Пгс для автоматических формовочных линий

Формовочная смесь для автоматических линий (АФЛ) должна обладать комплексом свойств, обеспечивающих высокое качество отливок и заданную производительность линии. Для единых формовочных смесей, используемых на автоматических линиях, применяют пески марок 3К₃О₃02 и 3К₃О₃025 или 3К₃О₃03 (табл. 41).

 

 

Таблица 39

 

Составы и свойства песчано-глинистых формовочных смесей для цветного литья

 

Назначение смеси	Вид формы	Свойства смеси	Содержание компонентов в смеси, мас. %
Группа формовочного песка (по ГОСТ 2138-91)	Общее глиносодержание смеси, %	Газопроницаемость, усл.ед.	Влажность, %	Продел прочности образцов, ´10^5, Па	Оборотная смесь	Свежие материалы	Прочие добавки
сухих на разрыв	влажных на сжатие
Единая для отливок из медных сплавов	Влажная	01, 016	8–12		4,5–5,5	–	0,3–0,5	92,0–88,5	7–10	Мазут (1,0–1,5)
Облицовочная для отливок: из медных сплавов	80–40	18,5–59,0	Мазут (0,5–1,0)
Сухая		10–15	5,5–7,0	0,8–1,2	0,4–0,6	80–60	20–40	–
из алюминиевых сплавов		8–12		4,0–5,0	–	0,3–0,5
5,0–6,0	0,7–1,2	0,4–0,6	19,5–39,0	ЛСТ (0,5–1,0)
Формовочная для отливок из магниевых сплавов	Влажная	–	20–40	5,0–5,5	–	0,5–1,2	95–85	5–15	Фтористая присадка (5,0–9,0)
30–70	4,5–5,0	0,4–0,8	10–15	То же (4,0–8,0)
01, 016, 02	ЛСТ (1,0–3,0)

 

Таблица 40

Составы и свойства песчано-глинистых смесей для изготовления стержней при стальном, чугунном и цветном литье

 

Класс сложности стержня	Свойства смеси	Содержание компонентов в смеси, мас. %
Группа формовочного песка (по ГОСТ 2138-91)	Общее глиносодержание, %	Газопроницаемость, усл.ед., не менее	Влажность, %	Предел прочности образцов, ´10^5, Па	Оборотная смесь	Формовочные пески	Связующее	Добавка
влажных на сжатие	сухих на разрыв	Формовочная глина	ЛСТ	Древесные опилки
IV	02, 03	7,0–11,0		4,0–6,0	0,25–0,35	2,0–3,0	25–40	55–67	6,0–8,0	3,5	–
0,3–0,4	20–50	44–72
V	8,0–11,0	6,0–7,0	0,8–1,5	40–50	44–52	1,0-5,0
8,0–12,0	0,3–0,45	50–60	35–42

 

Таблица 41

Составы и свойства единых формовочных смесей для автоматических линий

 

Материал

Способ уплотнения^*

Свойства смесей

Содержание компонентов в смеси, мас. %

Газопроницаемость, усл.ед., не менее

Влажность, %

Предел прочности на сжатие, кПа

Формуемость, %

Уплотняемость, %

Текучесть, %

Оборотная смесь

Кварцевый песок

Бентонит

Уголь

Крахмальные добавки

ПАВ

Чугун

3,4–3,8

60–90

75–80

40–45

70–75

95,5–97,5

2–4

0,2–0,3

0,1–0,2

0–0,05

0,01–0,03

3,2–3,4

100–140

80–85

94,5–97,0

3–4

0,3–0,5

0,2–0,3

0,02–0,05

0,02–0,04

3,0–3,2

150–200

75–80

94,0–96,5

3–5

0,4–0,7

0,4–0,5

0,05–0,1

0,04–0,05

Сталь

3,3–3,7

70–90

75–80

40–45

70–75

94,5–95,5

0,3–0,4

–

0–0,02

0,03–0,05

3,2–3,5

100–140

80–85

94,0–96,5

4–5

0,4–0,6

0,02–0,05

0,03–0,07

3,0–3,2

150–200

75–80

93,2–95,5

4–6

0,5–0,7

0,04–0,1

0,05–0,07

 

^* 1 – при встряхивании с подпрессовкой; 2 и 3 – при прессовании под высоким давлением без уплотнения и с предварительным уп лотнением.

Влияние формы зерен песка и их размера, прежде всего, сказывается на газопроницаемости смеси. Мелкие пески и пески с округлой формой зерна имеют более низкую газопроницаемость, чем пески с крупным или угловатым зерном. Смеси, приготовленные с использованием песков рассредоточенного зернового состава, обладают меньшей газопроницаемостью, чем смеси на основе песка с однородным размером зерен. Не следует использовать горячий песок для изготовления смесей. При использовании песка с температурой 55 °С влажность поверхностных слоев формы снижается за 1 мин на 21,2 %, за 2 мин – на 44,7 %. Такая смесь имеет низкую поверхностную прочность и повышенную осыпаемость. Поэтому песок перед вводом в бегуны должен иметь температуру не выше 35 °С.

