Формовочные и стержневые смеси

Для изготовления разовых литейных форм используется формовочная смесь (ФС). ФС должна быть достаточно прочной, для того чтобы противостоять силам, возникающим при заполнении полости формы расплавленным металлом, и легко разрушаться при извлечении готовой отливки.

Основной составной частью ФС является кварцевый песок (80…85%), к которому в качестве связующего вещества добавляется глина (10… 15%). Кроме того, ФС содержит определенный объем воды (4,5…5,5%) и небольшое количество добавок для придания смесям нужных свойств. Процентное соотношение и качество составляющих в смеси зависят от ее назначения, способа формовки, рода металла, используемого для изготовления отливки, веса, конфигурации и назначения отливки. В связи с этим ФС можно классифицировать по следующим признакам: по способу применения, по роду заливаемого металла, по состоянию формовочного материала в форме.

По способу применения ФС делятся на: облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесь используется для изготовления слоя формы, прилегающего к модели. Она непосредственно соприкасается с металлом, поэтому готовится из свежих исходных материалов, имеет высокие физико-механические свойства и наносится на модель слоем 20…30 мм. Наполнительная смесь служит для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Она состоит главным образом из уже использованной, отработанной (горелой) смеси, которую подвергают очистке с добавлением в нее небольшого количества исходных формовочных материалов. Облицовочные смеси по сравнению с наполнительными имеют более высокое качество, но они и более дорогие. Единая смесь применяется при машинной формовке. Она состоит из очищенной отработанной смеси, в которую добавлены свежие формовочные материалы (7… 15%) и немного воды. Единые смеси имеют промежуточные состав и свойства между облицовочной и наполнительной смесями.

По роду заливаемого металла ФС делятся на смеси для чугунного, стального и цветного литья, которые отличаются составом и количеством дополнительных материалов, входящих в смесь. Особые требования предъявляются к ФС для стального литья, так как жидкая сталь имеет более высокую температуру плавления, чем другие металлы.

По состоянию формовочного материала в форме ФС делятся на смеси для сырых и сухих форм. Сырые формы перед заливкой в нес металла нс подвергаются сушке, сухие перед заполнением ее металлом просушивают. ФС для сырых форм дешевле, они хорошо формуются, но имеют невысокую прочность, поэтому используются в массовом производстве для мелкого и среднего литья. Сухие формы имеют более высокую прочность. Они применяются при производстве стальных отливок и крупных чугунных отливок.

Формовочные смеси должны обладать определенными свойствами: пластичностью, прочностью, газопроницаемостью, огнеупорностью, податливостью, долговечностью и быть дешевыми и недефицитными.

Пластичность — свойство ФС деформироваться без разрушения и точно воспроизводить отпечаток модели. Пластичность смеси повышается с увеличением в ней (до определенного предела) доли связующих материалов и воды. Прочность — способность материала формы не разрушаться при транспортировании и заполнении формы жидким металлом. Прочность ФС возрастает с увеличением содержания глины и других связующих веществ и с уменьшением размеров частиц песка. Газопроницаемость — способность смеси пропускать через себя газы за счет пористости материала. Она тем выше, чем больше песка в ФС и чем он крупнее, а также чем меньше содержание глины в смеси. Огнеупорность — способность формовочного материала выдерживать высокую температуру заливаемого в форму металла, сохраняя целостность формы. Чем крупнее песок и чем больше в нем кремнезема, тем более огнеупорна смесь. Теплопроводность — способность смеси отводить тепло от залитого в форму металла. Теплопроводность влияет на скорость охлаждения металла, а следовательно, на его структуру. Податливость — способность формы или стержня сжиматься при усадке металла. Податливость улучшается при увеличении крупности песка и уменьшении содержания глины. Долговечность — свойство формовочного материала сохранять свои качества при повторном применении его для изготовления форм. Противопригарность — способность ФС вступать в химическое или механическое взаимодействие с металлом, залитым в форму, образуя пригар на поверхности отливки.

Стержневые смеси (СС) должны обладать не только всеми указанными выше свойствами ФС, но и иметь более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, негигроскопичность и легкую выбиваемость из отливки после ее затвердевания, так как стержни работают в более тяжелых условиях, чем сама форма, поскольку со всех сторон, кроме знаков, окружены расплавленным металлом.

Стержневые смеси состоят из кварцевого песка и связующих материалов (синтетические смолы, естественные смолы, поливиниловый спирт, продукты переработки крахмала и другие добавки).

Технологический процесс приготовления ФС и СС осуществляется автоматически и заключается в подготовке (сушке, размалывании и просеве) исходных материалов, отделении неметаллических включений, перемешивании их, разрыхлении и подачи готовой смеси к формовочным машинам.