Состав формовочной смеси для литья алюминия

Формовочные смеси для литья

Литейное производство достаточно простой и широко распространенный технологический процесс для получения отливок различного размера и разнообразной формы. Получение деталей методом литья практикуется в автомобилестроении, станкостроении, вагоностроении и многих прочих отраслях машиностроения. Для получения полых или с множеством отверстий отливок используются стержневые и формовочные смеси различных составов. Экономически обосновано использование песчано-глинистых форм при массовом производстве.

Состав смесей зависит от:

  • способа формовки:
    1. ручная;
    2. машинная;
  • типа металла:
    1. сталь;
    2. чугун;
    3. цветной металл и его сплавы;
  • типа производства:
    1. единичное;
    2. серийное;
    3. массовое;
  • типа литья;
  • технологического оснащения.

Материалы, которые используются для получения формовочных смесей, подразделяются на следующие группы:

  • песчаник;
  • различные сорта глины;
  • вспомогательные:
    • связующие материалы;
    • противопригарные смазки и покрытия;
    • огнеупорные;
    • специальные.

Глинистые пески могут содержать глины в своем составе до 50%. Делят их по количеству содержания глины на:

  • тощие – до 10%;
  • полужирные – до 20%;
  • жирные – до 30%;
  • очень жирные – до 50%.

Также используются кварцевые пески. Силикатная основа позволяет принимать в форму расплав, температура которого достигает 1700С.

Получение отливок высокого качества требует использования противопригарных покрытий и материалов мелкой фракции, чтобы предупредить образование в форме пор.

Виды и состав смесей

К формовочным смесям для литья предъявляются следующие требования:

  • механическая прочность;
  • теплопроводность;
  • газовая проницаемость;
  • огнестойкость;
  • теплоемкость.

Формовочные и стержневые смеси обладают одинаковыми свойствами. Но к стержням предъявляются более высокие требования, потому что на него расплавленный металл оказывает более сильное давление.

Состав различных смесей

Формовочные смеси делятся на три типа:

  1. единые;
  2. облицовочные;
  3. наполнительные.

Единая смесь предназначается для наполнения всего объема литейной формы. В полном объеме используется при машинной формовке при выпуске отливок в большом количестве. Для ее приготовления используется большой объем еще неиспользовавшихся материалов.

Облицовочная смесь предназначена для получения слоя формы, контактирующего непосредственно с расплавом. Его толщина зависит от типа смеси и тяжести отливки и составляет 20-100 мм. Для того чтобы дополнить оставшийся объем используется наполнительная смесь.

Состав формовочной смеси напрямую зависит от формы и метода ее изготовления. Формирование песчано-глинистых форм происходит двумя способами, в результате которых получаются сухие и сырые формы. Для их податливости при формировании в смесь вводятся сгорающие наполнители – торф или древесные опилки. В состав подсушиваемых форм кроме глины и песка закладываются крепитель, измельченный асбест и барда.

Кроме них используются:

  • быстро отверждающиеся;
  • самостоятельно отверждающиеся;
  • твердеющие при химическом преобразовании;
  • жидкостекольные составы.

В быстро отверждающихся смесях связкой выступает жидкое стекло. Если для сушки жидкого стекла необходима теплая продувка, то в данном случае отвердение происходит за счет феррохромового шлака.

Классификация формовочных смесей

Самостоятельно отверждающиеся составы в первоначальном состоянии жидкие. Затем в них вводятся ПАВ и песочный наполнитель. Такой состав сохраняет текучесть не более 10 минут. Поэтому они приготавливаются на формовочных участках.

Химически отверждающиеся смеси имеют малый срок жизни. В следствие чего в смесь добавляется едкий натр.

Жидкостекольные разновидности после формирования подвергаются сушке продуванием углекислым газом. В процессе сушки протекают химические реакции: образование кремниевой кислоты и углекислого натрия.

Для изготовления стержня, например, первого класса, смесь целиком состоит кварца и крепителей. Для формовки крупных стержней используется 1/3 часть использованного и восстановленного состава.

Температура плавления цветных металлов значительно ниже, чем у сталей и чугунов. Из-за чего формовочные смеси имеют меньшую огнеупорность. Для литья бронзы и медных сплавов формовочные составы готовят при использовании глинистого песка П класса. Такие наполнители как борная кислота, серный цвет или фтористая присадка используются для литья алюминия. Они препятствуют активному окислению расплава.

Требуемые свойства

Для получения качественной отливки необходима литейная форма, изготовленная из ингредиентов, подобранных под разлив определенного металла. Формовочная смесь для литья должна обладать определенной влажностью. При малой влажности форма склонна к осыпаемости, что затрудняет формовку.

Плохая газовая проницаемость провоцирует образование в отливке дефектов — газовых пор и раковин. Из-за чего необходим песок крупной фракции (более 50%).

Свойства формовочных смесей характеризует твердость. Она зависит от равномерности и степени уплотнения. Уплотнение формы сверх нормы провоцирует появление таких дефектов как:

  • пригар;
  • распор;
  • вскип.

Литье в песчано-глинистую форму

Высокая прочность формы и стержня не позволяет изменять геометрию отливки. Чтобы ее получить применяются специальные связующие материалы.

Приготовление смесей

Процесс приготовления формовочных и стержневых смесей проводится в три этапа. Первый этап — подготовительный. Здесь происходит подготовка еще неиспользованных материалов. Проводится сушка, дробление и последующее просеивание.

На втором этапе происходит подготовка отработанного состава. Это позволяет экономить на материалах. Процесс начинается на охладительных барабанах. Происходит выбивка, размельчение, охлаждение.

