Смеси для форм, заливаемых в сыром состоянии, применяют и при изготовлении форм для архитектурных отливок. В этом случае большая масса отливки и размери форм требуют применения в формовочных смесях более крупных песков и повышающих огнеупорность смеси добавок.
Формовочные смеси для формовки пo-сухому. Литейные формы статуй и бюстов значительно сложнее обычных. Для их изготовления применяют, как правило, сложную кусковую формовку. Прн такой формовке формовщик, разбирая форму для удаления модели, имеет дело не с полуформами, прет краняемыми от разрушения, а с частями формы в виде спрессованных кусков формовочной смеси. Естественно, что такие формы должны быть изготовлены из более прочных формовочных смесей
При кусковой формовке поверхность формы должна выдерживать давление не менее 0,9 МПа. Газопроницаемость таких смесей в сыром состоянии вследствие содержания большого количества глины низкая (20—25 единиц). Поэтому литейные формы, изготовленные из этих смесей, нельзя зачивать в сыром состоянии, так как повышенное количество газа не сможет свободно выходить из формы через ее стенки Газопроницаемость форм, изготовляемых из жирных формовочных смесей, повышают путем их сушки. В процессе сушки в результате испарения влаги и выгорания добавок увеличивается пористость формы. Газопроницаемость смеси в форме после сушки повышается до 60— 70 единиц.
Смеси, формы из которых заливают после сушки, называют формовочными смесями для формовки по-сухому
В качестве наполнительной смеси используют одну отработанную смесь. Освежают ее неперегореашнми кусками форм, набиваемых из жирной облицовочной смеси. Связующим суспензии является гндролнэоваиный раствор илсиликата, наполнителем — пылевидный кварц (маршаллит) марок КП, прокаленный при температуре 850—900 °С и просеянный через сито с шелковой сеткой.
Песчано-смоляные смеси применяют в производстве отливок, получаемых в оболочковых формах. В состав смеси в качестве наполнителя входит кварцевый песок с зернами размером менее 0,2 мм. В качестве связующего используют термореактивную смолу. В целях экономии дорогостоящих смол оболочки полуформ изготовляют двухслойными. В этих случаях песчано-смоляные смеси делят на облицовочные и наполнительные. Облицовочные приготовляют с большим содержанием смол, наполнительные — с меньшим. Стержневые смеси
Стержневые смеси в процессе заливки формы находятся в более тяжелых условиях, чем формовочные, поэтому они должны быть более прочными, газопроницаемыми, податливыми, огнеупорными, менее гигроскопичными, обладать хорошей выживаемостью из отливки.
Основными материалами для приготовления стержневых смесей, как и для формовочных, являются песок н глина. Однако большое количество глины, необходимое для повышения прочности, ухудшает газопроницаемость, податливость, выбиваемость смеси, увеличивает ее пригар к стенкам отливки. Для улучшения качества стержневой смеси в ее состав вместо глины входят крепители. К ним относятся различного рода масла, канифоль, каменноугольный пек, сульфитно-спиртовая барда, декстрин, жидкое стекло н другие специальные материалы.
В зависимости от применяемого связующего стержневые смесн делятся на песчаио-глиинстые, в которых связующим является глина, и песчано-масляные, в которых связующим являются органические вещества — заменители масел. Песчано-глииистые смеси имеют достаточную прочность в сыром состоянии; их применяют для стержней простых форм художественных отливок, изготовляемых по-сырому. Песчано-масляные смеси применяют для стержней кусковых форм, заливаемых после сушкн
В технологическом процессе изготовления стержней значительную часть времени занимает их сушка. Трудоемкий и продолжительный процесс сушкн стержней устраняется совершенно или сокращается до минимума при использовании в стержневых смесях в качестве связующего жидкого стекла (5—7 %). Стержни из таких смесей твердеют на воздухе без обработки или после продувки углекислым газом СО!. Такую смесь называют самотвердеющей.
В последние годы применяют жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС), при использовании которых отпадает необходимость сушки стержней, а также процесс их уплотнения в стержневом ящике. Через 20—30 мни после заливки жидкая стержневая смесь в ящике становится прочной н стержень можно извлекать из стержневого ящика.
