министерство образования и науки рф - Северо
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Кафедра технологии художественной обработки материалов Методические указания к практическим занятиям по курсу «Литейные технологии изготовления художественных изделий» для студентов специальности 261001.65 – «Технология художественной обработки материалов» Владикавказ 2013 Методические указания к практическим занятиям по курсу «Литейные технологии изготовления художественных изделий» для студентов специальности 26100.65 – «Технология художественной обработки материалов»/ Сост.: К.Г.Сабеев. Методические указания предназначены для выполнения практических работ по курсу «Литейные технологии изготовления художественных изделий» для студентов специальности 261001.65 «Технология художественной обработки материалов». Курс предназначен для ознакомления студентов с основными направлениями в области технологии художественной обработки изделий. 2 Содержание Использование цветных сплавов при литье художественных изделий в оболочковые формы 4 2. Формовочные материалы 9 3. Формовочные и стержневые смеси 13 4. Расчет литниковой системы для технологий отливок из чугунов 16 5. Расчет литниковой системы для стальных отливок 25 6. Литниковые системы для отливок из алюминиевых сплавов 30 7. Литниковые системы для магниевых сплавов 33 1. Разработка рецептур модельных сплавов для литья по выплавляемым моделям Литература 8. 35 42 3 1. Использование цветных сплавов при литье художественных изделий в оболочковые формы. Литье в оболочковые формы целесообразно применять при серийном и крупносерийном производстве отливок ограниченных размеров с повышенной чистотой поверхности, большей размерной точностью и меньшим объемом механической обработки, чем при литье в песчаные формы. Оболочковые формы изготовляют по горячей (250 - 300 °С) металлической (сталь, чугун) оснастке бункерным способом. Модельную оснастку выполняют по 4 - 5-му классам точности с формовочными уклонами от 0,5 до 1,5 %. Оболочки делают двухслойными: первый слой из смеси с 6 - 10 % термореактивной смолы, второй - из смеси с 2 % смолы. Для лучшего съема оболочки модельную плиту перед засыпкой формовочной смесью покрывают тонким слоем разделительной эмульсии (5 % силиконовой жидкости № 5, 3 % хозяйственного мыла, 92 % воды). Для изготовления оболочковых форм применяют мелкозернистые кварцевые пески, содержащие не менее 96 % кремнезема. Соединение полуформ осуществляют склеиванием на специальных штыревых прессах. Состав клея: 40 % смолы МФ17, 60 % маршалита и 1,5 % хлористого алюминия (катализатор твердения). Заливку собранных форм производят в контейнерах. При литье в оболочковые формы применяют такие же литниковые системы и температурные режимы, как и при литье в песчаные формы. Малая скорость кристаллизации металла в оболочковых формах и меньшие возможности для создания направленной кристаллизации обусловливают получение отливок с более низкими свойствами, чем при литье в сырые песчаные формы. Технология литья в оболочковые формы включает ряд операций, выполнение которых при литье данным способом имеет особенности. К ним относятся: приготовление плакированной песчаносмоляной смеси; формирование на модельной оснастке тонкостенных оболочковых полуформ и стержней; сборка форм и их подготовка к заливке. Особенности, обусловленные свойствами связующего, в качестве которого обычно используют пульвербакелит ПК- 104 4 смесь фенолоформальдегидной смолы марки 104 с 8 % уротропина. В исходном состоянии смола термопластична, т. е. при нагреве и охлаждении обратимо расплавляется и затвердевает. В присутствии уротропина она становится термореактивной, полимеризуется и затвердевает необратимо. Твердение смолы ускоряется при 200-250 °С. При нагреве выше 400 °С связующее разлагается. Плакированную смесь приготовляют горячим и холодным способами. При горячем плакировании мелкозернистый песок, предварительно нагретый до 150 °С, смешивают в бегунах со смолой 104. Последняя при 70 - 130 °С расплавляется и обволакивает зерно песка тонкой пленкой. По мере перемешивания смесь охлаждается и ком- куется вследствие обратимого затвердевания смолы. Перемешивание продолжают до полного разминания комьев и получения сыпучей смеси, в которой каждая песчинка плакированна (покрыта) пленкой термопластичной смолы. После охлаждения до 60 °С и ниже в смесь добавляют уротропин для обеспечения последующего необратимого твердения смеси на модельной оснастке. При более высокой температуре уротропина процесс необратимого твердения развивается на стадии приготовления смеси, что недопустимо. Для ускорения охлаждения смеси и более равномерного распределения уротропина его вводят в виде 30 %-го водного раствора. При холодном плакировании пульвербакелий растворяют в спирте или ацетоне и перемешивают с песком. Песчинки смачиваются раствором смолы и покрываются пленкой. Смесь при непрерывном перемешивании продувают воздухом. При этом растворитель испаряется и на: песчинках остается тонкая твердая пленка термореактивной смолы. Испарение растворителя сопровождается образованием комьев смеси. После полного высыхания комья также разминают до получения однородной сыпучей смеси. Модели, модельные плиты и стержневые ящики изготовляют преимущественно из чугуна, реже из стали и алюминиевых сплавов. Оболочковые полуформы получают на модельных плитах 1 (рис. 1, а), нагретых до 200 - 250 °С. Рабочую поверхность плит с помощью пульверизатора покрывают разделительным составом для предотвращения прилипания смеси к модели. В 5 качестве разделительного состава используют силиконовую и другие жидкие композиции. На горловину поворотного бункера 2 устанавливают горячую модельную плиту, укрепляют ее и затем бункер переворачивают на 180°. Таким путем песчано-смоляную смесь 3 высыпают на плиту. Под действием теплоты модельной плиты слой 4 смеси, прилегающей к ней, за 15-20 с прогревается до температуры расплавления смолы на глубину 6 - 10 мм. В этом случае зерна смеси оказываются склеенными смолой. После возвращения бункера в исходное положение модельную плиту вместе с оставшейся на ней полутвердой оболочкой помещают в печь, где она при температуре 300 - 350 °С необратимо затвердевает в течение 50 - 60 с. Прочную оболочковую полу- форму 5 снимают с модельной плиты с помощью выталкивателей. Таким же образом изготовляют вторую оболочковую полуформу. С повышением давления, приложенного к насыпанной на модель смеси, формирование оболочки ускоряется, и ее прочность возрастает. В связи с этим над модельной плитой толщину слоя смеси увеличивают или же ее подпрессовывают, прикладывая избыточное внешнее давление, . . Оболочковые стержни получают аналогичным способом. В нагретый и смазанный разделительным составом стержневой ящик 6 (рис. 1, б) засыпают песчано-смоляную смесь 7. Через 15 - 20 с после оплавления поверхностного слоя из ящика высыпают остальную непрогретую, сохранившую сыпучесть смесь. Оболочка твердеет при дальнейшем нагревании ящика. Затем ящик раскрывают и извлекают стержень 8. При сборке в охлажденную полуформу устанавливают стержень и на нее накладывают вторую полуформу. Точность сборки обеспечивают с помощью углублений или соответствующих им выступов, которые выполняют по краям полуформ. 6 Рис. 1 . Литниковые системы для литья алюминиевых сплавов в кокиль (по Н. М. Галдину): I- верхние; II - нижние; III - вертикальнощелевые; IV- комбинированные: V – боковые. В мелкосерийном производстве полуформы прижимают друг к другу механическими приспособлениями: скобами, струбцинами. В массовом и крупносерийном производстве их склеивают, для чего на нижнюю полуформу по контуру изготовляемой отливки наносят клей, прижимают к ней вторую горячую (120 - 150 °С) полуформу и выдерживают в течение 5-10 с для отверждения клея. Готовые оболочковые формы заливают в горизонтальном или вертикальном положении. Перед заливкой оболочковые формы 11 (рис. 1, в) засыпают в металлических коробках 9 (опоках) песком или чугунной дробью 10. Применение опорного наполнителя позволяет получать отливки в тонкостенных оболочковых формах. При литье без опорного наполнителя необходимо увеличивать толщину оболочковых форм или (и) выполнять на их наружных поверхностях 7 упрочняющие ребра. Однако это сопряжено с увеличением затрат на их изготовление, прежде всего из-за повышенного расхода смеси (смолы). Оболочковая форма за счет теплоты залитого металла прогревается. При температуре свыше 400 °С связующее разлагается, и оболочка постепенно разупрочняется. Вследствие этого существенно улучшаются податливость и выбиваемость форм, отливки 12 легко освобождаются от остатков оболочки. Особенности способа и области его применения При отверждении смеси непосредственно на модели или в стержневом ящике получают более точные и стабильные по размерам полуформы и стержни. Оболочки обладают достаточной прочностью и жесткостью в период заливки и затвердевания сплава. Все это обеспечивает повышение точности отливок, а использование в смесях мелкозернистых песков - снижение шероховатости их поверхности. Разупрочнение оболочки при высоких температурах способствует свободной усадке отливки, снижает в них внутренние напряжения и облегчает выбивку форм. Отмеченные особенности дают возможность изготовлять сложные тонкостенные отливки массой до 300 кг, точные по размерам и с гладкой (чистой) поверхностью, например, ребристые цилиндры для