Выбор состава формовочных, стержневых смесей и вспомогательных материалов

Материалы, которые используются для изготовления литейных форм, называются формовочными. В свою очередь они разделяются на исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, вспомогательные формовочные составы.

Исходные формовочные материалы делятся на две группы:

1) Основные – огнеупорная основа смеси (кварцевый или циркониевый песок, хромит, хромомагнезит и т.п.), связующее (глины, смолы и др.).

2) Вспомогательные, например, различные добавки (уголь, древесная мука, крахмалит и т.д.), придающие формовочной или стержневой смеси определенные свойства.

Формовочные и стержневые смеси приготавливают путём перемешивания исходных формовочных материалов и отработанных смесей (бывших в употреблении). Составы для изготовления форм и стержней зависят от способа формовки, материала отливок, их массы и конфигурации.

К вспомогательным формовочным составам относятся материалы, необходимые для отделки и исправления форм и стержней: клеи, замазки, краски, покрытия и т.п.

Для получения качественных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать определенными свойствами: прочностью, огнеупорностью, пластичностью, выбиваемостью и т.д. Для выбора состава смесей необходимо пользоваться справочной литературой [1-7, 12]. Выбранные составы смесей и их свойства удобней представлять в виде таблиц.

Пример типовой формовочной смеси при изготовлении мелких и средних чугунных отливок для машинной формовки встряхиванием с подпрессовкой приведён в таблице 23.

Таблица 23 – Типовая формовочная смесь для чугунных отливок

Состав формовочной смеси (массовые доли), %	Свойства смеси
Оборотная смесь	Кварцевый песок	Бентонитовая глина	Молотый уголь	Прочность при сжатии, Н/мм²	Влагосодержание, %	Газопрони-цаемость, ед.
93…94	5,0…6,0	0,5…1,0	0,5…1,0	0,05..0,07	3,5…4,5

Стержни при заливке по сравнению с рабочей поверхностью формы испытывают значительно бóльшие термические и механические воздействия, поскольку они окружены расплавом со всех сторон. По этой причине к стержневым смесям предъявляются более жёсткие требования по их свойствам. Так для стержней средней сложности предел прочности при разрыве должен находиться в пределах от 500 до 1000 кПа, а газопроницаемость – от 90 до 120 ед.

Указанные требования к свойствам стержней выполняют выбором соответствующего состава стержневой смеси и технологии их изготовления.

Наибольшее распространение в крупносерийном и массовом производствах получили прогрессивные технологии по нагреваемой (Hot-box-процесс) и по холодной (Cold-box-процесс) оснасткам. В этих технологиях отверждение стержней происходит непосредственно в оснастке (стержневых ящиках), что обеспечивает существенное повышение точности как стержней, так и, соответственно, точности отливок. Первая технология базируется на свойствах термореактивных смол и песчано-смоляных смесей на их основе быстро (0,5-3 минуты) и необратимо отверждаться при контакте с нагретой до 150-250 ºС металлической модельной оснасткой, вторая основана на использовании в качестве связующих реакционноспособных синтетических смол и пластичных песчано-смоляных смесей с жидким стеклом, способных отверждаться при комнатной температуре в присутствии катализаторов или химических реагентов в течение 3-45 минут.

Так один из примеров составов песчано-смоляных смесей, отверждаемых в нагреваемой оснастке, приведен в таблице 24, а другой состав самотвердеющих смесей – в таблице 25.

Таблица 24 – Состав стержневой смеси, отверждаемой в нагреваемой оснастке

Массовая доля, %	Предел прочности на растяжение после выдержки, кПа
Связующее КД – 90	Катализатор АСФ/А	Оксид железа	Графит серебристый	Стерат кальция
2,2…2,7	0,7	0,7	0,1	0,1
П р и м е ч а н и я 1 Огнеупорная основа смеси – кварцевый песок (100 %). 2 Катализатор АСФ/А – смесь сульфитно-спиртовой барды и ортофосфорной кислоты. 3 Основа связующего КД- 90 – термореактивная карбамидофурановая смола.

Таблица 25 – Состав стержневой холоднотвердеющей смеси

Массовая доля, %	Cвойства смеси	Продолжительность твердения в оснастке, мин
Предел прочности на растяжение, кПа, после выдержки, ч
Связующее: БС – 40	Катализатор: ортофосфорная кислота

	1,8	294…392	400…588	685…785	980…1270	6 …7
П р и м е ч а н и я 1 Огнеупорная основа смеси – кварцевый песок (100 %). 2 Основа связующего марки БС–40 – карбамидофурановая смола.

В состав смеси входят добавки – оксид железа и серебристый графит, повышающие теплопроводность и теплоёмкость, что ускоряет прогрев стержня и его твердение. Добавка стерата кальция улучшает заполняемость внутренней полости оснастки стержневой смесью. Использование холоднотвердеющих смесей позволяет использовать неметаллические стержневые ящики с пластмассовыми вставками, что значительно снижает затраты на их изготовление.

Созданное множество машин, как отечественного, так и зарубежного производств, позволяет изготавливать стержни в нагреваемых и холодных оснастках, без продувки и с продувкой воздухом нормальной температуры (20 ºС ) и подогретым, с продувкой газовым катализатором, углекислым газом, в нагреваемой оснастке из сухих термореактивных смесей. На машинах обеспечивается максимальная автоматизация технологических операций.