Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Формовочные материалы: Учебное пособие

Голосов: 2

Приведены сведения об исходных материалах для формовочных, стержневых смесей, связующих и вспомогательных материалах. Даны составы и свойства смесей и противопригарных красок. Описаны методы испытания материалов и смесей, технология их приготовления и регенерации. Учебное пособие подготовлено на кафедре "Машины и технология литейного производства" Пензенского государственного университета в соответствии с учебным планом дисциплины "Технология литейного производства" (раздел "Формовочные материалы") специальности 120300 "Машины и технология литейного производства" и предназначено для студентов вышеназванной специальности.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


 ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ




                О. Н. Голотенков




    ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

                Учебное пособие




                 ПЕНЗА 2009


УДК 621.742
      Г61
                                 Р е ц е н з е н т ы:
              Кафедра «Машины и технология литейного производства»
              Камского государственного политехнического института
                  Главный металлург ОАО «Пензкомпрессормаш»
                                  С. Н. Сверчков



            Голотенков О. Н.
Г61           Формовочные материалы: Учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос.
            ун-та, 2009. – 164 с.: ил. 25, табл. 56, библиогр. 14 назв.
            ISBN 5-94170-056-3


           Приведены сведения об исходных материалах для формовочных, стерж-
        невых смесей, связующих и вспомогательных материалах. Даны составы и
        свойства смесей и противопригарных красок. Описаны методы испытания
        материалов и смесей, технология их приготовления и регенерации.
           Учебное пособие подготовлено на кафедре «Машины и технология ли-
        тейного производства» Пензенского государственного университета в соот-
        ветствии с учебным планом дисциплины «Технология литейного производ-
        ства» (раздел «Формовочные материалы») специальности 120300 «Машины
        и технология литейного производства» и предназначено для студентов вы-
        шеназванной специальности.




                                                                     УДК 621.742




ISBN 5-94170-056-3                   © Издательство Пензенского государственного
                                       университета, 2009
                                      © Голотенков О. Н., 2009


                          Введение
   Литье – один из самых древних видов обработки металлов. Чело-
век познакомился с металлом в незапамятные времена. Более 5000
лет люди используют литье для изготовления металлических орудий,
предметов быта, деталей машин и произведений искусства. Наука о
литье появилась совсем недавно, ей всего около 100 лет. Но до этого
литейщики создали огромное количество литых монументальных
памятников, уникальных отливок, сложных орудий и деталей машин.
   Сейчас наука о литье бурно развивается, она прочно стала на
службу производства, обогатив искусство литья. Уже первое знаком-
ство с процессами литья наводит на мысль об универсальности его
применения и сравнительной простоте отливки разных предметов.
На первой стадии развития литья основным металлом для получения
отливок были медь и медные сплавы.
   Литье является самым универсальным способом получения заго-
товок для деталей машин. Литьем можно получать отливки массой от
нескольких граммов до 600 тонн и более. Методом литья получают
отливки из черных сплавов (чугун и сталь), цветных сплавов на ос-
нове алюминия, меди, цинка, олова, также из тугоплавких металлов и
сплавов на основе молибдена, вольфрама, ниобия, тантала, имеющих
температуру плавления 2500–3410оС.
   В машинах и промышленном оборудовании около 50% всех дета-
лей (по массе) изготавливают литьем. Доля литых деталей в кузнеч-
но-прессовом оборудовании составляет 70–95%, в металлорежущих
станках – 80%, в текстильных машинах – 72%, в автомобилях и трак-
торах – 55%. На долю отливок приходится 20–25% себестоимости
трудоемкости изготовления машин. В настоящее время известно бо-
лее 100 различных способов литья. Наиболее широкое применение


