Тема: технологические процессы изготовления стержней

3. Современные технологии изготовления стержней.

Классификация технологических процессов. Технологические процессы изготовления стержней делят на две группы. Первая группа включает в себя традиционные процессы, давно применяемые в литейных цехах. Они харак- теризуются отверждением стержней вне оснастки, как правило, с помощью тепловой сушки. Первоначальная прочность стержней достигается повышен- ной сырой прочностью стержневых смесей, высокой степенью уплотнения стержней, а также применением металлических каркасов.

Вторая группа процессов обеспечивает отверждение стержней непо- средственно в оснастке в основном за счет химического или физико- химического упрочнения материалов, входящих в состав стержневых смесей. К этой группе относятся процессы, основанные на использовании самотвер- деющих смесей или смесей, твердеющих при продувке газом-отвердителем в нагреваемой оснастке, а также процессы, основанные на использовании стержневых смесей, затвердевающих под воздействием теплоты нагреваемой оснастки.

Классификация технологических процессов изготовления стержней приведена на рис. 36.

Каждый технологический процесс имеет свою оптимальную область применения, поэтому выбор оптимального технологического процесса изго- товления стержней представляет собой сложную задачу и связан с глубоким техническим и экономическим анализом большого числа факторов.

Традиционные технологические процессы с отверждением стержней вне оснастки. При этих процессах после уплотнения смеси и извлечения стержней из оснастки стержни сушат при 150-250 оС в сушилах в течение 1,5-

2,5 часа и более. При этом ряд стержневых смесей позволяет производить кратковременную сушку при повышенной температуре в сушиле, а также сушку в электрическом поле высокой частоты. Кроме того, некоторые стерж- ни изготовляются без отверждения. Такие стержни называют сырыми, анало-

гично технологии изготовления форм по-сырому. Прочность таких стержней

достигается лишь за счет высокой сырой прочности смесей, каркасов и высо-

Рис. 36. Классификация технологических процессов изготовления стержней

Технологические процессы, основанные на отверждении стержней в оснастке, обеспечивают отверждение стержней непосредственно в стержне- вых ящиках. При этом отверждение могут производиться или в предвари- тельно нагретой до необходимой температуры оснастке, или в холодной ос- настке, имеющей температуру окружающей среды.

Процессы изготовления стержней в нагреваемой оснастке подразделяют на процессы изготовления стержней из влажных и сухих (обычно песчано- смоляных), жидких и плакированных смесей. Плакированные стержневые смеси используют для формовки оболочковых стержней.

Технологические процессы изготовления стержней в холодной оснастке

делят на две группы. К первой группе относят процессы с использованием самотвердеющих смесей, а ко второй – процессы, основанные на отвержде- нии смеси в оснастке при их продувке. Процессы с использованием само- твердеющих смесей подразделяют на процессы изготовления стержней из сыпучих смесей с нормальной и повышенной скоростями самозатвердевания, а также на процессы изготовления стержней из ЖСС. Отверждение смесей за счет продувки может осуществляться углекислым газом, газообразным ката- лизатором и сжатым воздухом (подогретым или с нормальной температурой).

Все процессы изготовления стержней включают в себя различные тех- нологические (рис. 37), транспортные и вспомогательные операции, из кото- рых часть операций характерна для всех технологических процессов, а часть специфична для отдельных вариантов технологических процессов изготовле- ния стержней.

Уплотнение стержневой смеси. Необходимая прочность стержней дос- тигается уплотнением смеси в стержневом ящике. Чем больше уплотняющее воздействие, тем выше прочность стержней в сыром состоянии. Особенное значение степень уплотнения стержней приобретает при использовании тра-

диционных технологических процессов изготовления стержней: В этом слу- чае прочность стержней в сыром состоянии должна быть достаточной для то- го, чтобы при транспортировке и сушке стержни не деформировались и не разрушались. При недостаточном и неравномерном уплотнении снижается прочность всего стержня или его отдельных мест, образуются пористые, рых- лые участки, в результате чего ухудшается качество поверхности отливки, образуются пригар и песчаные раковины.

