Разделительные смазки для оснастки

Окончание табл. 6.1

Полупостоянные покрытия защищают оснастку (в основном деревянную) от преждевременного износа и одновременно уменьшают прилипаемость смеси к оснастке. Примеры некоторых покрытий приводятся ниже.

1. Нитроцеллюлозная эмаль НЦ 5123. Широко употребляемое пок­рытие. Его недостаток – невысокая влагостойкость.

2. Нитроцеллюлозная эмаль НЦ 5123+3¸5% битумного лака. Введение битумного лака частично устраняет недостатки, свойственные эмали НЦ 5123.

3. Покрытие состава, мас. ч.: эпоксидная смола ЭД-5100; дибутилфтолат 10–15; полиэтилен-полиамин 10–20; химически стойкий лак ХСЛ100. Применяется для металлической и деревянной оснастки при изготовлении стержней из ЖСС на жидком стекле и ферро-
хромовом шлаке. Срок службы деревянной оснастки повышается
в 2–3 раза. Отпадает необходимость в использовании разовых разделительных смазок.

4. Покрытие состава, мас.доля, %: низкомолекулярный силоксановый каучук 37–41; бензин “калоша” 39–53; этилсиликат-40 8–18; отвердитель – аминосилан АГМ-9 или кубовые остатки его ректификации АБК-2 1,5–2,5. Износостойкость 30000 съемов. Прочность на истирание до 6 МПа.

6.2. Литейные клеи и замазки

Клеи предназначены для склеивания стержней. Клей должен обладать хорошей кроющей способностью при нанесении на склеиваемые поверхности, обеспечивать требуемую прочность склеивания, обладать минимальной гигроскопичностью. Некоторые составы клея для склеивания стержней приводятся ниже (в мас. долях, %).

Замазки применяются для заделки дефектов на поверхности стержней (швов, трещин, сколов) при их окончательной отделке. Замазки должны иметь хорошую пластичность после подсушки, не должны давать трещин и отслаиваться от стержней. При изготовлении форм и стержней из ХТС для заделки дефектов могут использоваться рабочие составы ХТС с предварительным нанесением на поврежденное место слоя смолы или жидкого стекла с применением крепящих шпилек.

При изготовлении отливок из чугуна и медных сплавов при-
меняют замазку, состоящую из кварцевого песка (средний размер зерна 0063) – 65%, серебристого графита – 25%, глины каолинито-
вой – 15%. После перемешивания на 1 кг состава добавляют 0,3 л воды; для повышения пластичности иногда добавляют 0,5% мыльного порошка.

При изготовлении стержней для стальных отливок применяют замазку из каолинитовой глины – 40%, пылевидного кварца – 30%, кварцевого песка – 30%. Полученную массу перемешивают с 2% ЛСТ (плотностью 1,3 г/см³) и водой – 13%.

При изготовлении стержней для отливок из алюминиевых сплавов применяют замазку из талька – 63–70%, кварцевого песка (средний размер зерна 01) – 36–38%, декстрина – 1–2%; сверх 100% добавляют ЛСТ – 1–2% (плотностью 1,3 г/см³) и воды – 30–40%. Для магниевых отливок в замазки добавляют 3–6% борной кислоты в качестве защитной присадки.

6.3. Прокладочные жгуты и стержневые фитили

Прокладочные жгуты служат для уплотнения разъемов при сборке форм, а также знаков стержней и литниковых чаш. Жгуты должны обладать хорошей пластичностью, достаточной прочностью на растяжение (0,004–0,005 МПа) и противостоять воздействию жидкого металла. В литейных цехах применяются прокладочные жгуты следующих составов.

1. Молотый асбест 60-80%, битум нефтяной (БН-П) 10–20%, минеральное масло 10–20%.

2. Молотая глина 50%, битум нефтяной (БН-П) 25%, вода 25%.

3. Молотая глина 10–15%, кварцевый песок 85–90%, вода (сверх 100%) 20–25%.

4. Бентонит 35–40%, тальк 10–12%, жидкое стекло (плотностью 1,34–1,36 г/см³) 48–55%.

Расход жгута составляет 2,5–4,0 кг/т годных отливок. Достигаемое снижение массы заливов при применении жгутов составляет
6–12 кг/т годных отливок.

С применением жгутов взамен промазки огнеупорной глиной толщина заливов по знаковым частям и ладу формы сокращается
на 40–50%; выход годного литья для средних отливок повышается на 1%, для крупных – на 0,3%.

Стержневые фитили облегчают газоотвод из стержней в процессе заливки металла.

Для стержней, высушиваемых при температуре 220°С и выше при­меняются жгуты следующего состава: битум № 5 80%, пара-
фин 15%, петролатум 5%.

Для стержней, высушиваемых при температуре ниже 220°С: битум № 3 80%, парафин желтый 20%.

Для стержней из песчано-смоляных ХТС рекомендуется применять капроновые шнуры, представляющие собой упругую трубку диаметром 7 мм из капроновых моноволокон и хлопчатобумажных нитей, которую размещают в стержне в процессе подачи смеси в стержневой ящик.

6.4. Экзотермические смеси
и теплоизоляционные материалы

Экзотермические смеси используют для обогрева прибылей с целью повышения эффективности питания отливок, сокращения массы прибыли и повышения выхода годных отливок.

Источником выделяющейся теплоты служит реакция окисления алюминия (в виде порошка, стружки или крупки) или кремния (в составе ферросилиция, силикокальция и др.).

2Al + Fe₂O₃ = Al₂O₃ + 2Fe + 873,6 Дж.

4Al + 3O₃ = 2Al₂O₃ + 1675,8 Дж.

3Si + 2Fe₂O₃ = 3SiO₂ + 4Fe + 1381,8 Дж.

Составы экзотермических смесей включают следующие пять групп компонентов:

- окисляемые компоненты (алюминий, ферросилиций, силикокальций и др.);

- окислители (железорудные молотые концентраты, железная окалина, концентраты марганцевых и хромитовых руд, натриевая и калиевая селитра и др.);

- катализаторы, снижающие температуру воспламенения термитной смеси (фториды щелочных металлов, криолит);

- наполнители (кварцевый песок, шамотный порошок и др.);

- связующие (огнеупорная глина, жидкое стекло, ЛСТ, декстрин, синтетические смолы и др.).

Основные требования, предъявляемые к экзотермическим смесям: низкая температура воспламенения; стабильное горение смеси с небольшой скоростью; отсутствие обильного газовыделения при сгорании смеси; отсутствие пироэффекта; хорошая формуемость и прочность; отсутствие механического пригара и деформаций; применение недефицитных и недорогих материалов.

Расход экзотермической смеси на 1 т годных отливок составляет 60–70 кг. Масса прибыли снижается в 2,5–4 раза (по сравнению с
необогреваемыми прибылями), выход годных отливок возрастает
до 75–80%.

Примеры составов экзотермических смесей, в мас. долях, %:

- для стальных отливок: алюминиевый порошок 23, оксид железа 12, марганцевая руда 4, криолит 6, огнеупорная глина 10, декстрин 4, шамот порошкообразный 41;

- для отливок из серого и высокопрочного чугуна: алюминие-
вый порошок 15–20, оксид железа 8–16, криолит 2–4, огнеупорная глина 7–10, декстрин 4–6, шамот порошкообразный до 100%, син­тетическая смола 4,5–5,5;

- для отливок из медных и алюминиевых сплавов: алюминиево-магниевая крупка (3,5–15% MgO) –-18,5, марганцевая руда 40–52, фтористый натрий 0,5–1,5, натриевая селитра 0,5–6,0, огнеупорная глина 4,0–6,5, жидкое стекло 4–6, кварцевый песок 10–25.

Теплоизоляционные материалы и смеси используют в виде пластин, втулок, для облицовки литейных прибылей с целью ограничения потерь тепла жидкого металла в прибыли и увеличения длительности ее работы, а также в качестве засыпок на зеркало металла в ковшах, открытых прибылях и в изложницах при получении слитков с целью снижения теплопроводности через зеркало металла.

К теплоизоляционным материалам, применяемым в литейном производстве, относят аглопоритовый песок (кремнистые опаловые породы с примесями глинистых и песчаных материалов), диатомит (осадочная порода из раковин диамитовых водорослей), трепел (пористая опаловая осадочная горная порода), вспученный перлит (зернистый пористый материал, получаемый путем термической обработки измельченных металлических пород), керамзит (песок и гравий), отходы слюды, вспученный вермикулит, кремнеземистое волокно, базальтовое волокно, высокоглиноземистую вату и др.

