола в виде тонкой пленки остается на зернах формовочного песка.

Плакирование позволяет получить смеси с высокими физико-меха­ни­ческими (на 25–30%) и технологическими свойствами. Для при­го­товления песчано-смоляных смесей применяют обогащенные квар­цевые пески с содержанием глинистой составляющей не более 0,5%, так как глина существенно увеличивает расход смолы, удорожает смесь и ухудшает ее свойства.

Пластичные песчано-смоляные смеси упрочняют как за счет введения добавок катализаторов, ускоряющих протекание реакций полимеризации смолы, так и тепловой обработки.

Песчано-смоляные смеси, твердение которых осуществляется за счет введения катализаторов, получили название - холодно­твердею­щие смеси (ХТС). Изготовленные из них стержни упрочняются непосредственно в стержневых ящиках и не требуют тепловой обработки.

В настоящее время наибольшее распространение получили ХТС, из которых изготовляют стержни различного класса сложности при единичном и серийном производстве отливок. При изготовлении ХТС применяют синтетические смолы, представленные в табл. 5.3. В качестве катализаторов при изготовлении ХТС наибольшее распространение получили бензосульфокислота (БСК) и ортофосфорная кислота (ОК). БСК используется в виде водного раствора плотностью (1200÷1250) кг/м³ в качестве катализатора для отверждения смол ОФ-1, ФФ-1Ф и др. ОК в виде водного раствора плотностью (1200÷1550) кг/м³ используется в качестве катализатора для отверждения смол КФ-90, УКС-Л и других смол карбамидофуранового класса. Состав и свойства пластичных песчано-смоляных ХТС, пред­назначенных для изготовления стержней, приведены в табл. 8.10.

Одной из разновидностей теплового метода упрочнения стержней, изготовленных из песчано-смоляных смесей, является их выдержка в нагретом до определенной температуры стержневом ящике. Этот метод называют процессом изготовления стержней в горячих ящиках. В зависимости от класса применяемых смол, температура нагрева ящика составляет от 220 до 280°С, а выдержка в нем стержня продолжается в течение 40–70 с. В горячих ящиках изготавливают в основном мелкие стержни сложной конфигурации в условиях массового производства.

Для изготовления смесей, упрочняемых в горячих ящиках, применяют следующие марки синтетических смол: смесь фенолоспирта с карбамидом, ФФ-1С, КФ-90 и некоторые другие.

Для ускорения процесса отверждения песчано-смоляных смесей в горячих ящиках используют водный раствор соляной кислоты, а также катализаторы ЛСФ, АМ и др. Катализатор ЛСФ представляет собой концентрат сульфитно-спиртовой барды, подкисленной ортофосфорной кислотой; применяется при использовании смолы КФ-90.

Состав и свойства пластичных песчано-смоляных смесей, предназначенных для изготовления стержней в горячих ящиках, приведены в табл. 8.11.

Таблица 8.10

Состав и свойства пластичных песчано-смоляных
самотвердеющих смесей для изготовления стержней

Таблица 8.11

Состав и свойства пластичных песчано-смоляных смесей,
предназначенных для изготовления стержней в горячих ящиках

Жидкие смеси применяют для изготовления стержней, твердение которых осуществляется как за счет тепловой обработки, так и за счет введения катализатора. В качестве добавки, способствующей переводу смеси в жидкое состояние, применяют сульфонол НП-1. Состав и свойства жидкой песчано-смоляной смеси для изготовления стержней в горячих ящиках при чугунном литье приведены в
табл. 8.12.

При изготовлении жидких самотвердеющих смесей применяют синтетические смолы марок КФ-35, КФ-90 и МСФ-1.

В качестве пенообразователя в смесь вводят сульфонол НП-1, а в качестве катализатора – 70%-й раствор бензосульфокислоты (БСК).

Состав и свойства жидких песчано-смоляных самотвердеющих смесей для изготовления стержней приведены в табл. 8.13.

Таблица 8.12

Состав и свойства жидких песчано-смоляных и песчано-сульфитных смесей,
упрочняемых в горячих ящиках, для изготовления стержней при чугунном литье

Таблица 8.13

Состав и свойства жидких песчано-смоляных самотвердеющих смесей
для изготовления стержней при стальном, чугунном и цветном литье

8.4. Песчано-сульфитные смеси

Данный тип смесей характеризуется тем, что в качестве связующего материала в них используют сульфитно-дрожжевую бражку СДБ в количестве 2–5%.

