Материалы для формовки

Для герметизации литейных форм целесообразно применять этиленвинилацетатную пленку (сэвилен) толщиной 0, 075—0, 1 мм.

Наилучшее качество стальных отливок обеспечивается при использовании кварцевого песка марок 1К016 А и Б и 1К01 А и Б. Для чугунного и цветного литья рекомендуются пески 1К01 А и Б и 1К0063 А и Б. Массовая доля пылевидной фракции в кварцевом песке не должна превышать 5%, а содержание влаги не должно быть более 0, 1 %.

При вакуумно-пленочном литье одной из важных характеристик, определяющих качество отливки, является плотность формы, которая зависит от частоты, амплитуды и времени вибрации песка при его уплотнении (рис. 6.2).

Газопроницаемость формы связана с зернистостью песка, она понижается по мере его уплотнения (рис. 6.3). Газопроницаемость уплотненной формы примерно в два раза ниже, чем неуплотненной.

Пригар при вакуумно-пленочной формовке предотвращают, нанося на форму быстросохнущие краски. В составы красок входят цирконо-вый или дистенсиллиманитовый концентрат (для отливок из стали и медных сплавов) либо пылевидный кварц или тальк (для чугунных и алюминиевых отливок).

В качестве связующего для всех видов отливок применяют поливинилбутараль, поливинилацетатную дисперсию, а в качестве растворителя — гидролизный этиловый спирт.

Если форму не окрашивать, то на стальных отливках может появляться пригар, толщина слоя которого зависит от размеров зерна огнеупорного песка и плотности формы. На рис. 6.4 представлены зависимости толщины пригара, образующегося при литье стальных пластин, от размеров зерна (а), толщины слоя краски (б) и плотности формы (в). Формы изготавливались из кварцевого песка с размером зерна 0, 2 мм, уплотнение формы продолжалось три секунды при частоте вибрации 40 Гц и амплитуде 1 мм.

Рассмотрим, как влияют на охлаждение отливки размеры зерен формовочного песка (рис. 34). С уменьшением размеров зерен возрастает число точек соприкосновения в перпендикулярном относительно теплового потока направлении. На основании этого можно предположить, что мелкий песок должен обеспечить более быстрое охлаждение отливки. С другой стороны, при использовании более мелкого песка больше число разрывов между зернами на пути теплового потока в направлении его распространения. Видимо, второй фактор превалирует над первым, так как при использовании мелкого песка теплопередача в форме замедляется.

В целом механизм охлаждения отливки при вакуумной формовке можно представить следующим образом. Непосредственно после заливки металла в вакуумируемую форму скорость охлаждения отливки сравнительно высока, так как залитый металл под действием вакуума плотно прилегает к рабочей поверхности формы и отсутствует газовая прослойка между металлом и формой, образующаяся при литье в сырую форму. Однако после достаточного прогревания формы и повышения температуры формовочного материала скорость охлаждения отливки снижается. При формовке по-сырому газовая пленка, образующаяся при испарении воды, предотвращает непосредственный контакт жидкого металла с формой, и поверхность отливки в начальный момент охлаждается медленнее, чем при вакуумной формовке. Но и после того, как температура материала формы повышается достаточно высоко, скорость охлаждения отливок не уменьшается из-за продолжения контакта металла с испаряющейся водой.

Скорость теплоотвода через форму при использовании вакуумного метода формовки снижается при уменьшении размеров зерен песка в формовочной смеси, увеличении степени разрежения, возрастает при наличии в песке связующего и очень мало зависит от влажности наполнителя.

Результаты исследований показали, что различные типы материалов формы, используемые при вакуумной формовке, можно расположить в следующем порядке (по возрастанию способности к отводу теплоты): кварцевый песок, карбид кремния (с остроугольными зернами), цирконовый песок, смесь стальной дроби и кварцевого песка, стальная дробь.

По способности к отводу теплоты цирконовый песок незначительно превосходит карбид кремния. Полученные результаты проверены изготовлением цилиндрических экспериментальных отливок из алюминия; длительность затвердевания отливок рассчитывали (с использованием результатов лабораторных исследований) и замеряли экспериментально. Результаты замеров хорошо согласуются с расчетными данными [8].

С температурными условиями процесса литья связано формирование структуры, а следовательно, и механических свойств отливок. Фактор замедленного охлаждения влияет на свойства отливок неоднозначно. С одной стороны замедленное охлаждение позволяет заполнять форму более спокойно, что очень важно при вакуумной формовке. Склонность тонкостенных отливок из чугуна к отбеливанию при вакуумной формовке больше, чем при использовании сырых песчаных форм; для относительно толстостенных отливок выявлена противоположная закономерность (табл. 11).

Эти данные можно увязать с рассмотренными особенностями охлаждения отливки при вакуумной формовке. Ускоренное охлаждение отливки сразу после заливки металла определяется присутствием пленки. При одинаковой толщине пленки с уменьшением стенки отливки возрастает скорость охлаждения. В связи с этим при литье тонкостенных деталей эффект ускорения охлаждения накладывается не только на стадию отвода теплоты перегрева, но и на стадию кристаллизации отливки. Для более массивных отливок охлаждение резко замедляется на стадии отвода теплоты перегрева, и кристаллизация протекает в условиях относительно замедленного охлаждения. При этом замедленное охлаждение отливки увеличивает цикл технологического процесса.

Жидкотекучесть металлических расплавов в вакуумируемой форме значительно выше, чем в обычной песчано-глинистой. Частично это также обусловлено меньшей теплопроводностью вакуумируемой формы. При отливке спиральных проб выяснилось, что их длина при получении в форме, покрытой печенкой, на 20 % превышает длину проб, отлитых в форме без пленочного покрытия (табл. 12).

Литниковую систему не следует выполнять меньших размеров, чем обычных способах литья, так как необходимость быстрой заливки литейных форм требует увеличения сечения элементов литниковых систем по сравнению с обычными способами и повышает расход металла на литники.

Указанных недостатков лишены способы вакуумной формовки, в которых в рабочей полости формы в качестве герметизирующего средства вместо пленки используют слой огнеупорного материала. Это позволяет расширить область применения данного технологического процесса для изготовления массивных отливок сложной конфигурации. Одним из таких способов является способ вакуумной формовки, по которому при изготовлении полуформы вместо синтетической пленки на модель наносят равномерный слой (толщиной около 20 мм) формовочного материала, содержащего связующее.