Неравномерность уплотнения стержней может привести также к их рас- трескиванию во время сушки в результате возникающих при этом термиче- ских напряжений. С другой стороны, нельзя переуплотнять стержни, так как могут значительно уменьшиться податливость стержней и их газопроницае- мость, что повышает опасность появления горячих трещин и газовых раковин в отливках. Степень уплотнения смеси характеризуется ее плотностью. На- сыпная плотность стержневой смеси составляет 900-1100 кг/см3, а после уп- лотнения 1450-1650 кг/см3.

Уплотнение стержневой смеси в ящиках производят вручную, вибраци- ей, встряхиванием, прессованием, пескометным, пескодувным и другими способами.

Ручное уплотнение стержней. Уплотнение смеси производят плоской ручной трамбовкой, с помощью клиновидной набойки, пневматической трам- бовкой с плоским или клиновидным наконечником, ладонью.

Последовательность основных операций при изготовлении стержней вручную в стержневых ящиках:

- в вытряхном ящике с вкладышем (рис. 38): устанавливают вкладыши и обдувают рабочую полость ящика; ящик наполняют смесью, которую уп-

лотняют трамбовками или набойками; выбивают каркасы и производят про-

колку вентиляционных каналов; на ящик укладывают сушильную плиту и весь комплект переворачивают; снимают ящик и вынимают вкладыши;

Рис. 37. Технологические операции при изготовлении стержней

- в ящике с плоским вертикальным разъемом (рис. 39): скрепляют поло-

винки ящика; обдувают и опрыскивают рабочую полость ящика; ящик напол-

няют стержневой смесью и уплотняют ее; вбивают каркасы и накалывают вентиляционные каналы; разнимают ящик и извлекают стержень.

Вручную изготавливают стержни в ящиках с криволинейным разъемом,

в ящике из двух половин, по шаблону с вертикальной и горизонтальной осью; по протяжному шаблону, по модели. Ручное изготовление стержней применя- ется при единичном и мелкосерийном производстве не сложных конфигура- ций.

Степень уплотнения смеси зависит от числа ударов, массы трамбовки, усилия, прикладываемого к трамбовке, а также от текучести и прочности сме- си в сыром состоянии и высоты уплотняемого слоя. Для оценки плотности стержней используют измерение их поверхностной твердости твердомером. Из практики ясно, что плотности 1550 кг/см3 соответствует ориентировочно твердость стержня, равная 80 ед. (твердость стержня, равная 80 ед., является

максимальной для средних и крупных стержней; для мелких стержней допус-

Уплотнение стержневой смеси встряхиванием осуществляется на встряхивающих машинах последовательными ударами заполненного смесью стержневого ящика о станину машины (рис. 40). Высота подъема стола ма- шины достигает 50-100 мм. После каждого удара стержневая смесь под дей- ствием сил инерции перемещается вниз. Чем больше масса вышележащих слоев смеси, тем выше степень уплотнения стержня. Самые верхние слои смеси при встряхивании не уплотняются, поэтому их обычно доуплотняют ручными пневматическими трамбовками, специальными прессовыми плита- ми или динамической подпрессовкой, заключающейся в наложении груза на поверхность стержня при встряхивании. В ряде случаев на стержневой ящик устанавливают наполнительную рамку, в которой после уплотнения остается избыточный слой смеси. Наполнительную рамку после встряхивания снима- ют, а избыточный слой смеси срезают.

Степень уплотнения смеси при встряхивании зависит от физико-

механических свойств стержневой смеси, высоты подъема встряхивающего

стола и числа встряхиваний. Этот метод является наиболее распространен- ным при использовании традиционных технологических процессов изготов- ления стержней. Наибольшее распространение он получил при единичном и мелкосерийном производстве отливок благодаря своей универсальности и ис- пользованию дешевой деревянной стержневой оснастки. Недостатками мето- да являются большой шум и вибрация, а также необходимость доуплотнения верхних слоев смеси.