Для улучшения податливости и газопроницаемости в стержневые песчано-глннистые смеси для крупных стержней статуарных отливок добавляют рубленую солому, древесные опилки, торф. Для небольших стержней статуэток иногда вместо специальной стержневой смеси используют облицовочную смесь для кусковой формовки. В табл. 9 приведены составы и свойства стержневых смесей, применяемых в производстве кабинетных художественных и архитектурных отливок.
Качество художественной отливки во многом зависит от качества формовочной смеси, из которой приготовлена ее литейная форма. Поэтому подбор формовочных материалов для смеси и ее приготовление в технологическом процессе получения отливки имеет важное значение. Формовочная смесь может быть приготовлена нз свежих формовочных материалов и отработанной смеси с небольшой добавкой свежих материалов.
Процесс приготовления формовочных смесей из свежих формовочных материалов состоит из следующих операций: составления смеси (подбор формовочных материалов), перемешивания составляющих смеси в сухом виде, увлажнения, перемешивания после увлажнения, вылеживания, разрыхления.
Составление. Известно, что формовочные пески, отвечающие всем технологическим свойствам формовочной смеси, в природных условиях встречаются редко. Поэтому смеси, как правило, приготовляют путем подбора песков с различным содержанием глины, так, чтобы полученная смесь содержала нужное количество глины и обладала необходимыми технологическими свойствами. Такой подбор материалов для приготовления смеси называют составлением смеси.
Перемешивание н увлажнение. Составляющие формовочной смесн тщательно перемешивают в сухом виде с целью равномерного распределения частиц глины по всей массе песка. Затем смесь увлажняют, добавляя нужное количество воды, и снова перемешивают так, чтобы каждая из частиц песка покрылась пленкой глины или другого связующего. Увлажнять компоненты смеси до перемешивания не рекомендуется, так как при этом пески с высоким содержанием глины скатываются в небольшие шарики, трудно поддающиеся разрыхлению. Перемешивание большого количества материалов вручную — большая и трудоемкая работа. В современных литейных цехах составляющие смесн в процессе ее приготовления перемешивают в шнековых смесителях или смешивающих бегунах.
Смешивающие бегуны имеют неподвижную чашу и два гладких катка, сидящих на горизонтальной оси вертикального вала, соединенного конической передачей с редуктором электродвигателя. Между катками и дном чаши делается регулируемый зазор, предотвращающий дробление катками зерен смеси пластичность, газопроницаемость и огнеупорность. Для восстановления утраченных свойств в смесь добавляют 5—35 % свежих формовочных материалов. Такую операцию при приготовлении формовочной смеси принято называть освежением смеси.
Процесс приготовления формовочной смесн с использованием отработанной смеси состоит из следующих операций: подготовки отработанной смесн, добавления в отработанную смесь свежих формовочных материалов, перемешивания в сухом виде, увлажнения, перемешивания составляющих после увлажнения, вылеживания, разрыхления.
Качество приготовленной литейной формы и отлитого в ней изделия во многом зависит от свойств формовочной смеси, из которой приготовлена эта форма. Следовательно, прежде чем приступить к формовке, необходимо проверить, обладает ли формовочная смесь нужными свойствами. В современных условиях литейного производства определением свойств формовочной смеси занимаются специальные лаборатории, оборудованные соответствующими приборами. Контролируют обычно не все свойства смеси, а лишь важнейшие, от которых в большей степени зависит качество изготовляемых литейных форм и отливок: газопроницаемость , прочность, влажность, количество глины и зерновой состав песка.
Определение газопроницаемости. Газопроницаемость смеси в литейной форме зависит не только от количества содержащейся в ней глины, влаги и размера зерен песка, но и от степени уплотнения ее в форме. Чем плотнее набита форма, тем меньше пористость формовочной смесн. Поэтому смесь иа газопроницаемость проверяют в уплотненном состоянии, т. е. примерно в тех условиях, в каких она будет находиться в литейной форме. Для этой цели из испытуемой смеси изготовляют стандартный образец цилиндрической формы диаметром 50 мм и такой же высотой. Образец набивают в гнльзе на специальном приспособлении — копре, изображенном на рис. Гильзу с испытуемой смесью помещают под поршень штока копра. Трехкратным поворотом ручки сектора груз , свободно сидящий на штоке 4, поднимается на высоту 50 мм. Падая вниз, груз ударяется о нижний прилив штока, опускающийся при этом поршень уплотняет в цилиндре смесь. После уплотнения гильза вместе с образцом поступает на испытание газопроницаемости смеси.