                                2


нашли такие способы производства отливок, как кокильное литье,
литье по выплавляемым моделям, литье под давлением, центробеж-
ное литье, электрошлаковое литье, литье под регулируемым давле-
нием и т. д. Однако основную массу отливок из черных металлов
(чугун, сталь) получают в разовых песчано-глинистых формах. По
прогнозам развития литейного производства песчано-глинистые
формы сохранят свое доминирующее положение и в ХХI веке. Это
наиболее универсальный и дешевый способ получения отливок.
   Для получения качественных отливок в песчано-глинистых фор-
мах большое значение имеет материал, из которого изготовлена сама
форма. Заданные свойства формовочных смесей и форм обеспечива-
ют прежде всего выбором соответствующих формовочных материа-
лов-наполнителей (песков), связующих материалов и различных до-
бавок.
   В последние годы основным направлением развития технологии
изготовления литейных форм и стержней стали разработка и освое-
ние смесей, затвердевающих без нагрева.
   Их основное преимущество заключается в минимальной работе по
уплотнению, отверждению при температуре окружающей среды, а
также высокой прочности формы, в широкой возможности по управ-
лению технологическими свойствами применительно к различной
серийности производства, возможности повышения качества отли-
вок.




                               3


     1. Понятия о формовочных материалах
              и их основные виды
   Все материалы, применяемые для изготовления литейных форм и
стержней, объединяются общим названием “формовочные материа-
лы”. Среди формовочных материалов различают исходные формо-
вочные материалы, формовочные смеси и вспомогательные формо-
вочные составы и материалы.
   Исходные формовочные материалы можно подразделить на две
группы: основные (песок и глина) и вспомогательные (связующие
для стержней, уголь, опилки, торф, графит и др.).
   К вспомогательным формовочным составам относят формовоч-
ные краски, припылы, стержневой клей, замазки для исправления
стержней и другие составы, необходимые для изготовления и отдел-
ки форм.
   Чтобы обеспечить получение годной отливки, формовочные ма-
териалы должны обладать свойствами, отвечающими определенным
требованиям: 1) технологии изготовления форм и стержней; 2) усло-
виям взаимодействия формы с жидким металлом при заливке формы,
затвердевании и охлаждении отливки; 3) технологии приготовления
формовочной или стержневой смеси; 4) условиям выбивки форм и
удаления стержней.

   1.1. Свойства формовочных и стержневых смесей
   Для того, чтобы получить отливку, свободную от дефектов, фор-
мовочные и стержневые смеси, из которых изготовляют форму и
стержни, должны удовлетворять комплексу определенных свойств.
Все свойства смесей можно разделить на группы: гидравлические,
механические, технологические и теплофизические (рис. 1.1).
   Гидравлические свойства смесей в основном определяют условия
газообразования и удаления газообразных продуктов из полости
формы при заливке сплавом. Механические свойства определяют
прочностные характеристики литейной формы в период ее изготов-


                               4


ления, а также при заливке ее сплавом и затвердевании отливки. Тех-
нологические свойства характеризуют условия получения качествен-
ных форм и стержней, а также условия изготовления отливок с наи-
меньшей трудоемкостью и высоким качеством поверхности (без
трещин и засоров); теплофизические свойства – условия протекания
                                Свойства формовочных
                                 и стержневых смесей



        Гидравлические       Механические        Технологические      Теплофизические


Влажность           Твердость                  Уплотняемость       Теплоемкость*
Пористость*         Прочность:                 Текучесть           Теплопроводность*
Газопроницаемость   во влажном состоянии,      Прилипаемость       Температуро-
Газотворность*      в упрочненном состоянии,   Гигроскопичность    проводность*
                    в нагретом состоянии*,     Живучесть           Теплоаккумулирующая
                    в прокаленном состоянии    Осыпаемость         способность*
                                               Податливость*
                                               Огнеупорность*
                                               Пригораемость*
                                               Выбиваемость
                                               Долговечность*

тепловых процессов при затвердевании отливки в форме. Рассмот-
рим подробнее перечисленные выше свойства.
* Свойства смесей, определяемые при исследовательских работах

