Лабораторная работа 3 Приготовление специальных покрытий для форм и стержней, определение их свойств.

Цель работы: Ознакомиться с методами определения свойств противопригарных покрытий.

Краткие теоретические сведения

Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из огнеупорного пылевидного материала, связующих и стабилизирующих добавок. Покрытия могут быть водными, выпускаемыми в виде водорастворимых паст и порошков, и быстросохнущими. Качество покрытия определяется совокупностью общих, рабочих и технологических свойств.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА. Плотность характеризует степень разбавления суспензии. При увеличении плотности повышается вязкость и седиментационная устойчивость, увеличивается толщина слоя покрытия, ухудшается кроющая способность. Плотность суспензии зависит от плотности наполнителя и жидкой фазы в их соотношении в составе покрытия. Плотность определяется по ГОСТ 10772-78.

Вязкость возрастает с увеличением плотности покрытия и дисперсности наполнителя. Для снижения вязкости используют добавки показателей вязкости. Условная вязкость покрытия определяется вискозиметром ВЗ-4 (по ГОСТ 8420-74). Седиментационная устойчивость характеризует скорость расслоения твердых и жидких составляющих покрытия. Она зависит от размера, формы зерна и плотности наполнителя, плотности жидкой фазы и физико-химических процессов, протекающих на границе раздела фаз. Повышать седиментационную устойчивость можно путем ввода стабилизаторов. Определяется седиментация по ГОСТ 10772-78.

Технологические свойства. Кроющая способность определяет равномерность распределения покрытия на окрашиваемой поверхности, толщину образующегося слоя и глубину пропитки формы. Кроющая способность зависит от степени смачиваемости материала формы жидкой фазой покрытия: с увеличением смачиваемости улучшается кроющая способность. Глубина пропитки находится в прямой зависимости от пористости формы.

Прочность на истирание, кг/м, определяется по ГОСТ 10772-78 и характеризует стойкость отвержденного слоя против эрозионного воздействия при сборке и транспортировке форм.

РАБОЧИЕ СВОЙСТВА. Газотворность, м³/кг, характеризует способность отвержденного покрытия к газовыделению привысокой температуре. Она зависит от содержания летучих веществ в компонентах покрытия. Высокаягазотворность вызывает появление газовых раковин в отливках.

Склонность к пригару зависит от химического состава покрытия и формовочной смеси, а также от условий заливки.

Определение влажности паст и порошков. Влажность находят по ГОСТ 10772-78 "Покрытия литейные противопри­гарные водные". Навеску пробы покрытия (10±0,01)∙10^-3 кг помещают в бюкс, предварительно взвешенный с точностью до ±0,01∙10^-3 кг, и высушивают в сушильном шкафу при температуре 105-110 °С до постоянной массы, не превышающей ±0,01∙10^-3 кг. Перед каждым взвешиванием бюкс с покрытием охлаждают в эксикаторе до температуры 20 ± 3 °С. Влажность W, %, вычисляют по формуле (3.1):

(3.1)

где - масса бюкса с покрытием до сушки, кг; - масса бюкса с покрытием после сушки, кг; - навеска покрытия, кг.

Определение седиментационной устойчивости (ГОСТ10772-78). Для проведения этого анализа необходимо развести краску до определенной плотности. Разведение краски для испытаний осуществляют следующим образом: около 0,5 кг краски (пасты) разводят водой до заданной плотности. В краскомешалку (рисунок 3.1) сначала загружают воду, а затем пасту. Пасту вводят отдельными порциями с последующим перемешиванием. По окончании загрузки краску перемешивают в течение 1/3 часа. Однородность раз­веденного краски контролируют визуально по внешнему виду слоя краски, нанесенного на стеклянную пластинку, установленную под углом 45 °. При наличии в слое включе­ний неразведенной краски перемешивание продолжают до получения однородной массы. Приготовленную краску наливают в мерный цилиндр (ГОСТ1770-74) до отметки 250∙ 10^-6 м³ и выдержи­вают в состоянии покоя в течение 3 ч, после чего замеряют верхний отстоянный слой.

Рисунок 3.1 – Общий вид краскомешалки

Седиментационную устойчивость С, %, вычисляют по формуле (3.2):

, (3.2)

где - общий объем столба краски в цилиндре, м³; - объем верхнего осветленного слоя краски в цилиндре, м³.