Наибольшее применение в технологических процессах литейного производства в качестве теплоизоляционного материала находит вспученный перлит как наиболее доступный, дешевый и технологичный материал.

6.5. Добавки специального назначения

Добавки для улучшения свойств смесей на стадии формовки и отверждения.

1. Добавки, снижающие внутреннее трение между частицами песка и улучшающие реологические характеристики смесей (сыпучесть, подвижность, формуемость, уплотняемость). К таким добавкам относятся поверхностно активные вещества (ПАВ), в частности, алкиларилсульфонаты (РАС, КЧНР, НБ, НЧЛ и др.).

Рафинированный алкиларилсульфонат (РАС) на основе сульфокислот керосиновых фракций представляет собой натриевые соли нефтяных сульфокислот.

Смачиватель НБ – натриевая соль сульфированного продукта конденсации нафталина с бутиловым спиртом (бутилнафталинсульфонат натрия).

НЧК – 25%-й раствор аммонийных солей нефтяных сульфокислот нейтральной или слабощелочной реакции.

КЧНР – контакт черный нейтрализованный рафинированный на основе натриевых солей алкилароматических кислот, представляющий собой водный раствор кислого нефтяного гудрона, нейтрализо­ванный и рафинированный от масел, смол и сульфата натрия.

При введении ПАВ в смеси в количествах до 0,1% улучшается сыпучесть смесей, что особенно важно при пескодувном и пескострельном способе изготовления стержней. При повышении их расхода до 0,2–0,55 и при дополнительном введении воды они проявляют пенообразующие свойства и позволяют перевести смесь при активном перемешивании в жидкоподвижное состояние (ЖСС).

2. Добавки для повышения живучести готовой смеси; для жидкостекольных смесей используют водные растворы едкого натра, для песчано-смоляных – добавки аминоспиртов, гликолей.

3. Добавки для повышения прочности смесей, устранения разупрочнения смесей при хранении: продукты синтеза глюкозы или продукты взаимодействия метиламина и полисахаридов (крахмалит).

4. Добавки, химически связывающие вредные выделения и улуч­шающие санитарно-гигиенические условия труда. Для связывания паров формальдегида при отверждении песчано-смоляных смесей используют добавки мочевины или других аминосоединений. Выделения высокотоксичного фенола при нагреве фенолсодержащих смол могут быть в значительной степени обезврежены при введении в смеси сильных окислителей (марганцевокислый калий, персульфат калия, кальциевая селитра).

5. Добавки улучшающие свойства форм и стержней:

1) добавки, улучшающие теплопроводность смеси. Благодаря действию этих добавок повышается скорость теплоотвода от жидкого металла, быстрее формируется его твердая корка в зоне контакта со стержнем (формой). К такого рода добавкам относятся порошки оксидов железа и марганца, металлические порошки (алюминия, железа, ферросилиция), чугунная или стальная дробь и т. д.;

2) добавки, препятствующие образованию газовых дефектов в отливках из черных сплавов. При термическом разложении азотосодержащих смол выделяются азот и водород, служащие причиной образования пористости и раковин в металле. Эффективным средством предупреждения газовых дефектов является введение тонкодисперсных порошков оксида железа или диоксида марганца. Эти же добавки препятствуют насыщению поверхности отливки углеродом (науглероживанию), что актуально при получении отливок из низкоуглеродистой стали.

В качестве материалов на основе оксидов железа применяется

сурик железный сухой для лакокрасочной промышленности
(ТУ 6–10–1216–72) – природный неорганический пигмент красно-коричневого цвета на основе красковых руд Криворожского месторождения;

3) противопригарные добавки. Примерами служат добавки, образующие блестящий углерод в ПГС (каменный уголь, пенополистироловая крошка, специальные масла и др.), добавки фторидов и серы, препятствующие окислению при заливке магниевых сплавов, и многие другие;