Рис. 40. Схема уплотнения стержня на встряхивающей машине:

1 – встряхивающий механизм; 2 – стол; 3 – стержневой ящик; 4 – подача сжатого воздуха

Уплотнение смеси вибрацией. Есть два варианта осуществления вибра- ции: с вертикально и горизонтально направленными колебаниями. В качестве возбудителей вибрации используют электро- или пневмовибраторы, которые сообщают стержневому ящику со смесью принудительные колебания с часто- той от 1000 до 3000 колебаний в минуту и амплитудой от 0,2 до 1,0 мм. Для амортизации ударов применяют пружины или пневмобаллоны. Наиболее уп- лотненными оказываются нижние слои смеси. Верхние рыхлые слои смеси доуплотняют вручную или срезают (при использовании наполнительной рам- ки).

Уплотнение смеси прессованием осуществляется на прессовых маши- нах. Этот способ применяют в основном для получения мелких и средних стержней небольшой высоты простой конфигурации. Стержневой ящик с предварительно установленной на него наполнительной рамкой заполняют смесью, после чего уплотняют смесь усилием прессовой колодки.

Пескодувный способ уплотнения (рис. 20, а) позволяет изготовлять стержни практически любой конфигурации и сложности, обеспечивает более равномерное распределение плотности по объему стержня и создает предпо- сылки для полной механизации и автоматизации процесса изготовления стержней. Пескодувный способ уплотнения смеси используют главным обра- зом при изготовлении стержней, отверждаемых в оснастке. Пескодувное уп- лотнение применяют в основном при изготовлении мелких и средних стерж- ней в условиях массового и крупносерийного производства, так как для осу-

ществления этого процесса требуется дорогостоящая металлическая оснастка, которую экономически выгодно изготовлять только при большой серийности стержней.

Пескодувный способ благодаря быстроте действия и совмещению опе- раций заполнения оснастки смесью и ее уплотнения в ряде случаев является практически единственно возможным способом уплотнения, например, при изготовлении стержней, отверждаемых в горячей оснастке. Несмотря на вы- сокую степень механизации и автоматизации пескодувный процесс уплотне- ния не исключает ряда ручных операций (заглаживание верхнего лада стерж- ня, заделка неровностей от вдувных и вентиляционных отверстий и различ- ных дефектных мест (рыхлот, пустот и т.п.), установка каркасов, очистка ра- бочей поверхности и вент, нанесение разделительного покрытия).

Пескометное уплотнение смеси. Этот способ (рис. 20, б), как и песко- дувный, совмещает операции заполнения и уплотнения смеси. Его применяют при изготовлении средних и крупных стержней в деревянных и металличе- ских ящиках.

Сушка стержней. Сушка стержней производится с целью обеспечения

необходимой прочности, улучшения газопроницаемости и снижения их газо- творности при заливке формы металлом. При наличии в стержневой смеси связующих прочность стержней при сушке повышается в результате высыха- ния пленок связующего вещества, что вызывает более прочную связь между отдельными частицами стержневой смеси.

Если стержни изготавливаются из песчано-глинистой смеси, то их прочность при сушке повышается в связи с увеличением прочности глины в сухом состоянии.

Улучшение газопроницаемости стержней после сушки объясняется ис- парением влаги и возгонкой органических добавок, содержащихся в стержне- вой смеси.

Температура и режим сушки определяются составом стержневой смеси и размерами стержней. Мелкие стержни, в состав которых входят связующие различного рода, сушат при температуре 150-240 °С, а песчано-глинистые стержни таких же размеров сушат при более высокой температуре (до 250 °С). Время сушки составляет 1-3 ч. Крупные песчано-глинистые стержни сушат при температуре 350-450 оС более продолжительное время (до

Сушила подразделяются на камерные и конвейерные. Камерные приме- няются в мелкосерийном производстве для сушки крупных стержней, а кон- вейерные (горизонтальные и вертикальные) – в массовом производстве, где преобладают мелкие и средние стержни. Наиболее предпочтительны верти- кальные конвейерные сушила, которые занимают меньшую площадь, позво- ляют создавать специализированные линии и автоматизировать процесс за- грузки и выгрузки стержней.

Характеристика основных способов сушки стержней приведена в

Изготовление стержней в нагреваемой оснастке (ГТС-процесс). Метод изготовления стержней с отверждением непосредственно в стержневых ящи- ках основан на применении смесей, затвердевающих в течение нескольких секунд под действием тепла нагретых стержневых ящиков.