Если испытуемая смесь предназначена для изготовления форм, заливаемых после сушки, образец смеси перед испытанием сушат.
Газопроницаемость образца определяют иа специальном приборе, который состоит из цилиндрического бака с впаянной в дно трубкой, основания плавающего колокола с впаянной в дио трубкой. На боковой поверхности плавающего колокола имеются отметки 2000, 1000, 0 н X. На основании прибора расположены: ртутный затвор, водяной манометр, уровень и трехходовой кран.
Перед началом испытания прибор приводят в рабочее положение. В бак наливают воду до уровня 120 мм от верхней кромки и опускают в него колокол так, чтобы верхняя кромка бака совпадала с отметкой «X» на колоколе. Кран ставят в положение ‘закрыто».
При испытании цилиндр с образцом устанавливают в чашу ртутного затвора, ручку крана ставят в положение «Испытание». Во время опускания с момента совпадения отметки 0 с верхней кромкой бака пускают в ход секундомер. На отметке 1000 замечают давление по манометру. В период испытания воздух, находящийся под колоколом, под действием его силы тяжести проходит по трубке бака к ходовому крану, а от него — в цилиндр под образец испытуемой смеси и в трубку манометра. Если образец смеси в цилиндре будет хорошо пропускать воздух, то манометр покажет малое давление, и наоборот, если образец смеси будет плохо пропускать воздух, то манометр покажет большое давление. Испытание заканчивается, когда отметка 2000 на колоколе совпадает с кромкой бака.
На основании полученных данных газопроницаемость смесн вычисляют по формуле К — 509 (рт), где 509 — коэффициент, соответствующий количеству воздуха (2000 мл), прошедшего через образец; р — давление воздуха перед образцом. Описанный способ определения газопроницаемости занимает много
времени, поэтому на практике чаще всего пользуются ускоренным способом, при котором отмечают лишь давление воздуха в процессе испытания. В этом случае во входное отверстие воздухопровода ввинчивают калиброванный ниппель с отверстием диаметром 0,5 мм при испытании смеси с низкой газопроницаемостью и с отверстием диаметром 1,5 мм при испытании смеси с высокой газопроницаемостью. Ниппель создает сопротивление выходу воздуха из-под колокола. При таком способе газопроницаемость в соответствии с показаниями манометра определяют по табл.
Определение предела прочности. В зависимости от назначения формовочной смеси испытание прочности проводится на сжатие илн на растяжение. На сжатие испытывают смеси, литейные формы из которых заливают в сыром состоянии. На растяжение испытывают стержневые н формовочные смеси, формы из которых заливают после сушки. Предел прочности в том и другом случае характеризуется нагрузкой, разрушающей образец при испытании.
Испытание иа сжатие. Это испытание проводят на стандартных цилиндрических образцах формовочной смеси после нх испытания иа газопроницаемость. Образец выталкивают нз гильзы, помещают в прибор и сжимают возрастающей силой до разрушения. Схема испытания образца формовочной смеси на сжатие показана на рис. 15, а.
Испытание на растяжение. Испытанию подвергают стандартные образцы формовочной н стержневой смеси в упрочненном состоянии (сушка, химическое твердение н т. д.), изготовленные в специальных металлических формах в виде восьмерки. Схема испытания смеси иа прочность в сухом состоянии показана на рис.
В новом приборе для испытания прочности формовочной смеси на растяжение, созданном в ПО ЗИЛ (конструктор Я. Н. Крон), нагрузка на образец, фиксируемая манометром, создается давлением сжатого воздуха. Достоинством нового прибора является автоматическое снижение скорости нагружения к концу испытания и отсутствие динамического приложения нагрузки, что повышает точность результатов испытания.
На рис. 16 показан универсальный прибор, созданный одной из фирм ГДР для испытания формовочной смеси на прочность. Прибор дает возможность испытывать смеси в сыром и в сухом состоянии. Для испытания прочности формовочной смеси в сыром состоянии (на сжатие) испытуемый образец устанавливают между чашкой В и плунжером. Давление на плунжер производится шпинделем, который приводится в действие от рукоятки маховичка. При испытании смеси в сухом состоянии чашку в снимают и к концу плунжера привинчивают специальное приспособление, необходимое для испытания образца смеси на растяжение. Отсчет результатов испытания смеси на сжатие проводится по манометру, при испытании на растяжение — по манометру. Переключение манометров осуществляется краном.
