Холоднотвердеющие смеси (ХТС) на основе синтетических смол

Состав формовочных смесей разнообразен и определяется характером формы (сырая или сухая), заливаемым сплавом (сталь, чугун, цветные сплавы),массой заливаемого металла, конфигурацией и толщиной стенок отливки, характером производства.

По использованию в форме формовочные смеси подразделяются на облицовочные, наполнительные и единые; по состоянию форм перед заливкой – на смеси для сырых форм и сухих. Единые смеси применяются при машинной и автоматической формовке в цехах крупносерийного и массового производства литых заготовок.

В составе приготовляемых смесей в основе используется отработанная смесь, предварительно прошедшая технологическую подготовку, в которую вводятся освежающие добавки. Это свежие песок и глина, связующие, вспомогательные добавки в количествах, необходимых для восстановления технологических свойств формовочной смеси.

В справочной литературе по литейному производству приводится много составов формовочных смесей исходя из вышеуказанных технологических параметров, приводятся обобщающие составы:

I из свежих материалов: – песок кварцевый – 100%; – бентонит – 10 – 15%; – уголь гранулированный – 3 – 4%; – крахмалит – 0,2 – 0,25%; – ПФЛК – 0,1 – 0,15%; – влага – 3,0 – 3,5%

II состав смеси при освежении: – свежий песок – 2,8 – 3,5%; – бентонит – 0,6 – 0,9% – уголь гранулированный – 0,08 – 0,16%; – крахмалит – 0,015 – 0,020%; – ПФЛК – 0,05 – 0,07%; – влага – 3,0 – 3,5%

Свойства: – газопроницаемость смеси ~ 125 см/сек; – прочность на сжатие сырых образцов – 1,7 – 2,0 кгс/см² или 170-200 кПа.

Для сухих форм применяются аналогичные смеси с добавкой некоторого количества крепителей и вспомогательных материалов.

Стержневые смеси.Стержни в процессе заливки формы оказываются в более тяжелых условиях по сравнению с самой формой, а поэтому и требования к стержневым смесям выше. Для их приготовления обычно используются свежие пески и глины, и только для крупных неответственных стержней используется 20 – 60% отработанной смеси. Основная масса стержней проставляется в форму сухими, поэтому в стержневую смесь вводится до 4% органических или неорганических крепителей. Прочность на растяжение сухих образцов составляет 0,8…10кгс/см² и более. Эти смеси можно отнести к песчано-глинистым и песчано-масленым и применяют их в условиях единичного и мелкосерийного производства. Современное направление в производстве стержней – это применение песчано-смоляных смесей, где связующим является быстротвердеющие синтетические смолы. Стержневая смесь твердеет непосредственно в металлическом стержневом ящике, обогреваемом газом или электричеством за счет поликонденсации связующего. Стержни имеют высокую прочность и хорошую газопроницаемость, податливы и хорошо выбиваются из отливок.

Изготавливают стержни также из холодно твердеющих (ХТС) и смеси с жидким стеклом, свойства которых рассмотрены выше.

Новые смеси со специфическими свойствами.Пластичные самотвердеющие смеси(ПСС).В настоящее время сухие формы все в большем объеме заменяют на формы из холодно твердеющих смесей. К этому классу относятся и смеси ПСС, разработанные на Московском заводе «Станколит». Их приготавливают по двух стадийной технологии. Базовую смесь состава: кварцевый песок – 92%; глина – 5%; молотый уголь – 3%; жидкое стекло – 5,5%; влажность – 3,5% - приготавливают в центральном смесеприготовительном отделении, подают в бункер формовочного отделения. Затем из бункера, в количестве, необходимом для изготовления формы, смесь подаётся в лопастной смеситель, куда одновременно вводят 2 – 5% феррохромового шлака, служащего отвердителем. После перемешивания в течение 50 – 60 сек, смесь подается в опоку и распределяется по поверхности модели как облицовочная. Затем из второго бункера подается в опоку наполнительная смесь, и форма уплотняется встряхиванием. Затвердевание смеси в форме происходит за счет взаимодействия жидкого стекла с феррохромовым шлаком и протекает во всем объеме одновременно. После изготовления формы (из такой смеси) из нее можно сразу удалять модель, через 30 мин форму можно окрашивать, а через 4 – 6 часов заливать металлом. Этот процесс следует рекомендовать для машинной формовке и в условиях серийного производства, когда использование других самотвердеющих смесей нерационально из-за уменьшения машинного времени на период отвердевания смеси.

Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС).Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС) обеспечивают значительное сокращение трудоемкости при изготовлении средних и крупных отливок в условиях мелкосерийного и индивидуального производства. Эти смеси имеют высокую текучесть и могут быть залиты в опоку или стержневой ящик.

Для получения ЖСС необходимо сочетание двух условий:

1. выбор ПАВ, обладающих пенообразующими свойствами, позволяющими переводить смесь в псевдожидкое состояние при низкой общей влажности (<6%);

2. введение в состав смеси добавок, обеспечивающих быстрое затвердевание смеси на воздухе.

Физическая сущность псевдожидкого состояния состоит в следующем: жидкая композиция при перемешивании распределяется по поверхности песчинок добавку DC-PAС, при этом снижается поверхностное натяжение, а на поверхности песчинок образуются мельчайшие пузырьки пены рис. 9.

