Формовочные и стержневые смеси

Для изготовления форм и стержней используют специально приготовленные из формовочных материалов смеси. Они делятся на две группы: основные и вспомогательные. Основным исходным материалом является кварцевый песок, состоящий на 85–95% из кремнезема SiO₂, и служит как огнеупорная основа (t_пл = 1713 °С). В качестве связующей, обеспечивающей прочность и пластичность форм и стержней, применяют глину. В формовочные и стержневые смеси вводят вспомогательные добавки:

древесные опилки и муку, каменноугольную пыль, маршалит, торф, асбест и другое – для улучшения газопроницаемости и податливости;

мазут, графит, крахмалит, специальные краски, пасты, замазки – уменьшают опасность пригара;

бентонит (мелкодисперсная глина), жидкое стекло, цемент, смолы, льняное масло, олиф, патоку, конифоль, декстрин и другое – придают смеси пластичность и прочность.

Состав формовочных смесей выбирают в зависимости от литейного сплава с учетом его температуры плавление, усадки и других свойств, а также массы, размеров и конфигурации отливки.

Качество отливок непосредственно связано с использованием качественных формовочных смесей, выбором рационального состава и строгим соблюдением технологии их приготовления. Существует большое количество различных критериев оценки качества смесей, но основными считают пластичность, прочность, огнеупорность, газопроницаемость, противопригарность, податливость.

1. Пластичность – способность смеси обеспечить четкий отпечаток модели (при изготовлении формы) или стержневого ящика (при изготовлении стержня). Пластичность зависит от количества влаги, применяемых связующих и зернистости песка.

2. Прочность – способность уплотненной смеси сохранять форму без разрушения при сборке, транспортировке готовой формы и заливах ее металлом. Прочность смеси зависит от содержания влаги, количества и типа связующего вещества и степени уплотнения.

3. Огнеупорность – способность смеси, не размягчаясь, выдерживать высокие температуры заливаемого в форму жидкого металла. Чем меньше примесей в песке и глине, а также чем крупнее песок и больше кремнезема, тем больше огнеупорность.

4. Противопригарность – способность смеси не образовывать пригар песка на поверхности отливки, затрудняющий ее дальнейшую механическую обработку. От противопригарности зависит чистота поверхности отливки

5. Газопроницаемость – способность смеси пропускать через стенки формы и стержень газы, выделяющиеся из охлаждающегося металла. Недостаточная газопроницаемость может привести к образованию газовых раковин и пор в отливке. Газопроницаемость зависит от влажности смеси, размеров и однородности зерен песка, степени уплотнения, и содержания глины.

6. Податливость – способность смеси не препятствовать линейной усадке закристаллизовавшегося металла отливки. При плохой податливости смеси возникают напряжения, которые могут привести к образованию трещин.

Кроме того, формовочные и стержневые смеси должны обладать негигроскопичностью, минимальной прилипаемостью, выбиваемостью, долговечностью и дешевизной.

Стержневые смеси в отличие от формовочных работают в более тяжелых температурных условиях, они почти со всех сторон окружены жидким металлом. Поэтому к стержневым смесям предъявляются более жесткие требования, они должны обладать более высокой прочностью, газопроницаемостью и податливостью.

Формовочные смеси классифицируют:

1. По роду металла – чугунного, стального и цветного литья.

2. По состоянию формы перед заливкой – для сырых и сухих форм.

3. По характеру применения – облицовочные, наполнительные и единые.

4. По классу применяемого песка – естественные и синтетические.

Для стального литья формовочные смеси должны обладать большей противопригарностью, газопроницаемостью, прочностью и податливостью, чем для чугуна и других сплавов, их приготавляют из высокоогнеупорных материалов: чистого кварцевого песка, огнеупорной глины, хромистого железняка и др. При изготовлении отливок из медных сплавов применяют мелкозернистый песок с добавками мазута.

Все виды литья осуществляются формовкой всырую и всухую в зависимости от массы и конфигурации детали.

Сырые формы изготавливают из формовочных смесей, содержащих до 10–12% глины и 4–5% влаги, также используют большое количество оборотной (бывшей в употреблении) смеси. Применяют для мелких и средних отливок из чугуна, стали и цветных сплавов массой до 3 000 кг. Преимуществом формовки по-сырому является: хорошая пластичность и податливость смеси, легкая выбиваемость, меньшая стоимость при формовке.

Сухие формы при формовке содержат до 20% глины и 6–8% влаги, после формовки их подвергают тепловой сушке, что резко повышает их прочность. Применяют только для крупных (более 1000 кг) ответственных отливок из различных сплавов.

Облицовочные смеси используют при ручной формовке, ее наносят на модель слоем толщиной 15–20 мм, для образования внутренней поверхности формы, которая контактируется с жидким металлом. Она обладает лучшими свойствами, и приготавливают ее из свежих песка и глины с добавкой противопригарных материалов.

Наполнительную смесь насыпают поверх облицовочной, заполняя остальную часть литейной формы. Эта смесь менее качественная, ее приготавливают из оборотной, с добавкой 5–10% свежих песка и глины.

Единые смеси применяют в массовом производстве при машинной формовке для заполнения всего объема формы. Они, как и облицовочные, непосредственно соприкасаются с расплавленным металлом. Приготавливают ее из оборотной смеси с добавкой до 50% свежих песка и глины.

Природные пески содержащие такое количество глины, которое позволяет после увлажнения и перемешивания использовать их в качестве формовочной смеси, называются естественными.

Синтетические смеси – это смеси, в которые глину вводят в виде самостоятельной добавки или в виде высококачественной огнеупорной формовочной глины.