Формовочные смеси для литья готовятся на третьем этапе в смесителях. Широкое применение нашли катковые модели. Они используются для приготовления таких составов как:

  • единые;
  • стержневые смеси;
  • облицовочные;
  • с добавками:
    • вязкие;
    • жидкие;
    • пылевидные.

При больших объемах выпуска производство автоматизировано. Механизация процессов отражается на снижении себестоимости продукции.

Литье в песок + глина в домашних условиях

  • BonnFactory 9 мая 2017
  • Самоделки и поделки из металла своими руками


Всем привет! Хочу поделиться с вами своим опытом литья в песчано-глиняную форму.

В прошлый раз (вы можете найти эту статью в моем профиле) я лил алюминий по выжигаемой модели, т.е. вырезал модель из пенополистирола и просто засыпал песком. И некоторые из вас подметили, что к процессу я отнесся довольно небрежно. Все верно, целью было просто опробовать технологию и я совсем не заморочился с качеством отливки. Признаю это. В этот раз я постараюсь сделать все более аккуратно. Весь процесс с пояснениями есть на видео, но я так же распишу все сейчас и в текстовом формате. Поэтому, приятного просмотра и прочтения!

Многие кустарные источники пишут, что нужно смешать то-то и то-то «по вкусу», т.е. предлагают выяснять все опытным путем. Это неплохой для понимания, но долгий для получения результата процесс. Поэтому я нашел неплохой учебник-методичку по художественному литью в песок ( «Художественное литье: учебное пособие для учащихся средних профессионально-технических училищ» , Борис Никитич Зотов, 1982 г.). Я не претендую на какой-то профессионализм. Нет-нет! Это вообще моя первая отливка по технологии из этого учебника. Я тот еще кустарь, поэтому, все советы и обоснования ошибок от вас я приму с честью и буду рад, если вы поправите меня! Да и дочитал я лишь до части формовки смеси. Уже после отливки выяснил пару моментов по расплаву и термической обработки отливки…

Из инструментов и прочего нам понадобится:

  • емкость для смешивания всего и вся;
  • мешалка (тут можно обойтись и руками, но если она у вас есть- хорошо);
  • заранее изготовленные рамки для формовки, чтобы половинки формы ровно стыковались без смещения;
  • печка;
  • сито для просеивания песка и глины;
  • мерный стаканчик, либо глаз-алмаз;
  • кисточка для нанесения талька и очистки формы;
  • модель, которую будем отливать;
  • пара отрезков труб или банок или чего угодно диаметром 80-100 мм и высотой 50-80 мм (для формовки литников, тут так же можно обойтись и руками- слепить бублик, но с банками будет аккуратнее и проще =)
  • тонкостення трубка диаметром 20+- мм. для формовки литников;
  • слесарный инструмент для обработки отливки;
    (список собрался довольно емкий, но все инструменты пустяковые и большая их часть может найтись в хозяйстве).

Необходимые в процессе материалы:

  • сам металл под заливку (в моем случае алюминий);
  • песок кварцевый (речной тоже подойдет, но форма будет менее прочной);
  • бентонитовая глина;
  • вода;
  • тальк угольная пыль графит.

Для изготовления формовочной смеси нам понадобится:

  • просеянный кварцевый песок в количестве, чтобы можно было заполнить нашу форму и литники. Примем песок как целую часть- единица (1) или 100% для удобства расчета;
  • бентонитовая глина. Ее нам понадобится 0.15-0.20 (15-20%) от общей массы песка;
  • вода. Влажность смеси должна оставлять около 0.06 (6%) от общей массы песок+глина (да-да, брал песок за целую часть, а теперь уже целая часть это песок+глина).

Сперва смешиваем просеянный песок с просеянной глиной.

Хорошо смешиваем на сухую. Иначе, если делать это одновременно с водой, вы намучаетесь в попытке разбить комки сырой глины.

Для увлажнения смеси удобно пользоваться распылителем. Он позволит равномерно распределить влагу, но если его нет, то просто добавляйте воды по чуть-чуть.

Уделите достаточно времени для перемешивания смеси. Она должна получиться однородной и быть полностью смочена водой (тех 6 процентов с лихвой хватит на это)

После того, как все смешно, наша смесь почти готова к формовке! Нужно лишь дать ей настояться , для того чтобы влага распределилась равномерно. Оставьте в покое смесь на 1 час или даже 2. Этим эта смесь и хороша — она проста в изготовлении и никуда спешить не нужно и в случае несоблюдения пропорций, всегда это можно исправить досыпав недостающей части песка или глины.

По прошествии часа, смесь значительно изменяет свои свойства в лучшую сторону- меньше липнет к рукам и хорошо сохраняет форму, если сжать горстку в кулак (Это, кстати, народный способ проверить качество смеси- возьмите горстку получившейся смеси в руку и сожмите ее. А когда разожмете руку, то смесь должна повторить изгибы пальцев и ладони. После чего попробуйте сломать ее пополам. Если комок сломается ровно пополам и не рассыпется — это то. что нам и нужно)

Теперь переходим к процессу формовки.

Устанавливаем заготовленную рамку на ровную поверхность и насыпаем смесь в форму. Не спешите засыпать все и сразу. Насыпьте треть и утрамбуйте ее, чтобы песок заполнил все уголки формы. Я сперва делаю песчаное дно — засыпаю песок, трамбую его, а потом засыпаю форму целиком без трамбовки и вдавливаю в рыхлый песок модель. Перед установкой модели, неплохо было бы ее посыпать тальком, чтобы она не прилипала к смеси. Пальцами утрамбовываю по периметру и досыпаю по необходимости смесь. Было бы проще, если бы модель делилась пополам, но это другая история. У нас есть конкретный пример. Поэтому и последовательность именно такая. Трамбовать удобно небольшим деревянным бруском — он достаточно прочный и тяжелый для комфортного процесса. После чего этим же бруском выравниваем поверхность. Модель должна засыпаться ровно по центру,так как имеет скругления. Чтобы при ее вынимании форма не разрушилась, пришлось немного напрячься, но я справился. Справитесь и вы!