В обычных смесях на поверхности песчинок находится пленка связующего, и между песчинками имеется место, значительные силы трения.

В ЖСС – на поверхности песчинок ПАВ образует микропузырики пены, что резко снижает трение между песчинками и создается свойство текучести смеси.

Рис. 9. Песчаная обычная (а) и жидкая самотвердеющая (б) смеси

Смесь в опоку или стержневой ящик затекает под действием собственного веса. Добавка DC-PAC действует временно. Через 8 – 10 мин пузырьки пены разрушаются, смесь теряет текучесть, а форма или стержень приобретают свойство газопроницаемости. Через ~ 40 мин смесь затвердевает и из формы удаляется модель. Время затвердевания можно регулировать дозой вводимого в смесь феррохромового шлака.

В таблице 1 приведены два типовых состава ЖСС с разными крепителями. Доминирующее положение занимают смеси на основе жидкого стекла.

Пористость форм из ЖСС достигает 50%; из обычной смеси<30%. Формы и стержни обладают хорошей податливостью. Газопроницаемость достигает 500 и более, а прочность на сжатие через 4 часа после заливки равна 196 – 393 кПа.

С внедрением ЖСС отпадает необходимость в формовочных машинах и сушильных печах. Сокращается брак отливок по газовым раковинам и трещинам. Процесс изготовления форм и стержней из ЖСС позволяет механизировать и автоматизировать технологические операции в индивидуальном и мелкосерийном производстве средних и крупных отливок.

Холоднотвердеющие смеси (ХТС) на основе синтетических смол.Современный период развития литейного производства характеризуется заменой традиционных песчано-глинистых смесей холоднотвердеющими смесями (ХТС). Эти смеси применяют в единичном и мелкосерийном производстве мелких, средних и крупных форм. Они обладают свойством холодного твердения, что позволяет применять дешевую модельную оснастку, в том числе и деревянную. Эти смеси состоят из собственно связующего отвердителя, регуляторов скорости отвердевания и добавок.

Таблица 1

Типовые составы ЖСС на минеральном и органическом крепителях

Типовой состав ЖСС на жидком стекле, %	Типовой состав ЖСС на органическом крепителе, %
1.Кварцевый песок	94-98	1.Кварцевый песок	97-98
2.Феррохромовый шлак	2-6,0	2.Огнеупорная глина	2-3
3.Жидкое стекло	5 - 7	Сульфитно-спиртовая барда	5-5,5
4.Контакт Петрова или DC-PAC – детергент советский рафинированный (алкиларилсульфонат)	0,5 -0,6	Добавка DC-PAC	0,45-0,55
5.Мылонафт	0,05-0,10	5. Хромовый ангидрид	5-5,5
6.Вода	1,2-2	6.Вода	3,5-4,0

Приготавливают такие смеси из обогащенных кварцевых песков. Связующими могут быть карбамидо-фурановые, фенолоформальдегидные и другие смолы. Катализатором твердения обычно служит ортофосфорная кислота 70 –80%-ной концентрации. Типовой состав ХТС:

– кварцевый песок марки «Об1К» - 100%;

– ортофосфорная кислота указанной концентрации – 0,5 – 1,2%;

– смола КФ-90 - 2?5%;

– влажность смеси - 0,9 – 1,5%;

– живучесть 10 – 15 мин.;

– предел прочности при растяжении (через 2 часа) ³196 кПа.

ХТС приготавливается непосредственно на месте изготовления формы или стержня и сразу же используется.

На ряде станкостроительных заводов разработаны ферритофосфатные холоднотвердеющие смеси (ФХТС) на основе магнитного черного порошка, крокуса, трифолина, железорудного конценрата. Липецким техническим университетом совместно с ВНИИЛИТМАШем проведены исследования по использованию в качестве основы связующего для приготовления ФХТС, таких железосодержащих материалов, как плавильная пыль, отходы обработки чугунных и стальных отливок в дробеметных барабанах, отходы обнаждачивания отливок, отходы химического производства. На базе этих отходов разработаны составы ФХТС и произведены годные промышленные отливки. Ценным исходным сырьем для получения высокоэффективных ХТС является плавильная пыль, образующаяся при плавке чугуна в электропечах.

Для улучшения качества приготовляемых ХТС разработаны и изготавливаются на Павловградском заводе литейного машиностроения высокоскоростные смесители с горизонтальной смесительной камерой одностадийного смешивания для приготовления ХТС.

В дальнейшем на базе указанных разработок предполагается создание смесеприготовительных комплексов в стационарном и придвижном исполнениях, включая кроме смесителя бункеры для сыпучих и емкости для жидких компонентов, стабилизатор температуры наполнителя и вибростол.

Вопросы для самоконтроля

1. Какими видами прочности характеризуются формовочные смеси?

2. Какие противопригарные добавки вводят в формовочную смесь при изготовлении чугунных отливок?

3. Каковы особенности физико-механических свойств жидко-стекольных смесей? Почему стержень нельзя удалять из стержневого ящика без обработки его СО₂?

4. В чем сущность перехода смеси в жидкоподвижное состояние?

5. Для чего производится регенерация формовочных смесей? Назовите способы регенерации.

Лекция № 5