4) добавки, легирующие поверхностный слой металла. Добавки этой группы вводят, как правило, в состав противопригарной краски. При контакте с жидким металлом легирующая добавка диффундирует из краски в поверхностный слой отливки, придавая ему требуемые специальные свойства. Например, добавки карбида бора, феррохрома служат для повышения твердости поверхностного слоя отливок из черных сплавов; добавки теллура, свинца, серы, сурьмы, висмута и их соединений снижают твердость поверхностного слоя металла и улучшают его механическую обрабатываемость;

5) добавки для улучшения податливости стержней при высокотемпературном нагреве. Вследствие силового взаимодействия отливки и формы в начальные моменты остывания в затвердевшем металле развиваются внутренние напряжения, которые могут привести к образованию в отливке горячих трещин. Для улучшения податливости формы используют выгорающие добавки (древесную муку или опилки, пенополистироловую крошку и т. п.) или волокнистые и высокопористые молотые материалы (асбест-крошка, вспученные перлит и вермикулит и т. п.). Для высокотермостойких смоляных связующих возможно внедрение добавок пластификаторов (дибутилфтолат, глицерин) или окислителей (КМnO₄, NaNO₃ и др.).

6. Добавки для улучшения выбиваемости смеси. Кероген непылящий (ТУ 38.10940–75) – однородный порошкообразный концентрат сланца, смешанного со смягчителем – нефтяным маслом ПН-6.

Кероген вводят в составы ЖСС, ПСС и смесей по СО₂-процессу в количестве 2–3 мас. долей, %.

Диспергатор НФ технический (ГОСТ 6848–79) – нейтрализованный продукт конденсации сульфокислот нафталина с формальдегидом.

НФ жидкий пожаробезопасен, сухой – горючее вещество с температурой самовоспламенения 564°С; относится к III классу умеренно опасных (по токсичности) веществ. Используется преимущественно в составах смесей по СО₂-процессу после дополнительного кон-
центрирования до содержания активного вещества 60–65% на сухой продукт. Позволяет уменьшить содержание жидкого стекла
до 3–4 мас. ч. на 100 мас. ч. песка. Возможно использование ХТС с жидкими отвердителями.

7. Подготовка исходных материалов

Исходные формовочные материалы, применяемые в качестве компонентов смесей, перед использованием подвергают соответствующей подготовке. Формовочный песок сушат, а затем просеивают. Температуру сушки определяют исходя из содержания в песке глинистой составляющей. Для песков, в которых содержание глинистых составляющих более 10%, температура сушки не должна превышать 250–300°С. Пески с меньшим содержанием глинистой составляющей сушат при температуре 500°С. Сушку песка осуществляют в горизонтальных барабанных сушилах.

Рис. 7.1. Схема горизонтального барабанного сушила:

1 – топка; 2 – течка для загрузки песка; 3 – дымосос;
4 – выходное отверстие; 5 – барабан; 6 – привод;
7 – винтовые насадки для распределения высушиваемого материала

Горизонтальное барабанное сушило показано на рис. 7.1. Загрузку песка в барабан 5 производят непрерывно. При вращении барабана, установленного под углом к горизонту, песок движется по наклону под действием собственной массы и распределяется внутри барабана по продольным каналам насадок 7. Высушенный песок поступает в ленточный транспортер, а после охлаждения – к месту потребления. Производительность горизонтальных барабанных сушил в зависимости от модели составляет до 45 т песка в час.

Схема установки для сушки песка в «кипящем» слое приведена
на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Схема установки для сушки и охлаждения песка в «кипящем» слое:

1 – сушильная камера; 2 – приемная воронка; 3 – транспортер;
4 – течка; 5 – газораспределитель­ная решетка; 6 – топка; 7 – трубопровод;
8 – шибер; 9 – трубопровод; 10 – вентилятор; 11 – смесительная камера; 12 – воздухораспределительная решетка; 13 – транспортер;
14 и 16 – желоба; 15 – охладительная камера

Влажный песок по ленточному транспортеру 3, через приемную воронку 2 и течку 4 поступает в сушильную камеру 1 на газораспределительную решетку 5. Топливо подается по трубопроводу 7 и сжигается в топке 6. Из топки горячие газы поступают в смесительную камеру 11, в которой они частично охлаждаются холодным воздухом до 900–1000°С, а затем продуваются через газораспределительную решетку 5. При продувке песок переходит в состояние псевдокипения, в процессе которого зерна песка обдуваются горячими газами и трутся друг о друга, частично очищая свою поверхность от примазок других минералов. Высушенный горячий песок по желобу 16 поступает в охладительную камеру 15, в которой он повторно продувается через воздухораспределительную решетку 12, но уже холодным воздухом. К установке воздух нагнетается вентилятором 10 по трубопроводам 9. Регулирование подачи воздуха производят шиберами 8. Охлажденный песок по наклонному желобу 14 поступает на ленточный транспортер 13, а затем к месту потребления. Производительность установок для сушки песка в «кипящем» слое в зависимости от модели составляет от 3 до 24 т/ч.