Этот процесс нашел применение в условиях массового и крупносерий-

ного производства. Сущность его состоит в том, что стержневая смесь специ- ального состава вдувается пескодувным или пескострельным способом в предварительно разогретый до 150-300 оС стержневой ящик. В результате те- плопередачи от поверхностей горячего стержневого ящика уплотненная стержневая смесь прогревается и затвердевает.

Источник тепла	Описание способа сушки	Область применения
Сушка горячи- ми газами	В стационарных и переносных су- шилах с естественной и принуди- тельной циркуляцией горячих газов	Поверхностная и сквозная сушка форм и стержней (глубина сушки 15-20 мм/ч)
Сушка тепло- излучением	Инфракрасными лучами специаль- ных ламп	Поверхностная сушка форм или сквозная просушка мелких стерж- ней (на глубину 15-20 мм за 20-30 мин)
Химическая сушка	Обдуванием струей углекислого газа поверхности формы или стержня. Сквозная продувка СО2 стержней	Поверхностная сушка форм и стержней из жидкостекольных сме- сей (на глубину 15- 20 мм за 20 мин); сквозная сушка стержней
Сушка токами высокой часто- ты	За счет выделения тепла перемен- ного магнитного поля ТВЧ	Сквозная сушка стержней с высо- кой скоростью (15-20 мм за 2-3 мин)
Сушка стерж- ней в нагре- ваемой оснаст- ке	За счет теплопередачи от поверхно- стей разогретого стержневого ящи- ка	Применяется при изготовлении стержней из специальной стержне- вой смеси на связующих из термо- реактивных смол

Изготовление стержней из быстротвердеющих смесей на жидком

стекле (СО2-процесс). Сушка стержней из этих смесей производится методом химического твердения путем продувки углекислым газом непосредственно в стержневых ящиках. Продувка должна обеспечивать прохождение углекисло- го газа по всему объему стержня.

Изготовление стержней из жидких самотвердеющих смесей (ЖСС).

ЖСС – это смеси, приготовленные на основе обычных стержневых материа- лов с добавкой некоторых компонентов, применяются и для изготовления стержней. Подбор необходимых составляющих значительно улучшает выби- ваемость стержней.

Использование ЖСС позволяет заменить трудоемкую операцию уплот- нения стержневых смесей, так как смесь в сметанообразном состоянии запол- няет внутренние полости стержневых ящиков любой формы и размеров. За- ливка ЖСС в стержневые ящики приводит к резкому сокращению цикла из- готовления стержней, снижает трудоемкость и повышает производительность труда.

Изготовление стержней из холоднотвердеющих смесей (ХТС-процесс). Этот процесс основан на том, что в состав стержневой смеси вводятся в опре- деленной пропорции синтетические материалы типа смол, которые способны затвердевать в присутствии катализаторов при комнатной температуре. В ка- честве связующих для ХТС применяют связующее с фуриловым спиртом, карбамидофурановые смолы и др. Катализатором обычно является ортофос- форная кислота.

Уплотнение смеси в стержневом ящике производится встряхиванием, пескострельным или пескометным способом. Отверждение стержней проис- ходит в стержневом ящике в течение нескольких минут. Особенностью ХТС- процесса является низкая «живучесть» смеси, поэтому она должна быть ис-

Современные процессы изготовления стержней.

Для условий массового и крупносерийного производства отливок. В со- временных процессах изготовления стержней используют широкую гамму связующих материалов, отличающихся как по химической номенклатуре, так и по механизму действия, кроме того, применяемые технологии можно разде- лить по типу материалов, организационно-техническим решениям и набору оборудования (в зависимости от вида сплава, массы и размера отливки, се- рийности производства и объемов выпуска отливок в год).

В настоящее время в массовом и крупносерийном производстве наибо- лее распространены процессы, основанные на пескострельном способе пода- чи и уплотнения смеси в оснастке с последующим быстрым отверждением ее при комнатной температуре под действием продуваемых через смесь газовых реагентов.

В табл. 13 – 16 представлены характеристики наиболее применяемых процессов изготовления форм и стержней в массовом и крупносерийном про- изводстве [6].

Связующее, отвердитель (катализатор), продукты твер- дения

Безводная бензилэфирная (фенолформальдегидная) смола (компонент

Оба компонента связующего применяют в комплексе с органическими растворителями и добавками служебного назначения.

Отверждение – газофазной продувкой: амин и носитель (например,

Особенности процесса	Для приготовления, дозирования и подачи газовой смеси используют специальный генератор. Ввиду токсичности аминов комплекс оборудования «генератор – стержневой автомат – оснастка – нейтрализатор» полностью гермети- зируют. Жесткие требования к минимальному влагосодержанию песка (не бо- лее 0,2 %) и сжатого воздуха (необходима установка для его сушки). Процесс требует очень высокой культуры производства.
Преимущества процесса	Равномерное объемное отверждение стержня в течение нескольких секунд после продувки. Высокая прочность стержней (сразу после продувки и через 24 ч), возможность изготовления самых сложных стержней. Минимальный суммарный расход связующего (1,2-1,8 мас.ч. на 100 мас.ч. песка). Высокая производительность, возможность автоматизации процесса. Высокое качество отливок, легкая выбиваемость. Возможность регенерации отработанных смесей. Возможность использования связующих российского производства.
Недостатки процесса	Большие капитальные затраты на оборудование (преимущественно импортное). Высокая стоимость связующих компонентов и амина. Жесткие требования к качеству песка. Невысокая живучесть смесей (до 2 ч), в связи с чем необходима чет- кая организация технологического процесса. Склонность стержней к разупрочнению при высокой влажности воз- духа.

Связующее, отвердитель (катализатор), продукты твер- дения	Эпоксидная или эпоксиакрилатная смола и органический пероксид. Отверждение – газофазной продувкой S02 в носителе (осушенном воз- духе). Продукты твердения – эпоксидный полимер.
Особенности процесса	Для приготовления, дозирования и подачи газовой смеси используют специальный генератор. Комплекс оборудования «генератор – стержневой автомат – оснастка – нейтрализатор» полностью герметизируют. Жесткие требования к влагосодержанию песка (не более 0,2 %) и сжа- того воздуха (необходима установка для его сушки). Процесс требует высокой культуры производства.
Преимущества процесса	Равномерное объемное отверждение стержня в течение нескольких секунд после продувки. Высокая прочность стержней (сразу после продувки и через 24 ч), возможность изготовления самых сложных стержней. Минимальный суммарный расход связующего (1,2-1,8 мас.ч. на 100 мас.ч. песка). Высокая производительность, возможность автоматизации процесса. Высокое качество отливок, легкая выбиваемость. Возможность регенерации отработанных смесей.

Высокая живучесть смеси (не менее 24 ч с момента их приготовления) и более высокая, чем в Cold-box-amin-процессе, влагостойкость стержней.

Возможность использования связующих российского производства.

Большие капитальные затраты на оборудование (преимущественно импортное).

Ввиду исключительно высокой коррозионной активности S02 обору- дование и коммуникации выполняют из дорогостоящих коррозионно- стойких сталей, что значительно удорожает процесс.

Взрывоопасность органических пероксидов – одного из компонентов связующего.

Связующее, отвердитель (катализатор), продукты твер- дения	Карбамидо- и фенолофурановые смолы и отвердитель (водный рас- твор азотнокислой меди) или фенолформальдегидные смолы с отвер- дителем (раствором кислых солей). Продукты твердения – фурановый или фенольный полимеры. Высокая производительность процесса при времени выдержки стерж- ней в горячей оснастке от 15 до 60 с.
Особенности процесса	Электро- или газоподогрев металлической оснастки до 220-240°С, пескострельный способ изготовления стержней. Повышенные требования к качеству песка (не более 0,2-0,4% глины).
Преимущества процесса	Высокая прочность стержней, удовлетворительная живучесть смесей (не менее 4 ч). Легкая выбиваемость. Возможность регенерации отработанных смесей. Достаточно высокое качество отливок. Наличие гаммы связующих материалов отечественного производства.
Недостатки процесса	Тяжелая экологическая обстановка на стержневых и заливочных уча- стках. Большие эксплуатационные затраты на энергоносители (газ или элек- троэнергию) и на обновление металлической оснастки, подверженной износу и короблению. Меньшая размерная точность стержней и отливок по сравнению с процессами Cold-box и Epoxy-SO2.

Связующее, отвердитель (катализатор), продукты твер- дения Особенности процесса

Связующее – сильно ощелаченная фенолформальдегидная смола (по-

Отвердители – жидкие ацетаты глицерина или этиленгликоля, гамма-

Стержни и формы изготовляют на комплексно-механизированных по-

Для получения отливок без пригара необходимо применять противо-

пригарные краски: водные (с подсушкой) либо самовысыхающие.

	Скорость отверждения регулируют, выбирая соответствующую марку отвердителя (быстрого, среднего и замедленного действия).
Преимущества процесса	Использование ХТС одного и того же типа при получении отливок из чугуна и стали. Достаточная прочность стержней (примерно на уровне ХТС с фурано- выми смолами). Низкая гигроскопичность стержней, отсутствие заметного разупроч- нения под влиянием влаги воздуха. Высыпаемость смеси из отливок при выбивке. Высокое качество отливок из черных сплавов, достаточная размерная точность. Благоприятные санитарно-гигиенические условия труда на стержне- вых участках и несколько лучшие, чем при использовании ХТС на фурановых смолах и Pep Set-процесса, на заливочных. Связующие и отвердители для процесса производят в России. Капитальные затраты на приточно-вытяжную вентиляцию в 1,5-2 раза меньше, чем для ХТС на фурановых смолах.
Недостатки процесса	Более высокая стоимость связующих материалов по сравнению с ХТС на фурановых смолах (в 1,2-1,4 раза). Капитальные затраты на оборудование аналогичны затратам для ХТС на фурановых смолах. Более сложный и затратный (по сравнению с ХТС на фурановых смо- лах) способ регенерации отработанных смесей: обязательность хими- ческой нейтрализации возврата (из-за его высокой щелочности) и его термообработка при 700-750°С. Недостаточный опыт использования процесса на литейных предпри- ятиях России.

Для условий единичного, мелкосерийного и серийного производства от-

ливок. Данные технологии (кроме СО2-процесса на жидком стекле) основаны на применении холоднотвердеющих (ХТС) или самотвердеющих смесей при сходных схемах организации технологического процесса, предусматриваю- щих оснащение смесителями непрерывного действия (шнекового типа) необ- ходимой производительности, вибростолами на позиции свободной засыпки смеси из смесителя в оснастку, кантователями роторного типа, встроенными в поточную линию, и конвейерами. Для такого типа производства разработа- ны процессы, основанные на применении самотвердеющих смесей с неорга- ническими связующими и синтетическими смолами.

Характеристика процессов, основанных на применении самотвердею-

щих смесей с неорганическими связующими, приведена табл. 17 – 19.

Связующее, отвердитель (катализатор), продукты твер- дения

Жидкое стекло, едкий натр, добавки для улучшения выбиваемости (технические сахара типа меляссы, патоки, фосфаты натрия и др.). Отверждение – продувкой СО2.

Продукты твердения – силикагель и высокомодульные формы натрие-

Особенности процесса	Уплотнение – встряхиванием и/или пневмотрамбовкой.
Преимущества процесса	Минимум необходимого технологического оборудования, низкая стоимость исходных материалов (за исключением СО2) и их доступ- ность. Простота технологии. Экологическая безопасность процесса.
Недостатки процесса	Обсыхаемость смесей при хранении, хрупкость стержней и форм (склонность к поломкам). Затрудненная выбиваемость, большие трудозатраты на финишных операциях. Сложности в обеспечении качества отливок. Склонность к образованию горячих трещин в отливках из стали. Затрудненная регенерация отработанных смесей, большой объем вы- воза их в отвалы.

