Лабораторная работа №1 Приготовление единичное формы и технология заливка чугунных сплавов

Практическое занятие №5
СВОЙСТВА ФОРМОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ


Общие сведения
Значительную часть отливок из различных сплавов получают в разовых литейных формах. При изготовлении литейных форм смесь уплотняют вокруг модели, а при изготовлении стержней (частей литейной формы, с помощью которых получают внутрен­ние полости или сложные внешние очертания отливок) — в стерж­невых ящиках. Чтобы улучшить качество поверхности отливки формы и стержни припыливают или покрывают слоем краски. Формовочные и стержневые смеси, а также краски и припылы приготовляют смешением различных исходных материалов.
Пески делят на две категории А и Б. К категории А относятся пески с большим остатком основной фракции песка на крайнем верхнем сите (из трех смежных), к категории Б — пески с большим остатком на крайнем нижнем сите.
Кварцевые пески с рассредоточенной зерновой структурой раз­деляются на четыре группы: 1 — крупный КРК (сита 04, 0315 и 02); 2 — средний КРС (сита 0315, 02 и 016); 3 — мелкий КРМ (сита 02, 016 и 01); 4 — с общей рассредоточенностью КРО (в основ­ной фракции на трех любых ситах менее 60%). Суммарный остаток на ситах должен быть для первых трех групп не менее 60%.
При маркировке песка на первом месте ставят обозначения класса, на втором — группы и на третьем — категории. Например, кварцевый песок средней зернистости обозначается 1К02А, 2К02А, ЗК02А или 1К02Б. 2К02Б, ЗК02Б; песок с рассредоточенной зер­нистостью— 2КРСА, 1КРСА или 2КРСБ, 1КРСБ; тощие пески — — Т0315А и т. д.; полужирные и очень жирные пески — П025, Ж016, ОЖ01.
Типовые составы формовочных и стержневых смесей.
В зависимости от условий работы и технологического процесса изготовления отливки формовочные и стержневые смеси должны обладать следующими основными свойствами:

1. 
   прочностью — способностью форм и стержней не разру­шаться под действием внешних усилий;
   
2. 
   поверхностной прочностью (осыпаемостью) — сопротивлением поверхностного слоя формы или стержня истирающим уси­лиям;
   
3. 
   поверхностной твердостью — способностью поверхности формы (или стержня) сопротивляться проникновению в нее более твердого тела;
   
4. 
   газопроницаемостью — способностью смеси пропускать че­рез себя газы;
   
5. 
   малой газотворностью — способностью смеси выделять газы при нагревании;
   
6. 
   текучестью — способностью смеси перемещаться под дей­ствием внешних усилий или собственного веса;
   
7. 
   податливостью — способностью форм и стержней сжиматься при усадке остывающей отливки;
   
8. 
   низкой гигроскопичностью — способностью компонентов смеси поглощать влагу из окружающей среды;
   
9. 
   малой прилипаемостью — способностью смеси прилипать к стенкам модели или стержневого ящика;
   

10. 
    огнеупорностью — способностью смеси выдерживать вы­сокую температуру без оплавления;
    
11. 
    низкой пригораемостью—способностью смеси привари­ваться к стенке отливки в результате механического и химиче­ского взаимодействия с металлом;
    

12. 
    высокой выбиваемостью — способностью форм и стержней легко разрушаться после охлаждения отливки;
    
13. 
    долговечностью — способностью смеси сохранять свои свой­ства после повторных заливок;
    
14. 
    «живучестью» — способностью смесей сохранять свои фи­зико-механические свойства от момента их приготовления до при­менения.
    

Для повышения чистоты поверхности отливок применяют взамен кварцевого песка высокоогнеупорные формовочные материа­лы: цирконовый песок, оливинит, хромистый железняк, магнезит.