Читайте также  Как расплавить алюминий дома

Когда первая половина формы утрамбована и выровнена, постукивая тем же бруском по форме расшатываем ее слегка и пробуем вынимать. Все извлеклось хорошо, а форма отпечаталась как надо? Хорошо, тогда время вернуть модельку в форму и пройтись кисточкой с тальком или графитом по всей площади поверхности формы и модельке в том числе. Это необходимо для того, чтобы вторая половина формы не прилипла к модели и нижней половинке формы.

Вторую часть трамбовать проще — просто подсыпаем песок и равномерно трамбуем, пока не заполним все целиком.

Важно помнить, что если трамбовка будет недостаточной и смесь останется рыхлой, то она разрушится еще до литья или в процессе заливки. Если трамбовать чрезмерно сильно, то песок спрессуется и газопроницаемость формы будет плохой, что может привести к браку отливки, так как пары и газы будут плохо удаляться из формы в процессе литья.

Аккуратно снимаем верхнюю половину и смотрим что у нас получилось. С первой половинки моделька должна выходить хорошо (ведь мы ее уже вынимали). Со второй половинки точно так же, с постукиваниями, вынимаем модель. Осматриваем результат и если он нас устраивает, значит у нас получилось и осталось совсем немного перед отливкой.

Теперь нужно проделать заливные отверстия в форме. С этим отлично справится тонкостенная трубка (я использовал трубу от пылесоса). У меня немного не хватило высоты рамок и часть модели виднелась снаружи. Это место и стало одним из двух литников.

Так же важно сделать песочные воронки, через который будет поступать металл в форму. Они нужны для удобства литья, а так же для того, чтобы при остывании подпитывать отливку металлом при усадке. На некоторых сплавах усадка особенно заметна.

Воронки можно формовать как руками, так и используя подручные формы (я использовал кофейные банки и все ту же трубку от пылесоса).

Процесс формовки закончился. И форма пригодна для литья. Убираем модель, продуваем песчинки, которые могут попасть в отливку и собираем форму на место, где будет проходить заливка.

Дело за малым — разжечь печь, расплавить алюминий и залить.


Так как основной объем статьи посвящен именно формовки, тут я пройдусь совсем коротенько. В видео я сказал, что нужно добавлять соды и соли, так делают все кустари. Но, один из зрителей на канале поправил меня и обосновал свой ответ. Поэтому спешу поправиться, сода в расплаве не нужна. В последующих отливках я ощутил разницу. Без соды металл залился с меньшим количеством пор и значительно лучше обрабатывался (не засорял фрезы). Поэтому, когда алюминий в тигле расплавится, нужно добавить соли, чтобы металл очистился от шлаков. Всю грязь собравшуюся на поверхности я собрал ложкой и залил металл в форму. Через небольшой промежуток времени я вынул отливку.

Так как опыт мой невелик в отличии от лени, то на отливке были пару мест, где форма разрушилась и металл слегка растекся. Но ничего, больше не меньше — можно и спилить. Так что моя лень при формовке вспоминалась все то время, что я обрабатывал деталь.

Помните, что формовочная масса пригодна для формовки долгое время, так что смело начинайте формовку сначала, если вдруг форма разрушится слегка или вы найдете другие косяки. Лучше делать это все на тех подготовительных этапах. Сэкономите время.

Автор статьи “Литье в песок + глина в домашних условиях” Bonn Factory

Процесс литья алюминия в домашних условиях

Процедуру литья алюминия можно провести в домашних условиях. Существует множество разных методик, обладающих своими плюсами и минусами, поэтому иногда сделать выбор может быть непросто, именно в этой статье будет разобран вопрос: «Как совершить литье алюминия в домашних условиях?».

Интересный факт, что алюминий является самым популярным металлом в мире. Он широко используется для промышленных производств различных сфер жизни. Не обошел он стороной и различные домашние производства. Чем же обусловлен такой большой спрос? Небольшой вес и отличные характеристики, легко подается ковкости, является пластичным металлом. Но несмотря на обширный спектр методик обработки, этот вопрос иногда создает трудности. Например, изготовление формы иногда оказывается непосильной задачей.

Для начала следует вспомнить некоторые свойства алюминия. Он плавится при температуре 660 градусов, а его температура кипения – 2500 градусов. Главная особенность, на которую стоит обратить внимание – чрезвычайно быстрое окисление в случае контакта с воздухом. Зная свойства алюминия можно заниматься его литьем даже дома, многие люди самостоятельно создают различные устройства, помогающие в этом деле. Но большее количество проблем возникает именно на моменте изготовления формы для заливки.

Как отлить алюминий дома?

Технология домашнего получения алюминия практически идентична промышленным способам. Поэтому при отливе требуют использовать заводские методы с небольшими поправками на масштабы производства и домашние условиях. Наиболее распространенная технология лить алюминия дома – использование форм.

Учитывая все вышесказанное, требуется подобрать необходимое оборудование (печь для лома алюминия) и соорудить форму для литья (как сделать будет рассмотрено позже).

