Формовочные и стержневые смеси. В литейном производстве наиболее распространено получение от­ливок в разовых формах, изготовленных из песчано-глинистых и дру­гих смесей

В литейном производстве наиболее распространено получение от­ливок в разовых формах, изготовленных из песчано-глинистых и дру­гих смесей. Разовая форма пригодна для получения только одной от­ливки. При выемке (выбивке) готовой детали форму разрушают.

Формовочные и стержневые смеси должны обладать определен­ными механическими, технологическими и теплофизическими свой­ствами, основными из которых являются: прочность, поверхностная прочность, пластичность, податливость, непригораемость, газопрони­цаемость и др.

Прочность - способность смеси обеспечивать сохранность формы (стержня) без разрушения при её изготовлении и использовании. Формы не должны разрушаться от толчков при сборке и транспорти­ровке, выдерживать давление заливаемого металла.

Поверхностная прочность (осыпаемость) - сопротивление исти­рающему воздействию струи металла. Если она недостаточна, то про­исходит отделение частиц формовочной смеси, которые попадают в отливку.

Пластичность - способность смеси воспринимать очертания мо­дели (стержневого ящика) и сохранять полученную форму.

Податливость - способность смеси сокращаться в объёме под действием усадки металла. При недостаточной податливости в отлив­ке возникают напряжения, которые могут привести к образованию трещин.

Непригораемость - способность смеси выдерживать высокую температуру заливаемого сплава без оплавления и химического с ним взаимодействия. Плёнки пригара ухудшают качество поверхности и затрудняют последующую обработку. При оплавлении смеси резко снижается её газопроницаемость.

Газопроницаемость - способность пропускать газы через стенки формы вследствие пористости. В расплавленном металле всегда со­держатся растворённые газы, выделяющиеся при его охлаждении и за­твердевании. Большое количество водяных паров и газов выделяется также из самих формовочных материалов при их нагревании. При не­достаточной газопроницаемости в теле отливки могут образоваться газовые пузыри - раковины.

Для приготовления формовочных и стержневых смесей использу­ют как природные, так и искусственные материалы.

Песок - основной исходный материал смесей. Наиболее часто применяют кварцевый песок, в основном состоящий из кремнезема, обладающего высокой прочностью, твёрдостью, огнеупорностью (t_пл =1713 °С). Мелкозернистые пески используют для мелкого литья, что обеспечивает получение гладкой поверхности отливок. Для круп­ных отливок применяют крупнозернистые пески, обеспечивающие бо­лее высокую газопроницаемость формовочной смеси.

Реже для формовочных смесей применяют цирконовый песок (t_пл = 2000 °С), хромит (хромистый железняк t_плl= 1850 °С) и некоторые другие материалы. Они превосходят кварцевый песок по термохими­ческой устойчивости, теплопроводности, но они более дорогие их ис­пользуют в особо ответственных случаях, например, для получения крупных стальных отливок с чистой поверхностью.

Глина - второй основной исходный материал в формовочных сме­сях. Она является связующим веществом, обеспечивающим их проч­ность и пластичность. На практике наиболее широко используют каолинитовые или бентонитовые глины. При наличии влаги на поверхно­сти глинистых частиц образуются гидратные оболочки из молекул во­ды, которые обеспечивают сцепление частиц и вместе с тем лёгкое скольжение между ними. Чем больше глина удерживает на поверхно­сти воды, тем выше её связующая способность, а также и пластич­ность формовочной смеси. При нагревании (сушке) по мере удаления влаги прочность смеси возрастает.

Кроме глины в качестве связующих веществ в формовочные, а особенно стержневые смеси, вводят жидкое стекло, синтетические смолы, декстрин, сульфитно-спиртовую барду и др. Их вводят в состав смеси в количестве 1...3%, но они значительно сокращают продолжи­тельность затвердевания.

Для улучшения свойств песчано-глинистых смесей в них вводят добавки. В качестве противопригарных материалов для стального литья используют пылевидный кварц (маршалит), хромистый железняк, для чугунного и цветного литья – каменноугольную пыль, мазут. С целью увеличения податливости и газопроницаемости литейных форм в сме­си добавляют древесные опилки.

По характеру использования формовочные смеси подразделяются на облицовочные, наполнительные и единые, а по состоянию литей­ной формы при её изготовлении и перед заливкой - на сырые и сухие.

Состав формовочной смеси выбирается в зависимости от литейно­го сплава с учётом его температуры плавления и усадки, а также мас­сы, размеров и конфигурации отливки.

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок формы и стержни покрывают тонким слоем противопригар­ных материалов. Для сырых форм применяют припылы.

В формах для чугунных отливок используют порошкообразную смесь оксида магния, древесного угля и бентонита, порошкообразный графит. В формах для стальных отливок применяют порошкообраз­ную смесь оксида магния и огнеупорной глины, пылевидный кварц, циркон и другие материалы. Для сухих форм применяют противопри­гарные краски, водные суспензии этих материалов с добавками свя­зующих.