Цирконовый песок ZrSi0₄ отличается высокими физико-химичесскими свойствами, обладает хорошей теплопроводностью и большой плотностью, не дает пригара на поверхности отливок. Температура его плавления свыше 2400° С.
Цирконовый песок применяют для приготовления облицовочных и стержневых смесей, а также формовочных красок для крупных отливок. Вследствие большей теплопроводности цирконовый песок способствует более быстрому охлаждению отливки по сравнению с обычными формовочными материалами, что дает возможность регу­лировать процесс затвердевания и кристаллизации металла.
Оливинит — магнезиальный силикат Mg₂Si0₄. Огнеупорность оливинита 1750—1830° С. Оливинитовые пески по эффективности и экономичности занимают среднее место между циркониевыми и кварцевыми. Наиболее эффективно применение оливинита в про­изводстве отливок из марганцовистой стали благодаря получению высокой чистоты поверхности отливок.
Хромистый железняк Fe0-Cr₂0₃ (хромит) в молотом виде вводят в состав облицовочной смеси, используемой для форм крупных стальных отливок. Температура плавления (1450—1850° С) хро­мистого железняка понижается с увеличением содержания окислов железа. Хромистый железняк применяют в виде порошка, просеян­ного через сито с ячейками 1,5 мм. После просева хромистый желез­няк должен иметь следующий зерновой состав: остаток 60—70% на ситах 1—04 и 30—40% на ситах 1—063. Хромистый железняк не должен содержать посторонних примесей, понижающих его огнеупорность.
Природные свойства хромистого железняка: высокая огнеупор­ность, постоянство объема при нагревании, отсутствие химического сродства с окисью железа — обеспечивают получение отливок с повышенной чистотой поверхности.
Магнезит MgC0₃ после обжига имеет температуру плавления 2800° С. В состав магнезита, кроме MgO, который образуется после обжига, входят песок, глина, известь и окислы железа. Магнезит применяют в облицовочных смесях для отливок из высокомарган­цовистой стали 110Г13Л (сталь Гадфильда).
Шамот (40% А1._а0₃, остальное Si0₂) представляет собой предва­рительно (до спекания) обожженную огнеупорную глину; имеет высокую огнеупорность 1670—1750° С. Шамот применяют для изготовления сухих форм крупных стальных отливок.
Исходные материалы подразделяют на основные (пески, глины связующие) и вспомогательные (противопригарные добавки, краски и другие материалы). Качество основных, вспомогательных мате­риалов и методы их испытания регламентируются ГОСТами или техническими условиями.
Связующие материалы добавляют в смесь для повышения ее прочности в высушенном и влажном состояниях. В литейном про­изводстве широко применяют следующие связующие: концентраты сульфитно-спиртовой барды К связующим предъявляют следующие требования. Они должны:

1. 
   Равномерно распределяться по поверхности формовочных песков при приготовлении формовочных и стержневых смесей.
   
2. 
   Не прилипать к модели и стержневому ящику во время изготовления стержней и форм.
   
3. 
   Обеспечивать достаточную прочность в сыром и сухом состоя­нии.
   
4. 
   Сообщать смеси пластичность для получения хорошего отпе­чатка модели в форме.
   
5. 
   Способствовать быстрому высыханию стержня и формы и не поглощать влагу при сборке форм и хранении стержней на складе.
   
6. 
   Не выделять много газов при сушке и заливке металла в форму, обеспечивать податливость формы и стержня.
   
7. 
   Не снижать огнеупорности формовочного материала а не увеличивать пригара на отлийках.
   
8. 
   Способствовать легкому удалению стержня из отливки.
   
9. 
   Быть безвредными и для работающих, и для окружающих людей (т. е. не разъедать рук и не выделять вредных газов), быть дешевыми и не дефицитными.
   

Для стального литья в качестве противопригарных материалов для облицовочных и стержневых смесей широко используют хро­мистый железняк, хромомагнезит, магнезит, циркон и пылевидный кварц (маршалит). Эти же материалы применяют при изготовле­нии противопригарных красок и паст. Для чугунного и цветного литья в качестве противопригарных материалов при формовке по-сырому используют мазут и каменноугольную пыль.
Древесноугольную пыль с размером частиц 0,05—0,1мм, гра­фит кристаллический (ГОСТ 5279—61) и аморфный (ГОСТ 5420—50), коксовый порошок с размером частиц менее 0,5 мм и тальк применяют при изготовлении противопригарных красок, паст, клеев и припылов.

2. 
   Порядок проведения работы
   

Студент получает 3-5 образцов формовочных смесей и стержневых смесей различного металлургического производства. После тщательного изучения образца делает описание его внешнего вида - агрегатное состояние, прочности, газопроницаемости и т.д.
Исходными данными для расчета формовочного отделения служат значения годового количества отливок с учетом потерь, представленные в таблице 3. Технологические потери форм при формовке приняты равными 3%. Металлоемкость формы определяется на основе известных значений массы отливок с литниками и прибылями.
Объем уплотненной формовочной смеси на форму (Vc) определяется по формуле (1):
Vc = Vф - (Vм + Vст), (1)
где Vс – объем уплотненной формовочной смеси,
Vф - объем формы, ;
Vм - объем металла в форме, ;
Vст - объем стержней в форме, .
Технологические потери форм приняты на уровне 3 %.

1. 
   Расчет технологического оборудования формовочного отделения
   

На основе определения необходимого количества форм осуществляется расчет технологического оборудования формовочного отделения по формуле (2):
n = B  к / a  Фд ,
(2)
где В - годовое количество форм с учетом потерь, шт;
к - коэффициент неравномерности, к = 1;
а - часовая производительность выбранного агрегата, ф/ч;
Фд - действительный фонд времени работы данного типа оборудования, ч
(при двухсменной работе Фд = 3645 ч).