Сам процесс будет состоять из нескольких этапов:

  • Очищение лома от грязи, примесей и различных наполнителей, которые могут повлиять на конечную чистоту сплава. На этом же этапе требуется измельчить алюминий до малого размера.
  • Проводится процесс плавления при помощи заранее подобранного способа. Полное расплавление металла позволяет убрать из массы металла все ненужные добавки. А также на этом шаге подбирается формовочная смесь.
  • Последним шагом станет добавление алюминия в подготовленную форму для плавления. Далее, следует дождаться затвердевания массы и после этого можно освобождать сплав от формы.

На этом процесс литья будет завершен. На протяжении всей процедуры следует соблюдать правила безопасности при работе с раскаленным металлом.

Подготовка материалов для литья

На первом этапе требуется подготовить алюминиевый лом. Важно понимать, что алюминий бывает разных видов, например, если взять проволоку, то может попасться та, что очень легко гнется, а можно выбрать практически не поддающуюся физическому воздействию.

Если вы собрались заниматься литьем алюминия, то выбор следует остановить на той, что более мягкая, именно такой материал содержит малое количество оксидов.

Второй этап заключается в подборе гипса. Именно из него изготавливается форма, если работы идут на дому. Наиболее выгодная марка – гипсовая. Однако стоимость такого продукта довольно высока и найти его бывает непросто, поэтому допускается использование белого гипса.

Его покупка возможна в любом магазине строительных материалов. Но остерегайтесь такого материала, как алебастр. Он крайне похож на гипс и именно его может посоветовать продавец в качестве замены, однако, для наших целей его применение невозможно.

На третьем этапе нужно подобрать воск, именно он является лучшим вариантом для литья деталей малого размера. Чистый воск стоит довольно дорого и его покупка возможна лишь в больших объемах, что не имеет никакого смысла, поэтому лучше всего приобретать обычные свечи, неважно какого вида. Именно при помощи их и будет происходить изготовления пресс форм.

Последнее, что нам понадобится это емкость для растапливания алюминия, сделанная из чего-то прочного, ведь ей предстоит выдержать нагревание до высоких температур. А также нельзя обойтись без главного – источника температуры.

Для этого можно использовать что угодно, хоть газовый горн, хоть самодельную печь, это неважно. Все, что нам требуется – достичь нужной температуры.

Изготовление форм для литья

В домашнем производстве невыгодно использовать промышленные пресс-формы для литья алюминия. Процесс получится сложным и дорогим, да и сами приборы занимают очень много места.

Для того чтобы алюминий принял нужную форму, можно прибегнуть к использованию земли или изготовлению формы самостоятельно. Под первым вариантом предполагается, что пользователь должен вырыть яму определенно формы, в которую и будет производиться заливка алюминия.

Но мы пойдем другим путем и изготовим формы своими руками. Для этого можно использовать пенопласт, из которого просто вырезается нужная форма. Литье алюминия в пенопласт является безопасным и эффективным.

А также можно использовать гипс или цемент, но использование второго способа нецелесообразно, так как форма будет иметь только прямоугольный вид. При помощи гипса можно создать любую конфигурацию.

Самодельные печи

К печам, в которых будет расплавлен алюминий, не предъявляется практически никаких требований, нужно достичь температуры 600 градусов и все. Необходимость печи возникает из-за того, что открытый огонь не обеспечивает такой температуры, именно поэтому приходится создавать закрытое пространство, разогретое до такой температуры.

Можно изготовить печь из старых кастрюль. Делается это довольно просто: нужно взять кастрюлю с проделанным сбоку отверстием для воздуха, подавать воздух (например, при помощи шланга от пылесоса), в устройство закладывается уголь и поджигается, начинается подача воздуха для удерживания пламени, емкость обкладывается углем со всех сторон и для выхода дыма немного открывается крышка.

Независимо от формовки изделия, температура во всей печи будет находиться на одинаковом уровне.

Отличным вариантом будет использование газовой горелки.

Следует знать, что такой способ возможно использовать при отливке небольших штучных изделий. Печь можно соорудить при помощи двух консервных банок, вставленных друг в друга. При таком использовании нагревается только нижняя емкость, а наружная выступает в качестве оболочки, удерживающей тепло. Конструкция может быть прикрыта крышкой для отвода продуктов горения.

Ошибки при литье

Литье алюминия в гипсовые формы часто сопровождается тремя основными ошибками, возникающие при неправильном проведении работ.

  • Перед изготовлением гипсовых форм нужно убедиться в том, что вся влага испарилась, в противном случае она исчезнет под давлением и превратится в пар, который останется на алюминии в виде пор.
  • В случае малого нагрева формы, алюминий не сможет полностью ее заполнить и некоторые участки могут остаться пустыми.
  • Распространенный способ закалки – опускание раскаленного металла в воду. В случае с алюминием этого делать нельзя, произойдет нарушение внутренней структуры металла.

Зная эти ошибки, вы сможете не повторять их и избежать неприятных казусов во время процедуры литья и изготовления пресс формы для литья алюминия.

Формовочные смеси (песчано-глинистые)

Виды и состав смесей

К формовочным смесям для литья предъявляются следующие требования:

  • механическая прочность;
  • теплопроводность;
  • газовая проницаемость;
  • огнестойкость;
  • теплоемкость.
Читайте также  Соединение алюминиевых и медных проводов между собой

Формовочные и стержневые смеси обладают одинаковыми свойствами. Но к стержням предъявляются более высокие требования, потому что на него расплавленный металл оказывает более сильное давление.

Состав различных смесей

Формовочные смеси делятся на три типа:

  1. единые;
  2. облицовочные;
  3. наполнительные.

Единая смесь предназначается для наполнения всего объема литейной формы. В полном объеме используется при машинной формовке при выпуске отливок в большом количестве. Для ее приготовления используется большой объем еще неиспользовавшихся материалов.