мотоциклов, коленчатые валы для автомобильных двигателей и др. Оболочковые стержни применяют не только в оболочковых, но и в песчаных формах, а также в кокилях для выполнения сложных полостей в отливках. Следует отметить два обстоятельства, ограничивающих область применения оболочковых форм и стержней из смесей на термореактивных смолах. Первое - это ограничение размеров форм (полуформ) ввиду снижения жесткости и коробления, второе - возможность насыщения металла в поверхностных зонах углеродом, что делает нежелательным использование таких форм при производстве отливок из низкоуглеродистых, в частности коррозионно-стойких сталей. Второе ограничение устранимо при изготовлении оболочковых форм их смесей с неорганическими связующими материалами. 8 Расход формовочной смеси при литье в оболочковые формы в 8-10 раз меньше, чем при литье в песчаные формы. После термической регенерации песок можно использовать повторно. Изготовление оболочек хорошо поддается автоматизации. Недостатком технологического процесса является использование дорогого связующего материала - пульвербакелита. 2. Формовочные материалы. Для изготовления литейных форм и стержней применяют формовочные материалы, которые условно разделяют на исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси, вспомогательные формовочные составы. Формовочные пески – это осадочные породы, образовавшиеся в результате последовательного отложения минеральных веществ, а также выветривания осадков из различных природных растворов. Формовочные пески добывают в специальных карьерах, например Люберецком, Гусаровском, Кичигинском, Ореховском, Балашейском и т.д. Обычно пески носят название карьера, в котором их добывают. Чаще всего для приготовления формовочных и стержневых смесей применяют кварцевые пески, которые достаточно широко распространены в природе, а поэтому дешевле других и вместе с тем обладают необходимыми свойствами, главное из которых – огнеупорность. Основной составной частью этих песков является минерал кварц., представляющий собой химическое соединение SiO 2 плотностью 2,5 – 2,8 г/см 2 , температура его плавления 1713 0 С. При нагреве кварц переходит в другие кристаллические модификации, что сопровождается изменением его объема. Кроме кварца песок может содержать полевые шпаты, слюду, оксиды железа, гидраты оксидов железа, карбонаты, а, также глинистые минералы. Эти примеси придают песку различную окраску и ухудшают его свойства, понижая температуру плавления. В природных условиях в воде вместе с крупными песчинками оседают и 9 мелкие, поэтому в песках находятся зерна размером от нескольких миллиметров до нескольких микрометров. Условились зерна размером менее 22 мкм независимо от их химического состава относить к глинистой составляющей, а зерна более 22 мкм — к песчаной основе. Содержание глинистой составляющей в формовочных песках определяют отмучиванием, отделением песка от глины. В зависимости от содержания глинистой составляющей формовочные пески делят на кварцевые и глинистые. Кварцевыми называют пески, содержащие не более 2 % глинистых составляющих, 90 — 97% Si02 и до 8 % посторонних примесей. Пески, содержащие более 50 % глинистых составляющих, называют глинами. В табл. 1 приведена классификация формовочных песков по ГОСТ 2138—84. Таблица 1. Классификация и состав формовочных песков, % Песок Класс Обогащенный кварцевый Об1К Об2К Об3К 1К 2К 3К 4К Т П Ж ОЖ Кварцевый Тощий Полужирный Жирный Очень жирный Пески по форме Глинистая составляющая SiO 2 не менее 0,2 0,5 1,1 98,5 98,0 97,5 97,0 96,0 94,0 90,0 - 2,0 2 - 10 10 - 20 20 - 30 30 - 50 зерен разделяют на Вредные примеси Оксиды щелочнозе- Оксиды мельных железа, металлов, не более не более 0,4 0,2 0,75 0,4 1,0 0,6 1,2 0,75 1,5 1,0 2,0 1,5 округлые, полуокруглые, остроугольные и осколочные. Для получения отливок без дефектов необходим песок определенного зернового состава. Под зерновым составом формовочного 10 песка понимает распределение его частиц по размерам. Зерновой состав песчаной основы формовочных песков определяют просеиванием навески 50 г сухого безглинистого песка или формовочной смеси. Для этого их предварительно подвергают отмучиванию. Песок просеивают на калибровочных ситах с точными размерами ячеек (табл. 2). Нормальный набор калибровочных сит состоит из 11 сит с точными размерами ячеек от 2,5 до 0,05 мм. Сито № 2,5 сверху накрывают крышкой, снизу под сито № 005 подставляют металлический тазик. Навеску песка рассеивают с помощью специального прибора. Песок, оставшийся в наибольшем количестве на трех смежных ситах, называют основной зерновой фракцией. Таблица 2. Классификация песков по величине зерен основной фракции Песок Грубый Очень грубый Крупный Средний Мелкий Очень мелкий Тонкий Пылевидный Группа 063 04 0315 02 016 01 0063 005 Номера сит смежных размеров, на которых остаются зерна основной фракции 1; 063; 04 063; 04; 0315 04; 0315; 02 0315; 02; 016 02; 016; 01 016; 01; 0063 01; 0063; 005 0063; 005 Тазик Пески делят на две категории А и Б. К категории А относят песок с большим остатком основной фракции песка на крайнем верхнем сите (из трех смежных), к категории Б — пески с большим остатком на крайнем нижнем сите. Обогащенные кварцевые пески Об1К, Об2К и т. д. применяют для изготовления стержней из смесей с фурановыми смолами. Использование песков, содержащих более 2 % глины, ухудшает прочность по-сухому стержневых смесей с такими смолами. 