       Рис.1.1. Классификация свойств формовочных и стержневых смесей


                    1.2. Гидравлические свойства
   Влажность характеризует процентное содержание влаги в сме-
сях. Величина влажности определяет значение многих других
свойств смеси и оказывает прямое влияние на качество получаемых
отливок, например, при повышенной влажности смесей в отливках
могут возникать газовые раковины. В формовочных и стержневых
смесях различают следующие виды влаги: химически связанную, по-
верхностно-связанную и свободную.
   Химически связанная влага входит в состав минеральных компо-
нентов смеси (песка и глины). При ее удалении в процессе высоко-
температурного воздействия на смесь первоначальные свойства ми-

                                          5


неральных компонентов утрачиваются вследствие разрушения их
кристаллической решетки. Например, при нагреве песчано-глинис-
той смеси до температуры 300–700оС происходит необратимая де-
гидратация глины, сопровождаемая потерей ею связующих свойств.




    Рис. 1.2. Виды влаги, удерживаемой на поверхности компонентов смеси:
     1 – поверхностно-связанная; 2 – свободная; 3 – капиллярно-связанная;
                       4 – адсорбированная; 5 – жесткая
   Поверхностно-связанная влага (рис. 1.2) подразделяется на капил-
лярно-связанную и адсорбированную. Адсорбированная влага удер-
живается на поверхности смеси электростатическими силами. Тол-
щина слоя влаги может доходить до 0,5⋅10-6 м (0,5 мкм). Чем ближе
адсорбированная влага расположена к поверхности частички смеси,
тем больше она отличается по физическим свойствам от обычной
влаги. Например, влага, находящаяся непосредственно на поверх-
ности частички, толщиной в 3–4 молекулы воды, что составляет
примерно (8÷12) 10-10 м (8–12 А), имеет точку кипения выше 100оС,
температуру затвердевания – ниже 0, а плотность – больше 1. Такую
влагу обычно называют “жесткой” или “нежидкой”. Более отдален-
ные поверхностные слои адсорбированной влаги по своим физиче-
ским свойствам приближаются к обычной капельно-жидкой воде.
   Капиллярно-связанная влага удерживается на поверхности части-
чек смеси капиллярными силами. Свободная влага может быть уда-
лена из смеси под воздействием силы тяжести. Эта влага характерна




                                      6


для сильно увлажненной смеси или регенерированного мокрым спо-
собом формовочного песка.
   В соответствии с ГОСТ 29234.5–91 величину влажности смеси В (%)
определяют по изменению массы в процессе сушки навески смеси
при 105–110оС до постоянной массы и подсчитывают по формуле
                               М − М1
                         B =          100,
                                 М
где М и М1 – масса смеси до и после сушки, г.
   Определяют содержание только поверхностно-связанной и сво-
бодной влаги в смеси, адсорбированная влага удаляется лишь час-
тично, так как “жесткая” вода при этом не испаряется.
   Пористость характеризуется отношением объема пустот (пор) к
общему объему смеси и выражается в процентах. Величина пористо-
сти смеси в основном определяет степень развития процессов про-
никновения жидкого металла или его оксидов в глубь формы, т. е.
вероятность возникновения пригара на поверхности смеси определя-
ется главным образом степенью уплотнения смеси и содержанием в
ней глины или других мелкозернистых добавок. Пористость уплот-
ненных формовочных смесей находится в пределах 25–50%.
   Газопроницаемость является одним из важнейших свойств смеси
и характеризует способность ее пропускать газы. При недостаточной
газопроницаемости смеси затрудняются условия удаления газообраз-
ных продуктов из полости формы в процессе ее заливки. Газопрони-
цаемость смесей зависит от размера зерен формовочного песка, со-
держания в них мелкозернистых добавок, степени уплотнения и
влажности.
   По ГОСТ 29234.11–91 определение газопроницаемости смеси
производят путем пропускания воздуха через стандартный образец,
изготовленный из испытуемой смеси. Коэффициент газопроницаемо-
сти рассчитывают по формуле
                                     Vh
                               К =       ,
                                     Fpτ
где V – объем воздуха, прошедшего через образец, см3; h – высота
образца, см; F – площадь поперечного сечения образца, см2; p – дав-