Определение плотности. Плотность красок находят с помощью набора денсиметров (ГОСТ 1300-74) или ареометра, предназначенных для измерения плотности жидкостей.

Определение условной вязкости. Условную вязкость наиболее часто измеряют вискозиметром ВЗ-4 (ГОСТ 10772-78), представляющим собой цилиндрический резервуар, переходящий внизу в конус с соплом диаметром 4∙10 ^-3 м. Вискозиметр при помощи винтов располагают так, чтобы его верхний край был в горизонтальном положении. Под сопло вискозиметра ставят сосуд емкостью 15∙10 ^-2 м. Отверстие сопла снизу закрывают пальцем, в вискозиметр наливают краску. Открыв отверстие, начинают отсчет по секундомеру истечения краски.

Определение прочности к истиранию. Испытания проводят на установке (рисунок 3.2), состоящей из вискозиметра марки ВЗ-4, подставки с матовым стеклом и упором для стеклянной пластины с покрытием и резервуара для формовочного песка. Стеклянные пластины длиной 120±1∙10^-3 м, шириной 60±1∙10^-3 м и толщиной 2-4∙10^-3 м, используемые при анализе, предварительно тщательно моют теплой водой, высушивают в сушильном шкафу при температуре 105-110 °С в течение 1/6 часа и охлаждают в эксикаторе до 20±3 °С. Микрометром замеряют толщину пластины не менее чем в трех точках с точностью до ±0,01∙10^-3 м и вычисляют среднее арифметическое толщины. Отмеряют 0,1∙10^-3 м³ краски и выливают на стеклянную пластину, установленную под углом 45 °. Излишки краски сливаются под пластину в поставленную чашу. Затем пластина переворачивается относительно оси перпендикулярнойк ее плоскости на 180°, и операцию повторяют, только выливают краску, собранную в чаше. После нанесения краски пластину устанавливают горизонтально (покрытием вверх) и помещают в таком положении в сушильный шкаф. В сушильном шкафу пластину выдерживают при температуре 150±5 °С в течение 1/3 часа, затем извлекают и охлаждают в эксикаторе до температуры 20±30 ⁰С.

Рисунок 3.2 – Общий вид установки для испытаний покрытий на прочность к истиранию

После охлаждение микрометром замеряют толщину пластины с покрытием не менее чем в трех точках с точностью до ±0,01∙10^-3 м и вычисляют среднее арифметическое значение определений. Пластину с покрытием помещают под выходным отверстием вискозиметра ВЗ-4 на матовое стекло покрытием вверх и закрепляют так, чтобы образец не сдвигался во время ис­пытаний. Через вискозиметр на пластину ссыпают формовочный песок до тех пор, пока по­крытие в месте удара песка не сотрется до стекла. Для анализа берут песок, оставшийся на сите № 0315. Истирание прекращают, когда диаметр разрушенного участка покрытия будет 1,5-2,0∙10^-3 м. Массу песка, пошедшего на истирание, взвешивают с точностью до ±0,01 кг. Проводят не менее трех истираний, при этом каждое ис­пытание на новом участке покрытия. Прочность покрытия к истиранию R, кг/м, вычисляют по формуле (3.3):

(3.3)

где - масса песка, пошедшего на истирание, кг; - среднее арифметическое значение толщины стеклянной пластины, м; - среднее арифметическое значение толщины стеклянной пластины с покрытием, м.

Оборудование, инструмент, материалы

Вискозиметр ВЗ-4 (ГОСТ 9070-75), эксикатор (ГОСТ 6371-73), мерный цилиндр (ГОСТ1770-74), ареометр ГОСТ (18481-81), вискозиметр ВЗ-4 (ГОСТ 9070-75), микрометр типа МКО-25 (ГОСТ 6507-78), технические весы ВЛТЭ-500, разновесы (ГОСТ 7328-61), сушильный шкаф СНОЛ-3,5.3,5/ЗМ, секундомер (СДСпр-1-2-000), стеклянные пластины 2-4∙10^-3 м, формовочный песок (ГОСТ 2138-91), установка для проведения испытаний на прочность к истиранию, лопастная краскомешалка с диаметром лопастей 7∙10^-2 м и скоростью вращения 900 с^-1 (рисунок 1), пылевидный кварц (ГОСТ 9077-82), жидкое стекло (ГОСТ 13078-81), отвердитель АЦЭГ.

