Общие свойства формовочных смесей
Типы литейного производства
Всякое производство, в том числе и литейное, характеризуется трудоемкостью и номенклатурой выпускаемой продукции. Различают следующие типы литейного производства: единичное, серийное и массовое.
Единичное производство характеризуется выпуском в небольших количествах самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок может периодически повторяться.
Серийное производство характеризуется периодичным выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями.
Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов.
Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и в серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных
приспособлений.
Основы общей технологии производства
Наиболее широкое применение в машиностроительном производстве имеют сплавы Fe c C,т.е. конструкционная и инструментальная стали, серый и ковкий чугун, а также цветные сплавы.
Металлы отличаются характерным металлическим блеском, ковкостью, высокой теплопроводностью и электропроводностью, непрозрачностью. При нормальной комнатной температуре все металлы (кроме ртути) являются твердыми веществами. Примерно 2/3 всех элементов представляют металлы. В технике химически чистые металлы не используются. Это объясняется двумя причинами: во-первых, трудностью получения их в промышленном производстве и во-вторых, отсутствием в них технически полезных свойств. Значительно большее распространение получили так называемые металлические материалы.
Металлические материалы можно разделить на 2 группы:
Технически чистые металлы
Сплавы
Технически чистые металлы – металлы, в состав которых, помимо химически чистого элемента, в небольших количествах входят другие элементы.
Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами относят к группе черных металлов: сталь, чугун и ферросплавы. Из общего количества выплавляемых во всем мире металлов около 94% приходится на черные. Все остальные металлы и сплавы относят к группе цветных металлов. Их принято на легкие (плотность до 3г/3см) и тяжелые. Различаю также благородные и редкие металлы.
Сплавы – сложные материалы, получаемые путем сплавления одного металла с другими металлами.
Сплавами можно придать самые разнообразные свойства. Поэтому в технике они находят большое применение, чем технически чистые металлы.
В состав металлических сплавов могут входить также неметаллические вещества, например углерод, сера, фосфор, бор. Вещества, входящие в состав сплава принято называть компонентами.
Помимо основных компонентов, в каждом сплаве всегда имеются в небольших количествах посторонние химические вещества – металлические или неметаллические. Эти вещества в большинстве случаев нежелательны и называются примесями.
Литье в песчаные формы в настоящее время является универсальным и самым распространенными способом изготовления отливок. Этим способом изготовляют разнообразные по сложности отливок любых масс и размеров из сталей, чугунов и сплавов цветных металлов.
Сущность литья в песчаные формы заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в разовую разъемную и
и толстостенную литейную форму, изготовленную из формовочной смеси по многократно используемым модельным комплектам (деревянным или металлическим), с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме, извлечением ее из формы, с последующей отделкой.
Отличительными особенностями способа являются малые теплопроводность, теплоемкость и плотность песчаной формы, что позволяет получать отливки с малой толщиной стенки (2,5..5мм); невысокая интенсивность охлаждения расплава в форме приводит к снижению скорости затвердевания отливки, укрупнению структуры и к появлению в массивных узлах усадочных раковин и пористости; сравнительно низкая огнеупорность материала способствует развитию на поверхности контакта форма-отливка физико-химических процессов, которые могут приводить к появлению пригара в поверхности слое отливки.
Для изготовления отливок используют сырые, сухие и подсушенные песчаные формы; химически твердеющие формы, изготовленные из специальных самотвердеющих смесей; формы, изготовленные по газифицируемым моделям; формы, изготовленные из песчано-смоляных смесей по металлически нагреваемой оснастке и др.
Технологический процесс изготовления отливок состоит из ряда основных и вспомогательных операций, выполняемых в определенной последовательности. Для изготовления литейных форм используют модельный комплект, формовочные и стержневые смеси и другие материалы и оборудования.
Общие свойства формовочных смесей
Для получения качественных форм, стержней и годных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать технологическими свойствами, отвечающими определенным требованиям.
Для хорошего уплотнения формовочной смеси в опоке большое значение имеет пластичность смеси - способность деформироваться под действием приложенных внешних усилий или собственной массы, что обеспечивает получение отпечатка модели или заполнение полости стержневого ящика. Пластичность формовочной и стержневой смеси зависит от свойств составляющих смеси и применяемых связующих. Например, смесь с масляным связующим обладает большой пластичностью; песчано-глинистые смеси имеют небольшую пластичность.
Литейная форма должна обладать достаточной прочностью , чтобы при сборке, транспортировке и заливке металлом она не разрушалась. Поэтому и формовочная смесь должна обладать определенной прочностью - способностью сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность формовочной смеси зависит от зернистости песка, влажности, плотности и от содержания глины или связующих в смеси. С увеличением плотности, уменьшением размера зерен песка, увеличением глиносодержания прочность смеси возрастает.
Сыпучесть смеси влияет на зависание ее в бункерах, на заполнение и равномерность распределения смеси при засыпке в опоку, качество и длительность перемешивания смеси в смесителях. С сыпучестью связана комкуемость - способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому смесь должна иметь хорошую сыпучесть - минимальную комкуемость.
Большое значение имеет поверхностная прочность - сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию. Поверхностная прочность характеризуется осыпаемостью.
В процессе заливки и охлаждения отливки стенки формы нагреваются металлом до высоких температур, равных практически температуре металла, поэтому формовочные материалы должны обладать высокой огнеупорностью. Это одно из главных требований, предъявляемых к формовочным материалам.
Огнеупорность - способность смеси сопротивляться размягчению или расплавлению под действием высокой температуры жидкого металла - зависит от огнеупорности составляющих смеси и количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых смесей. Чем крупнее песок и чем меньше в нем примесей, пыли и больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь.
В процессе заливки формы металлом органические материалы, входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки) , сгорают и выделяют газы, влага испаряется и образует большое количество паров. Способность смеси выделять газы при заливке называется газотворностью. Она определяется количеством газов, выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воздух стремятся выйти из формы через поры формовочной смеси. Поэтому она должна иметь достаточную газопроницаемость.
Газопроницаемость - свойство смеси пропускать через себя газы – зависит от качества и количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, тем выше газопроницаемость смеси, и наоборот. Газопроницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности, наличия пыли, угля, степени уплотнения и т.п. Чем больше пыли в песке, тем меньше газопроницаемость. При быстром
газообразовании и недостаточной газопроницаемости смеси давление газа превышает давление залитого металла, и газ стремится выйти из формы не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут появиться и газовые раковины.
В процессе затвердевания и охлаждения размеры отливки уменьшаются вследствие усадки металла. Однако форма препятствует
усадке, в результате в отливке могут возникать напряжения и появляться
трещины. Поэтому формовочная смесь должно обладать податливостью - 
способностью сокращаться в объеме и перемещаться под действием усадки отливки.
Высокая прочность и газопроницаемость формовочной смеси обеспечиваются однородностью – равномерным распределением в формовочной смеси составляющих компонентов в результат тщательного перемешивания.
Формовочные и стержневые смеси должны обладать минимальной прилипаемостью к модели или стержневому ящику, что зависит от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прилипаемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая барда увеличивает прилипаемость смеси, масляные связующие уменьшают ее.
Гигроскопичность — способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха - зависит от свойств связующей добавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым раковинам.
Долговечность - способность смеси сохранять свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси.
Выбиваемость — способность стержневой смеси легко удаляться при выбивке ее из охлажденной отливки - зависит от количества песка, глины и вида связующего в стержневых смесях.
2. Основная часть