                                     7


ление воздуха перед входом в образец, г/см2; τ – продолжительность
прохождения воздуха через образец, мин.
   Схема прибора для определения газопроницаемости смеси приве-
дена на рис. 1.3. Определение газопроницаемости смеси на этом при-
боре производят следующим образом. Сначала в гильзе 5 уплотняют
стандартный образец смеси диаметром и высотой 50 мм. Затем гиль-
зу с образцом смеси 4 укрепляют на приборе. Открытием трехходо-
вого крана 7 по трубке 11 через образец пропускают 2000 см3 возду-
ха, находящегося под колпаком 8, расположенным в баке 9. Замер
возникающего под образцом давления воздуха производят с помо-
щью манометра 1.




      Рис. 1.3. Схема прибора для определения газопроницаемости смеси:
     1 – манометр; 2 – резервуар; 3 – трубка; 4 – образец смеси; 5 – гильза;
        6 – ниппель; 7 – трехходовой кран; 8 – калиброванный колпак;
                 9 – бак; 10 – трубка колпака; 11 – трубка бака

   Продолжительность прохождения воздуха замеряют секундоме-
ром. При ускоренном методе определения газопроницаемости ис-
пользуют ниппель 6, укрепленный в отверстии, через которое посту-
пает под образец воздух. В этом случае возникающее под образцом
давление при соответствующей градуировке шкалы манометра будет
характеризовать значение газопроницаемости смеси.


                                       8


    Газотворность характеризует способность смеси выделять газы
при нагреве до высоких температур (при температуре 1250оС). Выде-
ляющиеся при заливке формы газы могут быть причиной образова-
ния газовых раковин в отливках, причем чем выше газотворность
смеси, тем больше опасность их образования. Значение газотворно-
сти смесей зависит от вида и количества органических (выгорающих)
добавок, от содержания влаги, а также от скорости выделения газо-
образных продуктов в процессе нагрева смеси. Чем позже начинают
выделяться из смеси газы, тем меньше вероятность возникновения
газовых раковин в отливках, так как к этому времени успевает обра-
зоваться корочка затвердевшего сплава, которая будет препятство-
вать внедрению в отливку газовых пузырьков.

                1.3. Механические свойства
   Твердость характеризует способность поверхностного слоя форм
или стержня противостоять проникновению более твердого тела (ме-
таллического шарика). Поверхностная твердость формы или стержня
зависит от степени уплотнения смеси, количества и качества связую-
щих материалов, а также от режимов их упрочнения. Оценку твер-
дости производят с помощью специальных приборов-твердомеров и
выражают в условных единицах.
   Прочность характеризует способность смеси сохранять задан-
ную конфигурацию полости литейной формы в период ее изготовле-
ния и транспортирования, а также при заливке. В соответствии с
ГОСТ 29234–91 прочность смесей оценивают предельной величиной
нагрузки, при которой разрушается уплотненный образец смеси. Раз-
личают прочность смесей во влажном, упрочненном, нагретом и
прокаленном состояниях.
   Прочность смеси во влажном состоянии зависит главным образом
от количества и состояния содержащейся в ней глины, а также от ве-
личины влажности, зернового состава формовочного песка, степени
уплотнения смеси и некоторых других факторов. На рис. 1.4 приве-
дена схема методов оценки прочности смеси во влажном состоянии.
Наиболее часто прочность смеси во влажном состоянии оценивается
при сжатии (см. рис. 1.4,а), реже при срезе (см. рис. 1.4,б), изгибе
(см. рис. 1.4,в) и растяжении (см. рис. 1.4,г).


                                 9



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика