Материалы, которые используются для изготовления литейных форм, называются формовочными. В свою очередь они разделяются на исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, вспомогательные формовочные составы.
Исходные формовочные материалы делятся на две группы:
1) Основные – огнеупорная основа смеси (кварцевый или циркониевый песок, хромит, хромомагнезит и т.п.), связующее (глины, смолы и др.).
2) Вспомогательные, например, различные добавки (уголь, древесная мука, крахмалит и т.д.), придающие формовочной или стержневой смеси определенные свойства.
Формовочные и стержневые смеси приготавливают путём перемешивания исходных формовочных материалов и отработанных смесей (бывших в употреблении). Составы для изготовления форм и стержней зависят от способа формовки, материала отливок, их массы и конфигурации.
К вспомогательным формовочным составам относятся материалы, необходимые для отделки и исправления форм и стержней: клеи, замазки, краски, покрытия и т.п.
Для получения качественных отливок формовочные и стержневые смеси должны обладать определенными свойствами: прочностью, огнеупорностью, пластичностью, выбиваемостью и т.д. Для выбора состава смесей необходимо пользоваться справочной литературой [1-7, 12]. Выбранные составы смесей и их свойства удобней представлять в виде таблиц.
Пример типовой формовочной смеси при изготовлении мелких и средних чугунных отливок для машинной формовки встряхиванием с подпрессовкой приведён в таблице 23.
Таблица 23 – Типовая формовочная смесь для чугунных отливок
| Состав формовочной смеси (массовые доли), % | Свойства смеси | |||||
| Оборотная смесь | Кварцевый песок | Бентонитовая глина | Молотый уголь | Прочность при сжатии, Н/мм2 | Влагосодержание, % | Газопрони-цаемость, ед. |
| 93…94 | 5,0…6,0 | 0,5…1,0 | 0,5…1,0 | 0,05..0,07 | 3,5…4,5 |
Стержни при заливке по сравнению с рабочей поверхностью формы испытывают значительно бóльшие термические и механические воздействия, поскольку они окружены расплавом со всех сторон. По этой причине к стержневым смесям предъявляются более жёсткие требования по их свойствам. Так для стержней средней сложности предел прочности при разрыве должен находиться в пределах от 500 до 1000 кПа, а газопроницаемость – от 90 до 120 ед.
Указанные требования к свойствам стержней выполняют выбором соответствующего состава стержневой смеси и технологии их изготовления.
Наибольшее распространение в крупносерийном и массовом производствах получили прогрессивные технологии по нагреваемой (Hot-box-процесс) и по холодной (Cold-box-процесс) оснасткам. В этих технологиях отверждение стержней происходит непосредственно в оснастке (стержневых ящиках), что обеспечивает существенное повышение точности как стержней, так и, соответственно, точности отливок. Первая технология базируется на свойствах термореактивных смол и песчано-смоляных смесей на их основе быстро (0,5-3 минуты) и необратимо отверждаться при контакте с нагретой до 150-250 ºС металлической модельной оснасткой, вторая основана на использовании в качестве связующих реакционноспособных синтетических смол и пластичных песчано-смоляных смесей с жидким стеклом, способных отверждаться при комнатной температуре в присутствии катализаторов или химических реагентов в течение 3-45 минут.
Так один из примеров составов песчано-смоляных смесей, отверждаемых в нагреваемой оснастке, приведен в таблице 24, а другой состав самотвердеющих смесей – в таблице 25.
Таблица 24 – Состав стержневой смеси, отверждаемой в нагреваемой оснастке
| Массовая доля, % | Предел прочности на растяжение после выдержки, кПа | ||||
| Связующее КД – 90 | Катализатор АСФ/А | Оксид железа | Графит серебристый | Стерат кальция | |
| 2,2…2,7 | 0,7 | 0,7 | 0,1 | 0,1 | |
| П р и м е ч а н и я 1 Огнеупорная основа смеси – кварцевый песок (100 %). 2 Катализатор АСФ/А – смесь сульфитно-спиртовой барды и ортофосфорной кислоты. 3 Основа связующего КД- 90 – термореактивная карбамидофурановая смола. |
Таблица 25 – Состав стержневой холоднотвердеющей смеси
| Массовая доля, % | Cвойства смеси | Продолжительность твердения в оснастке, мин | |||||
| Предел прочности на растяжение, кПа, после выдержки, ч | |||||||
| Связующее: БС – 40 | Катализатор: ортофосфорная кислота | ||||||
| 1,8 | 294…392 | 400…588 | 685…785 | 980…1270 | 6 …7 | ||
| П р и м е ч а н и я 1 Огнеупорная основа смеси – кварцевый песок (100 %). 2 Основа связующего марки БС–40 – карбамидофурановая смола. |
В состав смеси входят добавки – оксид железа и серебристый графит, повышающие теплопроводность и теплоёмкость, что ускоряет прогрев стержня и его твердение. Добавка стерата кальция улучшает заполняемость внутренней полости оснастки стержневой смесью. Использование холоднотвердеющих смесей позволяет использовать неметаллические стержневые ящики с пластмассовыми вставками, что значительно снижает затраты на их изготовление.
Созданное множество машин, как отечественного, так и зарубежного производств, позволяет изготавливать стержни в нагреваемых и холодных оснастках, без продувки и с продувкой воздухом нормальной температуры (20 ºС) и подогретым, с продувкой газовым катализатором, углекислым газом, в нагреваемой оснастке из сухих термореактивных смесей. На машинах обеспечивается максимальная автоматизация технологических операций.