Облицовочная смесь предназначена для получения слоя формы, контактирующего непосредственно с расплавом. Его толщина зависит от типа смеси и тяжести отливки и составляет 20-100 мм. Для того чтобы дополнить оставшийся объем используется наполнительная смесь.

Состав формовочной смеси напрямую зависит от формы и метода ее изготовления. Формирование песчано-глинистых форм происходит двумя способами, в результате которых получаются сухие и сырые формы. Для их податливости при формировании в смесь вводятся сгорающие наполнители – торф или древесные опилки. В состав подсушиваемых форм кроме глины и песка закладываются крепитель, измельченный асбест и барда.

Кроме них используются:

  • быстро отверждающиеся;
  • самостоятельно отверждающиеся;
  • твердеющие при химическом преобразовании;
  • жидкостекольные составы.

В быстро отверждающихся смесях связкой выступает жидкое стекло. Если для сушки жидкого стекла необходима теплая продувка, то в данном случае отвердение происходит за счет феррохромового шлака.

Классификация формовочных смесей

Самостоятельно отверждающиеся составы в первоначальном состоянии жидкие. Затем в них вводятся ПАВ и песочный наполнитель. Такой состав сохраняет текучесть не более 10 минут. Поэтому они приготавливаются на формовочных участках.

Химически отверждающиеся смеси имеют малый срок жизни. В следствие чего в смесь добавляется едкий натр.

Жидкостекольные разновидности после формирования подвергаются сушке продуванием углекислым газом. В процессе сушки протекают химические реакции: образование кремниевой кислоты и углекислого натрия.

Для изготовления стержня, например, первого класса, смесь целиком состоит кварца и крепителей. Для формовки крупных стержней используется 1/3 часть использованного и восстановленного состава.

Температура плавления цветных металлов значительно ниже, чем у сталей и чугунов. Из-за чего формовочные смеси имеют меньшую огнеупорность. Для литья бронзы и медных сплавов формовочные составы готовят при использовании глинистого песка П класса. Такие наполнители как борная кислота, серный цвет или фтористая присадка используются для литья алюминия. Они препятствуют активному окислению расплава.

Формовочные и стержневые смеси

Для того чтобы получить литейную форму, необходимо иметь формовочную и стержневую смеси, модельный комплект и опоки. Самое большое распространение для производства литейных форм получили песчано-глинистые формовочные смеси. Они состоят из огнеупорного наполнителя, в качестве которого применяют кварцевые, цирконовые, оливиновые и другие пески, огнеупорной глины и воды, кроме того в эти смеси вводят специальные добавки, которые улучшают их технологические свойства.

Для приготовления смеси используют специальные машины, называемые бегунами. Представьте себе большую чашу, по дну которой перемещаются с большой скоростью катки. В эту чашу подают песок и водную глиняную эмульсию, которые перемешивают катками до однородного состава. Катки эти называют бегунами, отсюда и название самой машины. Чтобы формовочная смесь не уплотнялась, в смесителе перед катками вместе с ними вращаются скребки. Они поднимают и разрыхляют смесь. В процессе перемешивания зерна песка 1 обволакиваются набухшей глиной 2, как схематично показано на рис. 13. В неуплотненном состоянии (рис. 13, а) зерна песка имеют между собой лишь точечные контакты. Но если смесь уплотнить (рис. 13,6), то зона контакта увеличится и прочность сцепления между зернами значительно возрастет. Как показано на рис. 13, и после уплотнения смеси между зернами сохраняются пустоты 3 или поры, совокупность которых образует в формовочной смеси извилистые каналы, заполненные воздухом. Способность этих каналов пропускать воздух характеризует газопроницаемость формовочной и стержневой смесей. Таким образом, прочность, газопроницаемость и влажность смеси являются основными физическими свойствами. Но есть еще целый ряд технологических свойств, которыми должна обладать формовочная смесь для того, чтобы можно было получить качественную отливку. Это уплотняемость, текучесть, противопригораемость, формуемость и др., которые определяются специальными технологическими пробами. Так, уплотняемость характеризует уменьшение объема образца смеси под нагрузкой, текучесть — способность заполнять узкие и глубокие полости в модели и т. д.

Рис. 13. Структура формовочной смеси

Научно-техническая революция XX в. характеризуется широким проникновением химии во все сферы производства и быта. В литейном производстве наглядным примером преобразующей роли химии могут служить успехи, достигнутые в развитии формовочных и стержневых смесей. Жидкое стекло как связующая основа давно применялось для изготовления форм и стержней, однако для затвердевания смеси применяли тепловую сушку. Но оказалось, если пропускать через форму в течение 30— 40 с углекислый газ, то смесь на жидком стекле твердеет прямо на глазах и после окончания продувки приобретает необходимую прочность. Секрет тут оказался очень простым. Углекислый газ вступает в химическую реакцию с жидким стеклом по уравнению В результате этой реакции жидкое стекло разрушается с образованием соды и геля кремниевой кислоты, которая, обладая высокими клеящими свойствами, связывает песчинки между собой. Если вернуться к рис. 13, то зерна песка 1 будут в жидкостекольной смеси до продувки газом CO2 «одеты» в оболочку из жидкого стекла, а после продувки — в оболочку из геля кремниевой кислоты. Эта технология получила название «CO2-процесс» и нашла широкое применение для получения стержней и форм при производстве отливок из чугуна и стали массой от нескольких килограммов до 20 тонн и более.