В составах формовочных смесей для автоматических линий предусматривается использование оборотных смесей, свойства которых могут изменяться в широких пределах. На свойства оборотных смесей немалое влияние оказывают стержни, изготовленные из холодно- и горячетвердеющих смесей, которые при выбивке из форм частично смешиваются с ними.

Летучие компоненты – продукты деструкции связующих, происходящей при температуре заливки, могут частично осаждаться в порах поверхностных слоев формы и покрывать зерна песка и бентонита. В этом случае связующая способность бентонита снижается, что особенно явно отражается на величине прочности при растяжении в переувлажненном слое («мокрой прочности»). Прочность на сжатие во влажном состоянии изменяется в меньшей степени. Это вызывает необходимость увеличения содержания бентонита в смеси.

При увеличении в оборотной смеси содержания стержневой смеси сверх 12 % снижается прочность при растяжении в переувлажненном слое и повышается потребность в бентоните. Дезактивирующее действие песчано-смоляных смесей невелико по сравнению с влиянием жидкостекольных, попадание которых в формовочную смесь в количестве более 15 % приводит к полной дезактивации системы.

В смесях для АФЛ рекомендуется использовать не каолиновую, а монтмориллонитовую глину (бентонит).

К преимуществам песчано-бентонитовых смесей относятся:

– повышение чистоты поверхности отливок за счет образования легкоплавкой силикатной корочки на поверхности формы;

– снижение содержания бентонита, необходимого для получения заданной прочности смесей, в 2–2,5 раза по сравнению с содержанием каолиновой глины, что приводит к увеличению газопроницаемости, огнеупорности и т.д.;

– легкая выбиваемость отливок из форм;

– повышение податливости форм, что способствует снижению возможности образования ужимин;

– повышение текучести смесей и, как следствие, снижение расхода энергии на их уплотнение.

При изготовлении отливок на автоматических линиях следует применять либо природный активированный натриевый бентонит, либо предварительно активированный кальциевый бентонит. Переактивированный бентонит, содержащий избыточное количество соды, нельзя использовать для приготовления смесей, поскольку при этом резко снижается термохимическая стойкость литейных форм, что ведет к образованию таких дефектов на отливках, как пригар.

В ряде случаев целесообразно применять натриевый бентонит в сочетании с необработанным или обработанным кальциевым бентонитом. При использовании обработанного кальциевого бентонита натриевый бентонит добавляется в несколько меньшем количестве. Такое комплексное связующее обеспечивает достаточно высокую прочность смесей по-сырому и по-сухому, а также хорошую стабильность свойств смесей после многочисленных оборотов. Количество ионов натрия в связующем поддерживается на определенном уровне (не ниже некоторой критической величины), что предотвращает падение прочности смеси в зоне конденсации влаги, обвал залитой формы и появление ужимин.

Совмещение активации содой и термообработки бентонита обеспечивает более высокие прочностные свойства, чем каждый из способов активации в отдельности. Получение термохимически активированных бентонитов не требует дополнительных технологических затрат, так как в процесс подготовки бентонита входит сушка. Сушка бентонита при 200 °С позволяет получать связующее высокого качества. По данным отечественной и зарубежной литературы, в автоматизированных литейных цехах бентонит целесообразно использовать в виде суспензии, что способствует лучшему перемешиванию и стабилизации свойств смеси. Суспензия кальциевого бентонита может иметь массовую концентрацию 150 кг/м³. Применение водно-бентонитовой суспензии или пасты вместо порошкового бентонита снижает на 15 % его расход за счет повышения активности при одинаковой прочности формовочных смесей. Для приготовления суспензии исходный бентонит измельчается и перетирается с водой до получения однородной массы. Введение в смесь шлама из обеспыливающих установок также снижает на 15 % расход бентонита, при этом расход свежих материалов составляет 0,3 т на 1 т литья.

Следует уделять особое внимание содержанию в оборотной смеси активного и неактивного бентонита, а также мелких фракций. Увеличение количества неактивного бентонита и мелких фракций выше допустимых пределов приводит к образованию пригара и других дефектов отливок. Причинами повышенного брака отливок могут служить и избыточное содержание активного бентонита, высокие потери при прокаливании, а также завышение влажности смеси. Содержание активного бентонита в формовочной смеси может быть изменено путем увеличения или уменьшения вводимого в смесь свежего бентонита.

Масса освежающих добавок (кварцевого песка, бентонита, каменноугольной пыли) зависит от многих факторов. К ним относятся: масса песка, поступившего в оборотную смесь при выбивке стержней, состав формовочной смеси и отношение массы смеси к массе металла (табл. 42).