Пластичные самотвердеющие смеси (ПСС), жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС)

Связующее, отвердитель (катализатор), продукты твер- дения	Жидкое стекло, феррохромовый шлак, пенообразователи (для ЖСС). Продукты твердения – смешанные кальциево-натриевые силикаты.
Особенности процесса	Уплотнение встряхиванием или пневмотрамбовками (ПСС), вибраци- ей при свободной заливке смеси (ЖСС). Отверждение в оснастке в течение 45-90 мин по мере взаимодействия жидкого стекла с феррохромовым шлаком.
Преимущества процесса	Самая низкая стоимость исходных материалов, для ЖСС характерна малая трудоемкость операции формообразования; экологическая безопасность процессов, за исключением операций пересыпки и дози- рования феррохромового шлака (из-за пыления).
Недостатки процесса	Низкая прочность и неудовлетворительная размерная точность стерж- ней, большой процент их брака. Затрудненная выбиваемость и большие трудозатраты при очистке и обрубке отливок. Невысокое качество отливок, трудности с регенерацией отработанных смесей, большой объем вывоза их в отвалы.

Самотвердеющие смеси на жидком стекле с жидкими отвердителями

Связующее, отвердитель (катализатор), продукты твер- дения Особенности процесса

Жидкое стекло с силикатным модулем 2,4-2,5, жидкие отвердители (ацетаты этиленгликоля или глицерина, пропиленкарбонат), добавки для улучшения выбиваемости (технические сахара).

Процесс, как правило, осуществляют на комплексных механизирован-

Уплотнение – вибрацией или вручную (трамбовками).

Отверждение в оснастке (при живучести смеси от 2-3 до 60 мин) в ре-

зультате взаимодействия жидкого стекла с отвердителем.

Более высокая прочность по сравнению с ЖСС, ПСС и СО2- процессами, более высокая точность модельного отпечатка и, соответ- ственно, отливок.

Хрупкость отвержденных стержней, склонность к поломкам при слу- чайных ударах, затрудненная выбиваемость, сложность получения от- ливок высокого качества.

Трудности с регенерацией отработанных смесей, большой объем вы-

Жидкое стекло как связующий материал все реже используют на прак-

тике, такой вывод можно сделать на основании анализа состояния литейного производства технически развитых зарубежных стран. Доступность, деше- визна этого материала и экологическая безопасность его применения в на- стоящее время не являются достаточными аргументами в сравнении с такими, видимо, непреодолимыми недостатками, как большая трудоемкость финиш- ных операций и сложность обеспечения высокого качества отливок.

Цементные смеси сохраняют свою весьма узкую область применения – изготовление особо крупных опочных и кессонных форм. Слишком низкая скорость отверждения препятствует их более широкому распространению.

Следует обратить особое внимание на магнийфосфатные самотвердею- щие смеси в связи с их технологическими преимуществами. Однако при ши- роком использовании данной технологии возможны значительные трудности в обеспечении производства исходными сырьевыми материалами: металлур- гическим магнезитом электропечным (МПЭ), термической ортофосфорной кислотой (3,5-4,5 мас.ч. на 100 мас.ч. кварцевого песка); побочными продук- тами (отходами) при производстве лимонной кислоты. Кроме того, необхо- димо проводить дополнительную подготовку сырьевых материалов: домол

магнезитового порошка до удельной поверхности 3600-5400 см2/г; приготов-

ление жидкой композиции «кислота + регулятор твердения».

Смеси с железофосфатными связующими в настоящее время не находят применения в промышленности, так как по сравнению с магнийфосфатными смесями они имеют более узкую область применения (их нельзя применять при получении отливок из стали). Кроме того, технологический процесс не обеспечен в требуемой мере исходными материалами и для его осуществле- ния требуется повышенный расход дефицитной термической ортофосфорной кислоты.

Характеристики процессов, основанных на применении ХТС с синтети-

В табл. 21 приведены различные варианты изготовления средних и крупных опочных форм, у которых сопоставлены выбиваемость смесей, каче- ство получаемых отливок, экологическая безопасность (указанные параметры оценивали по 5-балльной шкале, где «5» – отлично, «1» – очень плохо).