Но самый настоящий переворот в приготовлении формовочных и стержневых смесей произошел в результате использования поверхностно-активных веществ, или сокращению ПАВ. Что же это за вещества? Всем известно, что капелька ртути имеет форму, близкую к шару. И капля воды также стремится принять шарообразную форму. Это происходит под действием сил поверхностного натяжения, которое является результатом взаимодействия молекул в поверхностном слое жидкости. Если в воду добавить очень малое количество ПАВ, то силы поверхностного натяжения уменьшатся в десятки раз. Для воды таким ПАВ является обычное мыло. Если приготовить мыльный раствор воды и перемешать его, то образуется обильная пена. Это явление известно даже детям, которые так любят выдувать мыльные пузыри, но не всем известно, что причиной тому — особые свойства поверхностно-активных веществ.

Как часто случается в жизни ученых, блестящие идеи и открытия к ним приходят неожиданно, под воздействием привычных, часто встречающихся явлений, но которые вдруг произошли в необычных условиях. Вспомните шутку с И. Ньютоном, которому яблоко, упавшее «на голову», помогло открыть знаменитый закон всемирного тяготения!

На один из заводов в литейный цех завезли обычное жидкое стекло, или, как называют химики, водный раствор силиката натрия. Когда в бегунах начали готовить формовочную смесь на этом жидком стекле, то она постепенно из рыхлой и сыпучей превратилась в густую сметанообразную массу. Эту смесь и жидкое стекло забраковали. Но на это явление обратили внимание ученые. Их заинтересовала причина такого поведения смеси. Внимательное изучение показало, что виновником оказалась бочка из-под мыла, в которой привезли жидкое стекло. Под воздействием ПАВ поверхностное натяжение жидкого стекла уменьшилось в десятки раз. При интенсивном перемешивании смесь захватывала воздух, образуя многочисленные мелкие пузыри в прослойке жидкого стекла между песчинками, и уменьшала внутреннее трение между ними настолько, что сыпучая смесь приобретала свойства жидкости. Со временем пена разрушалась, и смесь снова возвращалась в исходное сыпучее состояние. Но такая смесь не имела необходимой прочности. Нужно было найти способ, чтобы заставить смесь затвердеть после разрушения пены. И опять на помощь пришла химия. Оказалось, что если ввести в жидкостекольные смеси 1—2% материалов, которые содержат двухкальциевый силикат, то прочность их значительно возрастает. Большие количества двухкальциевого силиката содержатся в шлаке от производства феррохрома и низкосортных цементах. Так были разработаны принципиально новые формовочные и стержневые смеси, которые получили название: «жидкие самоотвердевающие», или сокращенно ЖСС. Они нашли широкое применение в нашей стране и за рубежом для производства крупных многотонных отливок из чугуна и стали. Группе ученых и инженеров за разработку ЖСС была присуждена Ленинская премия в области науки и техники.

Но жидкостекольным смесям присущи и существенные недостатки. Они плохо выбиваются из отливок, а затвердевшие пленки жидкого стекла трудно отделяются от зерен кварцевого песка, что затрудняет его регенерацию я повторное использование. Это приводит к чрезмерному расходу кварцевых песков. Здесь на помощь литейщикам опять пришла химия. Многие полимерные материалы и смолы под воздействием катализаторов или температуры полимеризуются и переходят из жидкого в твердое состояние, приобретая при этом высокую прочность. Исходя из этого был разработан большой класс песчано-масляных сыпучих, пластичных и жидких смесей и на их основе — новые технологические процессы для производства форм и стержней, общей особенностью которых являлся принцип отвердевания смеси непосредственно в модельно-опочной оснастке. Так, используя термореактивные смолы в основном фенольного класса, литейщики создали песчано-смоляные смеси, которые необратимо отвердевали при соприкосновении с нагретой до 150—250°С модельной оснасткой. Введение в смесь специальных веществ (катализаторов) позволило сократить процесс отвердения смеси до нескольких десятков секунд. Это дало возможность быстро получить готовую полуформу или стержень непосредственно на модельной плите или в стержневом ящике. Такой процесс получил название: «изготовление форм и стержней в горячей оснастке». В отличие от этого процесса, использование реакционно способных синтетических смол, отвердевающих без нагрева под действием твердых, жидких или газообразных катализаторов, послужило основой для разработки холоднотвердеющих смесей. Технология формовки на основе этих смесей получила название: «изготовление форм и стержней в холодной оснастке».

Требуемые свойства

Для получения качественной отливки необходима литейная форма, изготовленная из ингредиентов, подобранных под разлив определенного металла. Формовочная смесь для литья должна обладать определенной влажностью. При малой влажности форма склонна к осыпаемости, что затрудняет формовку.

Плохая газовая проницаемость провоцирует образование в отливке дефектов — газовых пор и раковин. Из-за чего необходим песок крупной фракции (более 50%).

Свойства формовочных смесей характеризует твердость. Она зависит от равномерности и степени уплотнения. Уплотнение формы сверх нормы провоцирует появление таких дефектов как:

  • пригар;
  • распор;
  • вскип.

Литье в песчано-глинистую форму

Высокая прочность формы и стержня не позволяет изменять геометрию отливки. Чтобы ее получить применяются специальные связующие материалы.

Читайте также  Как отремонтировать алюминиевый радиатор отопления

Литье в одноразовые формы

Литье в песчаные формы

Литье в песчаные формы является самой распространенной технологией производства отливок благодаря своей универсальности — возможно изготовление отливок из разных материалов, разной конфигурации и размеров. Литейная форма изготавливается из формовочных смесей (их огнеупорность обеспечивает кварцевый песок — отсюда название). Литейные формы получают в результате формовки.

Формовочные смеси.