Порядок проведения работы

1. Получить у преподавателя основные компоненты краски – связующее (жидкое стекло), наполнитель (пылевидный кварц), отвердитель (АЦЭГ) и приготовить покрытие. Развести краску в краскомешалке до указанной плотности (ρ=1,4 кг/м³).

2. Определить по ГОСТ 10772-78 – вязкость краски, седиментационную устойчивость, проч­ность к истиранию.

3. Результаты наблюдений и испытаний занести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Результаты определения свойств противопригарных красок.

Показатель	Номер покрытия
	1	2	3
Условная вязкость покрытия по вискозиметру ВЗ-4, с
Седиментационная устойчивость разведенного покрытия, %, не менее
Прочность слоя покрытия к истиранию, кг/мм, не менее

Содержание отчета

1. Результаты анализа краски.

2.Описание методов определения вязкости, седиментационной устойчивости, прочности.

3. Схемы приборов.

4. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Наполнители водных противопригарных красок?

2. Виды красок в зависимости от огнеупорного наполнителя?.

3. Группы красок, подразделяемые по физическому состоянию?

4. Классы красок по седиментационной устойчивости и прочности к истиранию?

5. Рекомендации по назначению литейных покрытий в зависимости от марки, полученной в результате испытаний?

Лабораторная работа 4

Технология изготовления отливок в разовых объемных формах.

Цель работы: изучение технологии изготовления отливок в разовых формах по разъемной и неразъемной моделям.

Краткие теоретические сведения

В литейном производстве роль основного инструмента для изготовления отливок выполняет литейная форма. Она представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка.

Набор элементов технологической оснастки, необходимый для образования при формовке рабочей полости литейной формы, соответствующей конфигурации и размерам отливки, называют модельным комплектом. В состав модельного комплекта входят модели, подмодельные и модельные плиты, модели элементов литниковой системы. По конструкции, обусловливаемой удобством формовки, модели бывают неразъемные и разъемные (рис. 4.1). Неразъемные модели применяют при получении отливок, преимущественно заформовываемых в одной половине формы. Разъемные модели широко используют при производстве отливок более сложной и разнообразной конфигурации, когда модель формуется в двух опоках.

а б

Рисунок 4.1 - Общий вид моделей: а – неразъемная модель; б – разъемная модель: 1 – шипы; 2 – верхняя половина модели; 3 – нижняя половина модели

Совокупность каналов и элементов литейной формы, служащих для подвода расплавленного металла в рабочую полость формы и обеспечения благоприятных условий ее заполнения, а также питания отливки при затвердевании называют литниковой системой(рис. 4.2). Наиболее часто литниковая система включает следующие элементы: литниковую чашу, или воронку, стояк, зумпф, шлакоуловитель, питатели, выпор.

1	2	3	4
5		6

Рисунок 4.2 - Модели элементов литниковой системы: 1 – стояк; 2 – шлакоуловитель; 3 – питатель; 4 – выпор; 5 – литниковая воронка; 6 – литниковая чаша

Опоки, штыри и подопочные плиты относят к опочной оснастке(рис. 4.3).

Рисунок 4.3 - Опочная оснастка: 1 – штыри; 2 – ручки; 3 – ребра;

4 – подопочная плита; 5 – ушки

Рисунок 4.4 - Общий вид стержневого ящика со стержнем: 1 – втулки;

2, 3 – половины стержневого ящика; 4 – штыри; 5 – стержень

Для формирования в отливках внутренних полостей и отверстий применяют стержни (рис. 4.4). Стержни изготавливают в разъемном стержневом ящике, состоящем из двух половин, которые соединяются по втулкам. При заливке стержни обычно со всех сторон окружены расплавом, поэтому они должны обладать высокой газопроницаемостью, прочностью, податливостью, выбиваемостью, что обеспечивается выбором соответствующей стержневой смеси и конструкции стержня.

Смеси, из которых изготавливается форма, называют формовочными, а смеси, предназначенные для изготовления стержней – стержневыми. Формовочные и стержневые смеси представляют собой предварительно подготовленные, взятые в определенной пропорции, равномерно перемешанные между собой исходные формовочные материалы (песок, глина, вода).

Для изготовления форм и стержней используют следующие основныеинструменты: ручную трамбовку (для уплотнения смеси в опоке); линейку (для срезания излишков смеси); гладилку (для заглаживания и отделки поверхности формы); ланцет (для отделки поверхности формы); грушу (для продувки внутренней полости формы).