Основу СДБ составляют лигносульфонаты, и процесс твердения связывают с их поликонденсацией. Твердение данного типа смесей осуществляется за счет тепловой обработки или за счет введения добавок химических реагентов (окислителей), вызывающих поликонденсацию лигносульфонатов и самотвердение. При тепловой обработке процессу поликонденсации лигносульфонатов предшествует процесс возгонки растворителя (воды), содержащегося в связующем материале, который сопровождается резким сокращением объема связующего и возникновением в пленках на зернах песка микротрещин, вызывающих снижение прочности смеси. С целью предупреждения процесса образования микротрещин используют два способа. Первый способ основан на введении в смесь добавки пластификатора, который создает условия для устранения напряжений, вызывающих образование микротрещин. В качестве пластификатора используют техническую мочевину в количестве 12% от содержания связующего материала в смеси. Второй способ основан на введении в смесь мелкозернистых добавок, создающих каркас в пленках связующего, который разобщает их на мелкие зоны; при этом процессы, связанные с возгонкой растворителя в пленках связующего, протекают без значительных концентраций внутренних напряжений. В качестве такой добавки используют пылевидный кварц в соотношении к связующему материалу 1:1. При самотвердении смеси возгонки растворителя не происходит. В этом случае содержащаяся влага в связующем материале лишь локализуется (защемляется) пространственно-сетчатой структурой макромолекул лигносульфонатов. В качестве добавок, вызывающих самотвердение песчано-сульфитных смесей, используют хромовый ангидрид Сr₂O₃, бихроматы натрия и калия и персульфат аммония в количестве от 0,2 до 0,7% от массы смеси.

По сравнению с песчано-смоляными данный тип смесей экономичнее, так как в состав его входит недорогой и недефицитный связующий материал, а также менее токсичная упрочняющая добавка. Применяют пластичные и жидкие песчано-сульфитные смеси.

Пластичные смеси используются для изготовления мелких стержней, упрочняемых в горячих ящиках в условиях крупносерийного и массового производства, а также для изготовления самотвердеющих литейных форм и стержней взамен песчано-глинистых и песчано-жидкостекольных смесей при чугунном и стальном литье.

При изготовлении смесей, предназначенных для получения стерж­ней в горячих ящиках, помимо указанных выше добавок, в состав смеси вводят строительный гипс или мылонафт, которые повышают прочность стержней при извлечении из ящика, а также добавку поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ), снижающей гигроскопичность стержней.

Продолжительность твердения стержней в ящиках, нагретых до 230–280°С (толщина стенок изготовляемых стержней не должна превышать 30–40 мм), составляет 1,0–2,0 мин. Состав и свойства пластичных песчано-сульфитных смесей для изготовления стержней в горячих ящиках для чугунных и стальных отливок приведены в табл. 8.14.

При изготовлении самотвердеющих смесей в их состав в качестве отвердителя вводят добавку хромового ангидрида в виде водного раствора плотностью 1,3·10³ кг/м³, а также синтетических жирных кислот (СЖК), предотвращающих пенообразование в процессе приготовления смесей. Самотвердеющая смесь с добавкой СЖК относится к легкоуплотняемому виду, поэтому изготовление форм и стержней может быть осуществлено на вибростолах. Состав и свойства пластичной песчано-сульфитной самотвердеющей смеси для изготовления форм и стержней для чугунных и стальных отливок приведены в табл. 8.15.

Таблица 8.14

Состав и свойства пластичных песчано-сульфитных смесей,
упрочняемых в горячих ящиках для изготовления стержней при стальном и чугунном литье

Примечание. * 10%-й водный раствор.

Таблица 8.15

Состав и свойства пластичных песчано-сульфитных
и жидких песчано-цементных самотвердеющих смесей
для изготовления форм и стержней при чугунном и стальном литье

Жидкие песчано-сульфитные смеси применяют для изготовления форм и стержней. Упрочняют их как за счет тепловой обработки, так и за счет введения в смесь химических реагентов, вызывающих самотвердение. При изготовлении смесей, предназначенных для получения стержней в горячих ящиках, в качестве добавки, способствующей переводу смеси в жидкое состояние, используют сульфонол НП-1, а для повышения прочности стержня при его извлечении из ящика – фенолоспирт. Продолжительность упрочнения стержней в ящике, нагретом до 300°С, составляет 1,0–1,5 мин. Состав и свойства жидкой песчано-сульфитной смеси для изготовления стержней в

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?