3.2. Формовочные и стержневые смеси Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям

Смеси должны обладать: огнеупорностью  способностью, не размягчаясь, выдерживать высокие температуры заливаемого в форму жидкого металла, не спекаться, не оплавляться; пластичностью  способностью смеси воспринимать и сохранять конфигурацию модели или стержневого ящика (при изготовлении стержня); прочностью  способностью уплотненной смеси сохранять форму без разрушения при транспортировке готовой формы и заливке ее металлом; газопроницаемостью  способностью формовочной и особенно стержневой смеси пропускать выделяющиеся газы из охлаждающегося металла; податливостью  способностью смеси не препятствовать литейной усадке металла отливки. Охлаждение затвердевшего металла сопровождается уменьшением размеров отливки (линейная усадка), в результате чего металл прочно сжимает стержень и выступающие части формы. Это вызывает напряжения в отливке, а так как усадка происходит при высокой температуре, когда еще металл недостаточно прочен, то при плохой податливости смеси в отливке могут образоваться трещины; непригораемостью  способностью смеси не образовывать пригар песка на поверхности отливки, который затрудняет ее механическую обработку.

Кроме того, формовочные и стержневые смеси должны быть негигроскопичными, долговечными и дешевыми.

Состав формовочных и стержневых смесей

Формовочные смеси состоят из кварцевого песка и глины. Кварцевый песок играет роль основы, а глина  связующего материала. Глина улучшает огнеупорность, прочность и пластичность, но ухудшает газопроницаемость и податливость. Поэтому глину вводят не более 8…12 % по объему, остальное  кварцевый песок, который обеспечивает хорошую огнеупорность и газопроницаемость. Крупнозернистый песок обеспечивает высокую газопроницаемость, но дает шероховатую поверхность отливки и повышает пригар песка. Мелкий песок дает гладкую поверхность отливки, но снижает газопроницаемость смеси. При производстве крупных отливок, где требуется отвод большого количества выделяющихся газов, применяют крупнозернистый песок, а при получении мелкого литья, где шероховатость поверхности является главным требованием, используют мелкозернистый песок.

Пригар предупреждают вводом в смесь противопригарных добавок, таких как каменноугольная пыль, тальк, графит.

Стержни работают в наиболее тяжелых условиях, так как они окружены жидким металлом со всех сторон. Поэтому стержневая смесь должна обладать более высокой прочностью, газопроницаемостью и податливостью. Глина, как связующая добавка в стержневой смеси, применяется только для крупных стержней простой формы. Для тонких и сложных стержней в качестве связующей добавки используют оксоль, жидкое стекло, смолы, декстрин, патоку и др. Для повышения газопроницаемости и податливости в стержневую смесь вводят древесные опилки или торф (2…3 %), которые в процессе сушки стержня выгорают, образуя поры.

Виды формовочных смесей и их применение

Формовочные смеси делят на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочную смесь применяют при ручной формовке. Ее наносят на

модель слоем толщиной 15…20 мм. Приготавливают ее из свежих песка и глины с добавкой противопригарных материалов.

Наполнительную смесь насыпают поверх облицовочной, заполняя остальную полость литейной формы. Эту смесь приготавливают из оборотной, переработанной после выбивки опок смеси с добавкой 5…10 % свежих песка и глины.

Единые смеси применяют в массовом производстве при машинной формовке для набивки всего объема литейной формы. Приготавливают ее из оборотной смеси с добавкой до 50 % свежих песка и глины.

По состоянию формы перед заливкой металла различают:

сырые формы, которые изготавливают из большого количества оборотной смеси и применяют для неответственных отливок из чугуна, стали и цветных сплавов массой до 3000 кг;

подсушенные (полусухие) формы из облицовочной смеси, содержащей 2…4 % быстротвердеющих связующих крепителей, для получения ответственных отливок из чугуна и стали с поверхностями большой протяженности (станины, столы станков и др.);

сухие формы из смесей с повышенным содержанием глины и меньшим количеством оборотной смеси, т.е. более прочные и менее газопроницаемые и податливые. Чтобы облегчить выход газов и повысить податливость, в смеси для сухих форм вводят добавки, выгорающие при сушке (опилки, торф). Сухие формы применяют только для ответственных и крупных (более 1000 кг) отливок из различных сплавов;

химически твердеющие формы из смеси, содержащей жидкое стекло, которое быстро твердеет при пятиминутной продувке углекислым газом. Такие смеси повышают производительность при формовке в 3…5 раз, сокращают продолжительность сушки в 10…30 раз и экономят топливо, необходимое для сушки;

самотвердеющие формы и стержни изготавливают из жидких самотвердеющих смесей (ЖСС). Опоки и стержневые ящики заливают смесью с химическими реагентами, переводящими смесь в жидкотекучее состояние. ЖСС хорошо заполняет все извилины формы. Отпадает необходимость в уплотнении смеси. Стержни и формы из ЖСС затвердевают по всему объему при нормальной температуре за 30…40 мин. ЖСС дают возможность механизировать и автоматизировать формовку, повысить точность отливок; совместить смесеприготовительное, формовочное и стержневое отделение в одном; улучшить условия труда, избавив литейный цех от шума, пыли и вибраций.

Приготовление формовочных и стержневых смесей начинают с подготовки исходных материалов. Кварцевый песок сушат, просеивают и распределяют по бункерам над смесителями. Глину и каменный уголь дробят, сушат и затем тонко измельчают. Отработанную смесь регенерируют: спекшиеся куски дробят и пропускают через магнитный сепаратор для отделения металлических включений. После подготовки все исходные компоненты смешивают в нужных пропорциях в бегунах. Увлажненная формовочная смесь выдерживается в бункерах-отстойниках 3…4 ч для выравнивания влажности по всему объему.