Определение влажности. Количество влаги в формовочной смеси влияет иа ее качество и может быть причиной брака отливки. Для определения влажности берут 50 г испытуемой смеси, помещают ее в сушильный электрический шкаф и сушат в течение 1 ч при температуре П0°С. Высушенную смесь охлаждают до нормальной температуры и взвешивают- Умножив разность масс сырой и сухой смесей на два, получим количество содержащейся в ней влаги в процентах.
Недостатком такого метода испытания является его длительность, в условиях цеха влажность смеси в течение 1 ч может измениться (смесь может высохнуть). Поэтому в современных условиях применяют более удобные ускоренные методы.
Принцип ускоренного определения влажности СОСТОИТ в том, что навеску формовочной смеси массой 20 г помещают в стаканчик с сетчатым дном и устанавливают под гильзу прибора, внутри которой расположена электрическая спираль. Воздух, продуваемый через гильзу сверху, прогревается до температуры 120 °С, проходит вниз через стаканчик со смесью и быстро высушивает ее. По разности масс сырой и сухой смесей определяют влажность смеси, как н в первом случае.
Определение глинистой составляющей. Не менее важным показателем качества формовочной смеси является содержание в ней глины, влияющей на ее прочность, газопроницаемость и пластичность. Количество глины в смеси определяют способом отмучивания. Для этой цели 50 г хорошо просушенной смеси помещают в сосуд, в который наливают 475 см3 воды и 25 см3 раствора едкого натра. Сосуд плотно закрывают пробкой и взбалтывают в течение 1 ч на специальном приборе. После этого сосуд снимают с прибора и дают жидкости отстояться в течение 10 мни. При этом зерна песка, как более тяжелые, быстро осаждаются иа дно сосуда, а частицы глины остаются в воде во взвешенном состоянии. Этот раствор с помощью сифонной трубки сливают до уровня 25 мм от дна сосуда, а в сосуд с песком вновь доливают воду, снова взбалтывают и дают отстояться в течение 5 мин. Такую операцию повторяют до тех лор, пока вода над осевшим песком не будет совершенно чистой, т. е. песок будет полностью отмыт от глииы. Отмытый таким образом песок удаляют из сосуда, просушивают и снова взвешивают. Разность масс смесей до отмучивания и после него покажет содержание глины в смеси.
Определение зернового состава. Для определения зернового состава навеску песка после отмучиваиия просеивают через стандартный набор сит с помощью специального прибора, изображенного на рис.
Навеску песка массой 50 г помещают на верхнее сито с редкой сеткой. Набор сит закрепляют в приборе и встряхивают в течение 15 мин. Затем остаток песка на каждом сите взвешивают, массу умножают на два и получают процентный состав каждой фракции. Хорошие однородные формовочные пески должны содержать до 70 % зерен основной фракции. В производстве кабинетных художественных отливок рекомендуется использовать пески с наибольшим остатком на ситах 01; 0063; 005, в производстве статуарных отливок — на ситах 016;
В производстве отливок важную роль играют литейные свойства сплавов, обеспечивающие хорошее заполнение литейной формы и получение отливок без дефектов — раковнн, трещин и др. К основным литейным свойствам сплавов относятся жндкотеку-честь, усадка и ликвация. Кидкотекучестъ — способность расплавленного металла заполнять литейную форму. Хорошая жидкотекучесть металла особенно важна при изготовлении ажурных художественных отливок, имеющих тонкую стенку, сложную поверхность с наличием большого числа просветов. Жидкотекучесть зависит от химического состава и температуры заливки. Чем выше температура заливки сплава, тем больше его жидкотекучесть. Жидкотекучесть чугуна увеличивается с увеличением содержания в ием фосфора, кремния и углерода. Сера и марганец понижают жидкотекучесть.
Жидкотекучесть определяют с помощью специальной литейной формы, имеющей спиралевидный канал, в который заливают испытуемый расплав. Форму изготовляют по модели стандартной пробы на жидкотекучесть. Чем более длинный участок спирали заполнит заливаемый в нее металл, тем выше его жидкотекучесть. Для удобства вычисления длины залитой спирали на ее верхней поверхности через каждые 50 мм расположены точки. Таким образом, жидкотекучесть металла определяется длиной залитой спирали, выраженной в миллиметрах или точках
Усадка — уменьшение объема сплава, залитого в форму, при его охлаждении. Уменьшение объема сплава при охлаждении до температуры затвердевания и при затвердевании называется объемной усадкой. Уменьшение линейных размеров отливки по сравнению с размерами модели называется линейной усадкой.