Литейные формы изготавливают из формовочных смесей. Чтобы литейная форма выдерживала воздействие расплавленного металла и придавала ему свою форму, формовочные смеси должны иметь следующие эксплуатационные и технологические свойства:

  • пластичность — способность легко воспринимать и отчетливо сохранять форму (хорошо формоваться);
  • прочность — способность сохранять форму при воздействии внешних сил (толчках, сотрясениях и ударном действии заливаемого металла);
  • податливость — способность не препятствовать усадке при охлаждении отливки. При недостаточной податливости возможно появление трещин в отливке (для улучшения податливости в смеси добавляют опилки);
  • огнеупорность — способность смеси не оплавляться или размягчаться при контакте с расплавленным металлом и не пригорать к поверхности отливки;
  • газопроницаемость — способность смеси пропускать пары воды и газы, образующиеся при соприкосновении горячего металла с влажными формами. Недостаточная газопроницаемость смеси приводит к возникновению в отливках газовых раковин.

Формовочные смеси подразделяются на облицовочные, наполнительные, единые, стержневые. Они различаются по условиям эксплуатации и имеют разный состав.

Облицовочная смесь непосредственно контактирует с расплавленным металлом, толщина ее слоя составляет 20. 50 мм. Облицовочная смесь должна обладать всеми вышеперечисленными свойствами и, в первую очередь, огнеупорностью. Состав смеси: 50.. .90 % свежих формовочных материалов — песка и глины и 10. 50 % оборотной смеси (бывшей в употреблении и специально подготовленной). Песок обеспечивает огнеупорность, глина является связующим.

Наполнительная смесь служит для заполнения остальной части формы. Она должны быть достаточно прочной и газопроницаемой. Наполнительные смеси состоят в основном из оборотных смесей с добавками свежих материалов.

Единая смесь применяется при машинной формовке и служит для заполнения всей формы, т. е. одновременно является облицовочной и наполнительной. К ней предъявляют те же требования, что и к облицовочным смесям. Ее состав — 10. 20 % свежих формовочных материалов, остальное — оборотная смесь.

Стержневая смесь должна обладать более высокими свойствами, чем формовочные, так как стержни работают в более тяжелых условиях, чем стенки формы. Стержни находятся в форме при заливке и препятствуют проникновению металла в определенные участки формы, т. е. они полностью находятся в расплавленном металле. Кроме того, они поддерживаются в форме лишь своими концами, поэтому испытывают большие напряжения от статических и динамических нагрузок. Сложные стержни приготовляют из кварцевого песка с добавкой различных связующих материалов (олифы, сульфитно-спиртовой барды, синтетических смол). Для изготовления крупных стержней простой формы (более прочных) применяют кварцевый песок с добавками глины. Чтобы стержень не пригорал к отливке, в смесь вводят уголь, графит, мазут, а для обеспечения податливости стержней — древесные опилки и торф.

Наряду с основным связующим смесей — глиной — в формовочные и стержневые смеси добавляют в малых количествах (1,5. 3 %) дополнительные связующие компоненты (битум, канифоль, цемент и др.).

Помимо смесей при формовке могут быть использованы противопригарные материалы -— припылы и краски. Их наносят тонким слоем на поверхность форм и стержней для предотвращения пригара металла к формовочной смеси и повышения чистоты поверхности отливок. В качестве припылов применяют порошкообразный графит, пылевидный кварц и др. Противопригарные краски представляют собой суспензии этих материалов с добавками связующих.

Приготовление свежих смесей производят на землеприготовительных участках. При этом выполняются следующие операции: сушка песка, глины и других компонентов смеси; размол глины и угля; просеивание и смешивание компонентов свежей смеси с отработанной смесью и крепителями (связующими компонентами); увлажнение и рыхление.

Выполнение этих работ, как правило, механизировано. Для сушки используют различные нагревательные устройства (часто, проходного типа). Уголь и глину размалывают в шаровых мельницах, затем просеивают на встряхивающихся или барабанных ситах. Для смешивания всех материалов применяют специальные установки.

Жидкие самотвердеющие смеси заменяют формовочные и стержневые смеси. Они применяются для изготовления как форм, так и стержней. Особенностью этих смесей является способность сохранять жидкоподвижное состояние в течение 8. 12 мин после приготовления — в таком состоянии они заполняют форму, а затем через 20. 50 мин самопроизвольно отвердевать и упрочняться по всему объему. Их применение позволяет избавиться от достаточно трудоемких землеприготовительных работ, улучшает качество отливки.

Формовочные материалы для литья конструкционных сплавов металлов (огнеупорные формовочные материалы).

Формовочные материалы (ФМ)

1) Классификация ФМ и требования, предъявляемые к ним

Технологической стадией, предваряющей литье металлических сплавов, является формовка.

Формовка –– технологический процесс изготовления изделий путем заполнения (формовки) заранее подготовленных форм

Формовочные материалы –– вспомогательные материалы, применяемые для изготовления форм

Основными компонентами формовочных масс являются огне­упорный мелкодисперсный порошок и связующие вещества.