Формовочные пески с высоким содержанием глинистой составляющей (более 10%) после сушки с целью разминания комьев подвергают дроблению с применением оборудования, предназначенного для грубого дробления формовочных материалов. К данному виду оборудования относятся щековые, валковые, молотковые и роторные дробилки.

Схема одного из видов этого оборудования – щековой дробилки – приведена на рис. 7.3. Материал, предназначенный для дробления, загружают в зазор 1, образованный подвижной 3 и неподвижной 2 щеками. Дробление кусков осуществляется с помощью эксцентрикового вала, передающего колебательное движение подвижной щеке через шатун 6, который, поднимаясь с помощью распорок 5, приближает ее к неподвижной щеке, а, опускаясь, позволяет ей под действием пружины отойти обратно. Загруженный кусковой материал при этом опускается и измельчается до величины, соответствующей наи­меньшему расстоя-
нию 4 между щеками, после чего проваливается вниз. Производительность дробилок данного типа составляет до 5–6 м³/ч.

Рис. 7.3. Схема щековой дро­билки:

1 – верхний зазор; 2 – неподвижная щека; 3 – подвижная щека;
4 – нижний зазор; 5 – распорки; 6 – шатун

Просеивание песка с целью отделения спекшихся комочков и мелких камней (гальки) производят с помощью полигональных барабанных сит или вибрационных установок (грохотов), имеющих размеры ячеек 3–5 мм.

Все высокоогнеупорные наполнители формовочных смесей и противопригарных красок (хромит, хромомагнезит, магнезит и др.) долж­ны иметь такой зерновой состав, который соответствовал бы их назна­чению. В противном случае их перед применением измельчают (дробят, размалывают) и просеивают. Например, хромитовые пески применяют обычно таких групп: 01, 016 и 02. Кусковой хромит подвер­гают измельчению в дробильно-размольных машинах: щековых и ко­нусных дробилках, а затем в размольных вальцах или бегунах с про­сеиванием на ситах до получения фракции 3,2–0,5 мм. Измельчение хромита до размера зерен менее 0,06 производят в трубных мельницах.

Формовочную глину используют в сухом молотом состоянии или в виде водной суспензии. Подготовка глины заключается в следующем. Комовую глину сначала подвергают сушке в барабанных сушилках. Температура сушки обычной глины не должна превышать 200–250°С, а бентонитовой – 150–180°С. При более высоких температурах глина будет терять свою связующую способность. Дробление и размол глин обычно происходит в две стадии: грубое и тонкое дробление. Для тонкого дробления используют шаровые мельницы (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Схема шаровой мельницы:

1 – загрузочная воронка; 2 – барабан из стальных пластин; 3, 5 – сита;
4 – лопатки для повторного сбрасывания в барабан крупных частиц;
6 – разгрузочное окно

В барабан вместе со стальными шарами загружают глину, которая, прошла стадию грубого дробления. Во время движения барабана шары размалывают глину, которая, проходя через решетчатые стенки, выходит наружу через разгрузочное окно. Глина, не прошедшая через решетчатые стенки барабана, специальными лопастями повторно направляется в барабан для дробления. С целью увеличения производительности шаровые мельницы оснащаются специальными проточными сепараторами, которые улучшают процесс отделения недомолотой глины для повторного размалывания. Производительность шаровых мельниц составляет до 6–7 т/ч.

Глинистую суспензию приготавливают следующим образом. Сначала комовую глину замачивают в баках с водой в соотношениях по массе 1:2 – для обычных и 1:4 – для бентонитовых глин. После истечения срока, достаточного для разбухания глины, ее размешивают в лопастном смесителе до получения однородной суспензии плотностью 1,2–1,3 г/см³. Преимуществом использования глинистой суспензии является устранение операций сушки и размалывания, сопровождающихся обильным пылевыделением.