Значение усадки сплава в литейной форме зависит от его химического состава, конфигурации отливаемого изделия, температуры заливки в форму, скорости охлаждения в форме и других факторов. Среднее значение линейной усадки серого чугуна около 1 %, стали — 2 %, медных сплавов — 1,5 %.
Усадка — отрицательное явление не только потому, что при ней изменяются объем и размеры изготовляемых отливок, но и потому, что она является причиной образования в отливках усадочных раковин, пористости, внутренних напряжений, вызывающих появление коробления и трещин.
Ликвация — неоднородность химического состава сплава в различных частях сечения отливки, возникающая при его кристаллизации. Наиболее заметна ликвация в массивных сечениях отливки. Медные сплавы. В настоящее время медные сплавы применяют для изготовления деталей, работающих в условиях трения, обладающих устойчивостью против коррозии во влажной атмосфере, в морской воде. Одновременно эти сплавы имеют хорошие литейные свойства, поэтому их широко применяют в производстве художественных отливок, особенно для изготовления единичных скульптур, бюстов, памятников, устанавливаемых на улице. В производстве художественных отливок используют два вида медных сплавов — бронзы и латуни.
Бронза — сплав меди с оловом, алюминием, свинцом, марганцем и другими элементами. Сплавы меди с 5—13 % олова называют оловянными бронзами. Сплавы медн с алюминием, свинцом, марганцем и другими элементами составляют группу безоловяииых или специальных бронз (алюминиевые, свинцовые, марганцевые).
Оловянные бронзы обладают хорошей жндкотекучестью, высоким сопротивлением изнашиванию и действию воды. К их недостаткам относятся низкая прочность при повышенных температурах, склонность к образованию усадочной пористости в толстых сечениях отливки и высокая стоимость (из-за наличия дорогостоящего компонента — олова). Безоловяииые бронзы дешевле, обладают большой прочностью, коррозионной стойкостью, но имеют большую усадку. Отливки из них получаются неплотными, с усадочными раковинами.
Применяемые в литейном производстве бронзы различают по маркам. Слово бронза в марке обозначается ее двумя начальными буквами Бр, после которых ставятся начальные буквы содержащихся в сплаве элементов. За обозначениями элементов ставятся цифры, показывающие процентное содержание этих элементов, например, в бронзе марки Бр содержится 6 % олова, 6 % цинка, 3 % свинца. Содержание меди в марке не показывается, ее определяют вычитанием из 100 % суммы процентного содержания в бронзе других элементов
Для получения художественных отливок хорошего качества броиза должна обладать хорошей жндкотекучестью, заполнять в формах полости сложной конфигурации. Кроме того, поверхность таких отливок подвергается сложной механической обработке, поэтому она должна быть плотной, хорошо чеканиться. Таким требованиям лучше удовлетворяют оловянные бронзы. В производстве скульптурных отливок применяют бронзы следующего состава: основные компоненты — 5—7 % олова, Б—7 % цннка, 1—4 % свинца, остальное — медь, примеси (ие более) 0,5 % сурьмы, 0,5 % железа, 0,1 % алюминия (всего 1,5 %).
Латунь — сплав меди с цником (до 50 %), часто с добавлением свинца, олова, алюминия н других элементов. Латунь дешевле бронзы, так как меньше содержит дорогостоящего элемента — олова. Отливки из латуни имеют более плотную структуру, так как сплав менее склонен к образованию газовой пористости. В производстве художественных отливок латуни чаще всего используют для изготовления моделей со сложной поверхностью (для ажурных отливок). Латуни, как и бронзы различают по маркам. В марке латунь обозначается начальной буквой Л, за ней следуют начальные буквы названий компонентов, входящих в состав латуни (А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и т. д.). После букв в марке стоят цифры, показывающие процентное содержание цинка и других входящих в сплав компонентов. Содержание меди определяется вычитанием из 100 % суммы процентного содержания цинка и других элементов. Например, в латуни марки ЛЦ38Мц2С2 содержится 38 % цинка, 2 % марганца. 2 % свинца, 58 % меди 1100 — (38 + 2 + 2) = = 58 %1. Для фасонных отливок наиболее распространенными марками латуней являются ЛЦЗ.