Классификация формовочных материалов в зависимости от назначения

v для формовки пластмасс прессованием под давлением и инжекционным прессованием (литьем)

v для литья сплавов легкоплавких металлов

v для обработки металлов давлением (штамповки искусственных металлических коронок)

v для изготовления огнеупорных моделей

v для литья конструкционных сплавов металлов (огнеупорные)

Классификация формовочных материалов в зависимости

Внедрение в зубное протезирование индивидуального литья с применением тугоплавких сплавов (нержавеющих сталей, КХС) привело к необходимости создания специаль­ного состава формовочных материалов, требования к кото­рым могут быть сформулированы следующим образом:

v они должны обеспечивать точность литья, в том числе четкую поверх­ность отлитого изделия;

v должны легко отделяться от отливки, не «пригорая» к ней;

v для обеспечения качественной поверхности отливки огнеупорный порошок должен иметь высокую дис­персность;

v время затвердевания должно быть в пределах 7-10 ми­нут;

v они должны создавать газопроницаемую оболочку, которая будет в состоянии поглощать газы, образую­щиеся при заливке расплавленного металла;

v они должны иметь величину коэффициента темпера­турного расширения, достаточную для компенсации усадки затвердевающего металла.

v они не должны содержать вещества, которые, реаги­руя с отливкой, понижают ее качества;

v они не должны содержать вещества, которые, реаги­руя с отливкой, понижают ее качества;

В современном литейном производстве используют гип­совые формовочные материалы, а также фосфатные и сили­катные.

К формовочным материалам относятся:

· Сплавы легкоплавких металлов

· Огнеупорные на основе кремния

2) Отличие облицовочных смесей от наполнительных, какие материалы используются для их применения

Формовочные смеси делят на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесьслужит для образования лицевого слоя формы, непосредственно соприкасающегося с металлом (толщина слоя 20—30 мм). Она составляется из материалов лучшего качества и приготовляется более тщательно. Облицовочные смеси, состоящие из чистого кварцевого песка и огнеупорной глины, называются синтетическими. В состав облицовочных смесей кроме свежей глины и песка добавляется «горелая» смесь (т. е. формовочная смесь, выбитая из опок после получения отливки).

Наполнительная смесь служит для заполнения всего остального объема формы и делается из менее качественной смеси. В состав наполнительной смеси входит главным образом «горелая» смесь и небольшое количество свежих кварцевых или глинистых песков.

Для форм мелких отливок наиболее часто используют единую смесь, которую полностью перерабатывают после каждого употребления.

3) ФМ для безмодельного литья

Формовочные материалы для литья конструкционных сплавов металлов (огнеупорные формовочные материалы).

Основные компоненты:

1. Мелкодисперсный кварцевый порошок, имеющий аморфную структуру и содержащий не менее 98% окиси кремния и не более 2% глинистых примесей

2. Связующие вещества: сульфаты, фосфаты, силикаты

Сульфатные (гипсовые) формовочные материалы содержат окись кремния и от 20 до 40% полуводного гипса.

В качестве катализатора используется 2-3% р-р хлорида натрия

Применяются для отливки сплавов с температурой плавления до 1000 0 С

Гипсовый формовочный материал состоит из гипса (20-40%) и окиси кремния. Гипс в этом случае является свя­зующим. Окись кремния придает массе необходимую вели­чину усадочной деформации и теплостойкость. В качестве регуляторов скорости затвердевания и коэффициента тем­пературного расширения в смесь добавляется 2-3% хлорида натрия или борной кислоты. Замешивается масса на воде при температуре 18-20°С. Номинальная температура разо­гревания формы подобного состава до заливки металла со­ставляет 700-750°С.

Эти формы непригодны для получения отливок из не­ржавеющей стали, температура плавления которой 1200-1600°С, из-за разрушения гипса, а потому их применя­ют для литья изделий из сплава золота, серебра, литье легкоплавких сплавов.

Фосфатныеформовочные материалы состоят из кристобалита (чистый кварцевый песок, обработанный при высоких температурах) и жидкости (фосфорная кислота, окись магния, вода, гидрат окиси алюминия)

Применяются для отливки сплавов металлов с температурой плавления свыше 1100 0 С (стальные сплавы).

Фосфатные формовочные материалы состоят из порошка (цинкфосфатный цемент, кварц молотый, кристоболит, окись магния, гидрат окиси алюминия и др.) и жидкости (фосфорная кислота, окись магния, вода, гидрат окиси алю­миния).

Эти формовочные материалы компенсируют усадку при охлаждении нержавеющих сталей, которые имеют темпера­турный коэффициент объемного расширения примерно 0,027 К-1. Усадка золотых сплавов составляет около 1,25%, и эту усадку компенсирует гипсовая форма. Схватывание фосфат­ных форм в зависимости от состава продолжается 10-15 мин.

Силикатные формовочные материалы состоят из порошка (маршалит – очищенная кварцевая мука, содержащая не менее 98% окиси кремния с высокой степенью дисперсности) и вяжущей жидкости (смесь этилового спирта, воды, концентрированной соляной кислоты и этилсиликата – этиловый эфир ортокремневой кислоты)

Применяются для отливки сплавов с температурой плавления свыше 1100 0 С

Силикатные формовочные материалы почти повсеместно вытеснены фосфатными материалами. Они отличаются высокой термостойкостью и прочностью. Их внедрение вызвано применением КХС и нержавеющих сталей. Кроме гипса и фосфатов, в качестве связующих здесь используют кремниевые гели. Из органических соединений кремния чаще применяется тетраэтилортосиликат Si(OC2H5)4, который легко гидролизуется с образованием при прокаливании конечных продуктов в виде двуокиси кремния.

Вяжущая жидкость силикатной формовочной массы состоит из смеси этилового спирта, воды и концентрированной соляной кислоты, куда постепенно (по каплям) введен этилсиликат. В качестве огнеупорной составляющей (порошка) чаще применяются кварц, маршаллит, корунд, кристоболит и другие вещества.

Силикатные формовочные массы отличаются большим коэффициентом термического расширения. Для обеспечения точности отливки необходимо соблюдать правильное соотношение между порошком и жидкостью (вяжущим раствором). Оптимальное соотношение, обеспечивающее компенсацию усадки формы, составляет 30 г жидкости и 70 г порошка. Время схватывания материала равняется 10-30 мин