Формовка по неразъемной модели. Технология изготовления отливки по неразъемной модели представлена на рис. 4.5 и состоит из операций, которые выполняются в определенной последовательности.

Операция 1. Модель 1 устанавливают на подмодельную плиту 2 (рис. 4.5, а).

Операция 2. Нижнюю опоку 3 устанавливают разъемом вниз так, чтобы расстояние между моделью и стенками опоки было одинаковым, предусматривая при этом место для расположения литниковой системы.

Операция 3. Модель посыпают припылом (например, тальком), чтобы обеспечить легкое извлечение ее после формовки.

Операция 4. Опоку заполняют формовочной смесью, разрыхленной и просеянной через сито (рис. 4.5, б, в).

Операция 5. Смесь уплотняют острым концом трамбовки 4 так, чтобы плотность смеси у стенок и в середине формы была равномерной (рис. 4.5, г).

Операция 6. Опоку наполняют смесью до тех пор, пока вся она не будет заполнена формовочной смесью. После этого уплотнение ведут плоским концом трамбовки 5 (рис. 4.5, д). Необходимо помнить, что очень плотная набивка уменьшает газопроницаемость формы и уменьшает ее податливость, что может привести к образованию трещин в отливке. Слабая набивка формы может вызвать ее разрушение при заливке металла.

Операция 7. Излишек смеси после уплотнения срезают линейкой 6 вровень с краями опоки (рис. 4.5, д).

Операция 8. Душником 7 в формовочной смеси накалывают вентиляционные каналы, не доходящие до модели на (10-15)^.10^-3 м (рис. 4.5, е).

Операция 9. Заформованную нижнюю опоку переворачивают на 180º (рис. 4.5, ж).

Операция 10. Поверхность разъема формы посыпают тонким слоем разделительного песка для предотвращения слипания нижней и верхней опоки (рис. 4.5, з).

Операция 11. По центрирующим штырям 8 устанавливают верхнюю опоку 9 и модели элементов литниковой системы (шлакоуловителя 10, стояка 11 и выпора 12).

Операция 12. Поверхность модели посыпают припылом.

Операция 13. Наносят слой формовочной смеси и повторяют стадии 5-7 (рис. 4.5, и).

Операция 14. Аккуратно расталкивают и извлекают модели элементов литниковой системы (литниковой чаши, стояка и выпора).

Операция 15. Снимают верхнюю полуформу 13, переворачивают ее на 180º и осматривают (рис. 4.5, к).

а

б

в

г

д

е

ж

з

и

к

л

м

н

о

Рисунок 4.5 - Последовательность выполнения технологических операций формовки в двух опоках по неразъемной модели: 1 – модель; 2 – подмодельная плита; 3 – опока; 4 – ручная трамбовка; 5 – плоский конец трамбовки (башмак); 6 – линейка; 7 – душник; 8 – центрирующие штыри; 9 – верхняя опока; 10 – шлакоуловитель, 11 – стояк, 12 – выпор; 13 – верхняя полуформа; 14 – крючок; 15 – нижняя полуформа; 16 – груз

Операция 16. Раскачивают и аккуратно извлекают модель из нижней полуформы с помощью крючка 14 с заостренным или винтовым концом (рис. 4.5, л).

Операция 17. Осматривают нижнюю полуформу 15, отделывают и продувают ее при помощи груши (рис. 4.5, м).

Операция 18. Полуформы собирают и крепят (рис. 4.5, н).

Операция 19. Собранную форму относят на участок заливки.

Операция 20. На поверхность формы устанавливают груз 16.

Операция 21. Форму заливают расплавом.

Отливка показана на рис. 4.5, о.

Формовка по разъемной модели. Изготовление литейной формы по разъемной модели в двух опоках начинается с изготовления нижней половины формы и производится в такой последовательности (рис. 4.6).

а	б
в	г
д	е
ж

Рисунок 4.6 - Технология изготовления отливки по разъемной модели

Операция 1. Нижнюю половину модели, не имеющую центрирующих шипов, и питатели укладывают плоскостью разъема вниз на подмодельную доску, посыпают припылом (например, тальком). Накрывают нижней опокой, чтобы размещенная в ней модель находились на достаточном расстоянии от стенок опоки (рис. 4.6, а).