Связующее, отвердитель (катализатор), продукты твер- дения	Связующее – карбамидофурановые или фенолофурановые смолы. Практически вышли из употребления фенолформальдегидные смолы ввиду повышенной токсичности. Отвердители – термическая ортофосфорная кислота (для всех типов смол) или ароматические сульфокислоты (бензолсульфокислота, пара- толуолсульфокислота) – для фенолофурановых смол. Продукты твердения – полимеры на основе указанных смол.
Область при- менения	Применяют для получения отливок из цветных сплавов с использова- нием карбамидофурановых смол с содержанием фурфурилового спир- та не более 30%; для отливок из чугуна используют карбамидофура- новые смолы с содержанием фурфурилового спирта 40-80%; для от- ливок из стали – фенолофурановые смолы с содержанием фурфурило- вого спирта 60% и более. Также используют при изготовлении стержней – от мелких до круп- ных.
Особенности процесса	Наиболее известный и апробированный процесс из числа ХТС. Стержни и формы изготовляют на комплексно-механизированных по- точных линиях. Чем выше содержание фурфурилового спирта в смоле, тем выше ее термостойкость и, соответственно, качество отливок, но при этом стоимость смолы увеличивается. В связи с наличием вредных выделений в воздухе рабочей зоны, рабо- тают с минимально возможным содержанием смолы (что важно и для экономических показателей процесса), но это возможно лишь при ис- пользовании обогащенных среднезернистых (02) и крупнозернистых (0315) песков. Для получения отливок без пригара необходимо применять противо- пригарные краски: водные (с подсушкой) либо самовысыхающие.
Преимущества процесса	Простота технологии, легкость управления технологическим процес- сом, в частности, легкость регулирования параметров отверждения (живучести, скорости твердения, первичной прочности), что обеспе- чивают изменением расхода кислотного катализатора, это позволяет применять данные ХТС в различных условиях литейных цехов. Достаточная прочность стержней в сочетании с упругостью. При правильном выборе типа связующего и соблюдении требований технологического процесса обеспечивается достаточно высокое каче- ство отливок, в том числе размерная точность стержней, форм и отли- вок. Высыпаемость смесей из отливок при выбивке. Возможность эффективной регенерации отработанных смесей. Обеспеченность отечественными смолами для получения отливок всех видов. Большой опыт применения в России.
Недостатки процесса	Организация поточной линии требует существенных капитальных за- трат. Высокая стоимость фурановых смол, возрастающая при увеличении содержания в смоле

Предпочтительность работы на обогащенных песках.

Для смол с невысоким содержанием фурфурилового спирта (до 40-

45%) характерна гигроскопичность и разупрочнение стержней при длительной выдержке на влажном воздухе.

Вредные выделения в воздухе рабочей зоны (пары формальдегида, метанола, фурфурилового спирта) – на участке формовки, целый ком- плекс вредных органических соединений – на участках заливки и вы- бивки.

Необходимо применять местную приточно-вытяжную вентиляцию на стержневых, заливочных и выбивных участках и использовать катали- тическое дожигание вредных веществ в отсосах перед выбросом их в воздух за пределы предприятия.

Значительные капитальные затраты и энергозатраты на вентиляцию.

Процесс	Выбивамость, баллы	Экологическая безо- пасность, баллы	Качество получае- мых отливок, баллы
α-set-процесс	5,0	3,0	5,0
ХТС на фурановых смолах	5,0	2,0	4,5
Магнийфосфатные самотвер- деющие смеси	3,5-4,0	5,0	3,5-4,0
Жидкостекольные самотвер- деющие смеси с жидкими от- вердителями	1,5-2,0	5,0	2,5
СО2-процесс на жидком стекле	1,0	5,0	2,0
ЖСС или ПСС на жидком стекле и феррохромовом шла- ке	1,5-2,0	4,5	1,5-2,0

1. Требования, предъявляемые к качеству стержней?

2. При каких условиях производства применяют ручное изготовление стержней?

3. Дайте сравнительную характеристику стержневых смесей типа ГТС и

4. Дайте оценку всем известным способам сушки по степени примени- мости их в условиях массового, серийного и индивидуального произ- водства?

5. В чем сущность процесса химического твердения стержней, каковы способы его практического применения?

6. Значение сушки стержней, случаи ее применения?

7. Технико-экономические обоснования целесообразности применения различных методов изготовления стержней?

8. Сравните качество стержней при различных способах их изготовле-

9. Сущность пескодувного и пескострельного процесса изготовления стержней, их практическое применение, преимущества и недостатки по сравнению с другими механизированными способами?

10.Опишите изготовление стержней в стержневых ящиках вручную,