Тема 1.1 Общие сведения о формовочных смесях

Литье появилось в 3-2 тыс. до н. э. Первые формы для литья делались из камня и глины. В настоящее время существует более 100 основных способов изготовления литых форм. С появлением форм стало появляться: чугун (18 в.), машинное литье. Стальные отливки появились в 19 в., а алюминий и отливки из цветных сплавов в 20-м веке.

В машиностроении масса литых деталей составляет 50% от всех машинных механизмов. 80% отливок по массе, литьё – самый дешёвый способ. Литьё в песчаные формы – 60% по массе., 42% - в сырые, 18% - в сухие.

Формовочные и стержневые смеси применяют для изготовления разовых форм. Смеси составляют из песка, глины, противопригар­ных и связующих добавок. Процентное отношение и качество состав­ляющих в смеси зависят от вида литья (сталь, чугун или сплавы цветных металлов).

Свойства формовочных смесей:

Механические свойства:

1. Прочность – противостоять нагрузкам и выдерживать давление залитого металла.

2. Поверхностная прочность (осыпаемость) – это сопротивление истирающему воздействию струи металла. Частицы формовочной смеси могут попасть в отливку.

3. Пластичность – способность формовочной смеси точно воспроизводить отпечаток модели.

4. Податливость – способность формовочной смеси уменьшатся в объеме, ее препятствие усадки отливки во время остывания.

Технические свойства:

1. Текучесть – способность смеси под давлением внешних сил заполнять полости в стержневых ящиках и достаточно хорошо обтекать модель.

2. Термохимическая устойчивость (или непригораемость) – способность смеси выдерживать высокие температуры без оплавления или химического воздействия (ТХУ снижает точность отливки).

3. Негидроскопичность – способность смеси после сушки не поглощать влагу из воздуха с течением времени. Отсыревшие от влаги стержни могут быть причиной появления газовых раковин и других нежелательных явлений. Снизить гидроскопичность можно с помощью смесей специального твердения.

4. Выбиваемость – способность смеси терять прочность после термической заливки и легко удаляться из формы при их выбивке после охлаждения.

5. Долговечность – способность смесей сохранять свои свойства при многократном использовании, зависит от способности смеси противостоять давлению высоких температур.

6. Газопроницаемость – способность пропускать газы через стенки формы, вследствие пористости, одно из важных свойств формовочных смесей. При уменьшении газопроницаемости в отливке появляются раковины и газовые пузыри.

7. Газоотводная способность – свойства смеси выделять газы при нагреве до высоких температур.

Технические свойства не могут количественно выражаться, их оценивают по экспериментальным данным.

Теплофизические свойства:

1. Огнеупорность – свойство смеси выдерживать долгое время высокие температуры.

2. Теплопроводность – свойство смеси обеспечить теплообмен между отливкой и слоями форм смеси.

Формовочные и стержневые смеси бывают:

1. Основными (кварц, песок, глина, бентониты – вид коллоидной глины).

Для них характерна высокая пластичность, используются в качестве связующего в смесях и красках.

2.Вспомогательные (связующие материалы, смолы, противопригарные покрытия, замазки, модельные пудры, порошки, разделительные жидкости и другие).

Основной вид формовочного материала.

Песок.

Кварцевый песок (SiO₂) обладает высокой огнеупорностью t = 1713˚C, прочностью и твердостью.

Недостаток:

При t = 510˚C происходят аллотропные изменения, песчинки лопаются как пыль.

В литейном производстве используются чистые пески с минимальным содержанием Fe₂O₃, Na₂O и других вредных примесей, снижающих огнеупорность.

В природе в кварцевых песках всегда содержится глина, по ее содержанию подразделяют:

1. Обогащенный кварцевый до 1 %.

2. Кварцевый до 2 %.

3. Тощие до 10 %.

4. Жирные до 20 %.

5. Очень жирный до 50 %.

Мелкозернистые пески применяют для мелких отливок – что увеличивает гладкость поверхности, крупнозернистость(мелкий – 0,1…0,2 мм; средний –0,16…0,3 мм; крупный – 0,2…0,4 мм) – для крупных отливок, что увеличивает газопроницаемость.

Реже используют циркониевые пески – хромиты (Fe₂O,Xr₂O₃) имеют t_пл=1850˚C. Используют в особых случаях (крупные стальные отливки с гладкой поверхностью).

Глина.

Служит связующим веществом, обеспечивая прочность и пластичность смесей, обладает высокой пластичностью, способностью формироваться и сохранять приданную ей форму после снятия внешних сил. Представляет собой измельченные горные породы.

Применяют два вида глин:

1. Каолинитовые (Al₂O₃ ×2O₃ ×2H₂O).

2. Ментморинонитовые, фентенитовые или бентонитовые.

(Al₂O₃ ×4SiO₂ ×2H₂O+n H₂O).

В присутствии влаги на поверхности глиняных частиц образуются гидридные оболочки из молекул воды, которые обеспечивают сцепление частиц друг с другом и вместе с тем их легкое скольжение.

При нагреве и сушке прочность глины увеличивается. В зависимости от способности связывания, глины подразделяются:

1. Прочносвязующие σ_В > 0,1 МПа.

2. Среднесвязующие σ_В = 0,08–0,1 МПа.

3. Малосвязующие σ_В = 0,05–0,08 МПа.

В влажном состоянии глины подразделяются на следующие 3 класса:

1. Прочносвязующие σ_сж > 0,5 МПа.

2. Среднесвязующие σ_сж = 0,5–0,35МПа.

3. Малосвязующие σ_сж < 0,35 МПа.

Марку глины для конкретных условий выбирают в зависимости от массы и габаритов отливки, от способа литья и температуры заливки металла.