Операция 2. Через сито просеивают песчано-глинистую смесь и заполняют ею опоку.

Операция 3. Смесь вокруг модели слегка обжимают руками и уплотняют острым концом трамбовки сначала у стенок, а затем в средней части опоки. Добавляют смесь и снова ее уплотняют до тех пор, пока опока не будет полной. Верхний слой смеси в опоке уплотняют плоским концом трамбовки.

Операция 4. Излишки формовочной смеси срезают линейкой заподлицо с верхней кромкой нижней опоки.

Операция 5. Иглой накалывают вентиляционные каналы (рис. 4.6, б).

Операция 6. Заформованную опоку переворачивают на 180º разъемом вверх.

Операция 7. На нижнюю половину опоки по штырям устанавливают верхнюю опоку.

Операция 8. По центрирующим шипам на нижнюю половину модели устанавливают верхнюю половину.

Операция 9. В соответствии с разработанной технологией на свободной площади поверхности разъема размещают модели элементов литниковой системы.

Операция 10. Поверхность модели и шлакоуловителя посыпают припылом, а поверхность разъема формы – разделительным сухим песком.

Операция 11. Просеивают формовочную смесь, обжимают ее руками вокруг модели, шлакоуловителя, стояка и выпора (рис. 4.6, в).

Операция 12. Засыпают верхнюю опоку с избытком смесью.

Операция 13. Уплотняют формовочную смесь трамбовкой сначала острым концом, затем плоским.

Операция 14. Излишек смеси срезают металлической линейкой заподлицо с верхней опокой.

Операция 15. Иглой накалывают вентиляционные каналы (рис. 4.6, г).

Операция 16. Удаляют из формы модель стояка (рис. 4.6, д).

Операция 17. При помощи ланцета прорезают литниковую воронку (рис.1.6, е), удаляют модель выпора.

Операция 19. Верхнюю опоку снимают, переворачивают на 180º и устанавливают на подмодельную плиту разъемом вверх (рис. 4.6, ж).

Операция 20. Из обеих полуформ извлекают половинки модели отливки (рис.1.6, е).

Операция 21. Обе половины формы внимательно осматривают.

Операция 22. Обе полуформы продувают при помощи груши.

Операция 23. В нижнююполуформу устанавливают заранее изготовленный в стержневом ящике стержень (рис. 4.6, ж).

Операция 24. Нижнюю половину формы накрывают верхней половиной. Для предотвращения смещения полуформ относительно друг друга их спаривают с помощью штырей.

Операция 25. Готовую форму заливают расплавом.

Оборудование, инструменты и материалы

Разъемная и неразъемная модели, модели элементов литниковой системы, подмодельная плита; опоки; песчано-глинистая смесь; вода; смеситель литейный чашечный модели 02113; сито для просеивания песчано-глинистой смеси с ячейкой (3-4)^.10^-3 м; тальк; разделительный сухой песок; формовочный инструмент по ГОСТ 11775-11801 (трамбовка, гладилка, ланцет, груша, крючок, игла), клещи; чушковый силумин; печь высокочастотная индукционная ЛПЗ-67 (или ТПЧ 120); хромель-алюмелевая термопара, подключенная к потенциометру КСП-4 (КСП-3); разливочный инструмент, меловая краска; халат; брезентовые рукавицы.

Порядок выполнения работы

1. Получить разъемную и неразъемную модели, модель стояка, опоки, формовочный инструмент.

2. Подготовить рабочее место.

3. Изготовить формы по неразъемной и разъемной моделям.

4. Залить формы расплавом (силумином) при температуре 720–750 ºС.

5. Охладить формы.

6. Отливки выбить из формы, очистить их поверхность от смеси.

7. Произвести осмотр полученных отливок и сделать выводы об их качестве.

Требования к отчету

Отчет должен содержать цель работы, краткие сведения о процессе изготовления формы по разъемной и неразъемной моделям с поясняющими схемами, краткое описание хода работы с указанием типа смеси и режимами ее приготовления, температуры и типа заливаемого сплава, эскизы полученных отливок, вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Что такое модельный комплект?

2. Какой формовочный инструмент используется при изготовлении отливок в разовых формах?

3. Что такое литниковая система?

4. Какие смеси называют формовочными?

5. Что собой представляют формовочные и стержневые смеси?

6. Какова последовательность изготовления отливок в разных формах по разъемной и неразъемной моделям?