 

Таблица 42

Рекомендуемые массы добавок на 1 000 кг формовочной смеси для чугунного

литья при различных соотношениях массы смеси и массы металла, кг

 

Соотношение массы смеси и массы металла	Глина (бентонит)	Каменноугольная пыль при давлении прессования	Свежий песок
низком	высоком
3/1		17,6	8,8
6/1	10,5	8,8	3,8
12/1	5,2	4,4	1,9
20/1	3,1	2,6	1,1	16,5

 

Для ковкого чугуна и чугуна с шаровидным графитом масса бентонита и свежего песка остается той же, а добавка каменного угля несколько ниже. Масса других углесодержащих добавок изменяется в соответствии с массой образующегося блестящего углерода. Свежий песок в оборотную смесь, как правило, добавляется на позиции выбивки, и его расход в среднем составляет около 150 кг на 1 т годного литья.

При хорошей регенерации используемых стержневых смесей (например, при использовании стержней, изготовленных по Cold-box-процессу) освежение оборотных смесей может в основном осуществляться за их счет. При этом зерновой состав формовочного и стержневого песков должен быть примерно одинаковым. Масса добавок свежего песка в этом случае может быть сравнительно небольшой.

При формовке под высоким давлением прессования в смесь приходится добавлять больше бентонита, чем при использовании низких давлений прессования, так как влажность смеси довольно низка, а требования к ее механическим свойствам весьма высоки. Содержание «активного» бентонита в смеси должно находиться в пределах 4–9 % для чугунного литья и 4–7 % – для стального (табл. 43–44).

В связи с этим целесообразно использовать высококачественный натриевый бентонит с тем, чтобы достигнуть требуемых величин прочности смеси при минимальном количестве связующего.

 

Жидкостекольные смеси

 

В смесях данного типа в качестве связующего применяется жидкое стекло в количестве 4–8 %.

Песчано-жидкостекольные смеси широко применяются при изготовлении форм и стержней. Основной причиной широкого внедрения этих смесей в производство является возможность быстрого отверждения смеси различными способами. При этом важную роль играет и тот фактор, что жидкое стекло относительно недорогое связующее и тех­нология его получения довольно проста.

Таблица 43

Смеси для чугунного литья

 

Свойства смесей	Англия	США
Встряхивание с подпрессовкой	Формовка при высоком давлении прессования	Встряхивание с подпрессовкой	Формовка при высоком давлении прессования
Группа песка (по ГОСТ 213-91)
Тип бентонита	Кальциевый	Природный натриевый	Смесь 70:30 кальциевого к натриевому	Смесь 30:70 кальциевого к натриевому
Влажность, %	3,5–4,5	2–3	3,5–4,2	3,2–3,8
Содержание бентонита, %: активного общее	4–5 9–10	5–9 12–14	4–7 6–8	7–9 9–12
Потери при прокаливании, %	8–9	5–7	4–6	3,5–5,0
Предел прочности на сжатие, кПа: во влажном состоянии в сухом	70–98 350–490	112–140 350–490	84–126 –	168–210
Газопроницаемость, усл.ед.				80–110
Уплотняемость, %	45–50		45–55	38–42
Индекс дробления, %	56–75	80–85	–	–

 

Таблица 44

Смеси для стального литья

 

Свойства смесей	Англия	США
Встряхивание с подпрессовкой	Формовка при высоком давлении прессования	Встряхивание с подпрессовкой	Формовка при высоком давлении прессования
Группа песка (по ГОСТ 213-91)				02, 03
Тип бентонита	Натриевый	Натриевый	Натриевый	Натриевый
Влажность, %	2,5–3,0		3,5–4,2	2,8–3,5
Содержание бентонита, %: активного общее	4–5 6–8		4–6 6–8	5–7 7–9
Потери при прокаливании, %	0,5–1,0	–	1–2	1–2
Предел прочности на сжатие, кПа: во влажном состоянии в сухом состоянии	56–77	84–112	49–84 –	105–149 1 050
Газопроницаемость, усл.ед.	180–250	200–240		180–200
Уплотняемость, %				50–55
Индекс дробления, %	85–95	80–90	–	–

Однако наряду с преимуществами эти смеси создают ряд производ­ственных трудностей, таких, как затрудненная выбиваемость стержней из отливок вследствие повышенной спекаемости жидкого стекла с песком, а также ограниченное использование отработанных смесей в связи с тем, что в них возрастает с каждым оборотом содержание окиси натрия Na₂O, которая снижает огнеупорность смеси и ухудшает качество отливок. По физическому составу в свежеприготовленном виде жидкостекольные смеси могут быть пластичными и жидкими. Формы и стержни из этих смесей используют только высушенными, то есть только формовкой по-сухому в них получают отливки.

По характеру отверждения жидкого стекла пластичные жидкостекольные смеси делятся на смеси воздушного, теплового, химического твердения и самотвердеющие. Жидкие смеси делятся на смеси теп­лового твердения и самотвердеющие.