Каменноугольную пыль приготавливают в шаровых или молотковых мельницах. Тонкость помола угля должна соответствовать фракциям 005 и 0063, сумма которых должна составлять не менее 70%. Для приготовления песчано-глинистых смесей, предназначенных для чугунного литья, используют глиняно-угольную суспензию, получаемую путем смешивания глинистой суспензии с каменноугольной пылью в соответствующих пропорциях.

Сульфитно-спиртовую бражку марки КБЖ разводят в воде до плотности (1,27¸1,30)10³ кг/м³, а бражку марки КБТ сначала растворяют в котле водой (на 100 кг бражки 50 л воды), после чего подвергают нагреву. Температура нагрева не должна превышать 90°С, так как при более высокой температуре частично теряется ее связующая способность. Плотность полученной после охлаждения жидкости должна составлять (1,27¸1,30)10³ кг/м³.

Помимо рассмотренных выше основных компонентов смесей (песка и глины) и способов их подготовки, в качестве основного компонента смесей широко используются также оборотная смесь и регенерированный песок. Оборотную смесь получают из отработанной песчано-глинистой смеси, а регенерированный песок – из отработанных формовочных и стержневых смесей.

8. Формовочные и стержневые смеси

Качество и стоимость отливок в значительной степени зависят от правильного выбора состава и технологических свойств формовочных и стержневых смесей. Состав смесей зависит от назначения, рода заливаемого сплава, сложности и ответственности отливок, наличия необходимых исходных материалов, серийности производства, технологии изготовления и сборки форм и стержней, планируемой себестоимости отливок.

По роду заливаемого сплава различают смеси для стального, чугунного и цветного литья. Смеси для стального литья должны выдерживать температуру заливки сплава 1480–1540°С, для чугуна – 1380–1420°С и цветных сплавов – ниже 1200°С.

По назначению смеси разделяют на формовочные и стержневые, а также на единые, облицовочные и наполнительные. Стержневые смеси в отличие от формовочных должны обладать большей газопроницаемостью, прочностью, податливаемостью, огнеупорностью и т. д.

Единые смеси применяют главным образом при изготовлении мелких и средних форм в условиях высокомеханизированного производства. При использовании в эти смеси вводится значительное количество свежих материалов для поддержания прочности и газопроницаемости смеси в заданных пределах.

Облицовочные смеси применяются для крупных стальных и чугунных отливок в условиях серийного и единичного производства. Они наносятся вокруг модели слоем 15–20 мм и более, в зависимости от толщины стенки отливки. Для улучшения технологических свойств облицовочных смесей в них могут вводить более 50% свежих материалов. Облицовочные смеси используют в тех случаях, когда применение единых смесей дает значительный брак отливок по вине формовочной смеси.

Наполнительная смесь наносится поверх облицовочной и занимает остальной объем формы. Наполнительная смесь приготавливается из отработанной смеси с небольшой добавкой свежих материалов или без них и должна обладать высокой прочностью и газопроницаемостью.

Естественные смеси. В настоящее время эти смеси применяются редко для изготовления мелких отливок из чугуна и цветных сплавов. Нестабильность состава и свойств этих смесей не гарантирует получения качественных отливок. Глина, входящая в состав естественных смесей, имеет малую связующую способность и низкую огнеупорность.

Смеси, в состав которых глина входит как самостоятельная добавка, называются синтетическими. На практике широко применяют синтетические смеси в связи с высокими технологическими свойствами, простотой приготовления, легкостью поддержания постоянного состава и качества смеси.

При производстве крупных толстостенных отливок сырые песчано-глинистые формы не могут обеспечить получения качественного литья. На отливках образуется повышенный пригар, возможна деформация формы по причине ее недостаточной прочности, интенсивный прогрев формы существенно увеличивает газотворность и вероятность образования газовых раковин в отливках. В связи с этим формы сушат либо подсушивают с поверхности газовыми горелками, что позволяет повысить поверхностную прочность формы, уменьшить её газотворную способность, снизить затраты и время на изготовление формы. Классификация смесей для изготовления форм и стержней по типу, виду и характеру твердения приведена в табл. 8.1.

Таблица 8.1