11 Для уменьшения шероховатости поверхности отливок применяют взамен кварцевого песка высокоогнеупорные формовочные материалы; цирконовый песок, оливинит, хромистый железняк, магнезит. Цирконовый песок ZrSi04 имеет огнеупорность до 2400 °С. Стоимость цирконового песка высокая, поэтому его применяют обычно для приготовления противопригарных покрытий. Оливинит — это магнезиальный силикат Mg2Si04; его огнеупорность 1750—1830 °С. Применяют оливинит при производстве отливок из марганцовистой стали для уменьшения шероховатости их поверхности. Хромистый железняк Fe0·Cr203 (хромит) вводят в облицовочные смеси для форм и стержней крупных стальных отливок. Огнеупорность хромита 1750— 1850 °С; используют его в виде порошка, просеянного через сито с ячейками 1,5 мм. Магнезит MgC03 после обжига имеет огнеупорность 2800 °С. Магнезит не вступает в реакцию с оксидами марганца, поэтому его применяют для приготовления облицовочных смесей при литье высокомарганцовистой стали 110Г13Л. Шамот — это обожженная огнеупорная глина; его огнеупорность 1670— 1750 °С. Применяют шамот для изготовления сухих форм крупных стальных отливок. В зависимости от минералогического состава формовочные глины разделяют на четыре вида: - монтмориллонитовые (бентонитовые) — М; - каолинитовые — К; - гидрослюдис ты е — Г ; - полиминеральные — П. Чаще применяют каолинитовые и бентонитовые глины, так как они обладают большой термохимической устойчивостью. Коалинит - Al203·2Si02·2H20 — водный алюмосиликат, имеющий температуру плавления 1750—1787 °С. Каолинит является основной частью 12 каолинитовых глин. Монтмориллонит (бентонит) Al203·4Si02·Н20 nH20 имеет непостоянный химический состав, так как в его кристаллической решетке некоторая часть А13+ может быть замещена Mg3+, a Si4+ — А13+. Кристаллическая решетка бентонита способна расширяться в направлении одной из своих осей. Благодаря этому бентонит способен в большей мере, чем каолинит, поглощать воду — набухать. Это улучшает его связующую способность. Температура плавления бентонита 1250— 1300 °С. В зависимости от связующих свойств, определяемых пределом прочности на сжатие технологической пробы, формовочные глины делят на сорта и классы (табл. 3). Таблица 3 Классификация формовочных глин по прочности (ГОСТ 3226-77) Предел прочности при сжатии во влажном состоянии, кПа Монтморил- Остальные лонитовая глины глина 127 108 Глина Сорт Прочносвязующая I Среднесвязующая II 108 – 127 Малосвязующая III - 1 Предел прочности при сжатии в сухом состоянии, кПа 540 78,5 – 108 2 343 – 540 49 – 78,5 3 345 Класс Формовочные глины рекомендуется применять в составах песчаноглинистых смесей в зависимости от способа формовки и материала отливки. 3. Формовочные и стержневые смеси. Состав формовочных и стержневых смесей разнообразен и зависит от рода сплава, массы, толщины стенки и конфигурации отливки, предъявляемых к ней 13 требований, характера производства. Формовочные смеси разделяют: 1) по характеру использования - на единые, облицовочные, наполнительные; 2) по состоянию формы перед заливкой — на смеси для форм, заливаемых в сыром состоянии, и смеси для форм, заливаемых в сухом состоянии; 3) в зависимости от класса применяемого песка — на естественные и синтетические. Если всю форму изготовляют из одной смеси, то такую смесь называют единой. Едицые смеси применяют при машинной и автоматической формовке в цехах серийного и массового производства. Эти смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность. При переработке для повторного применения в них вводят достаточное количество свежих материалов для придания высоких технологических свойств. Облицовочную смесь наносят на модель; после уплотнения она представляет собой слой формы толщиной 15—100 мм в зависимости от толщины стенки отливки, соприкасающейся с жидким металлом. Ее всегда применяют вместе с наполнительной смесью, которая заполняет остальной объем опоки. Газопроницаемость наполнительной смеси должна быть не ниже облицовочной, чтобы не снижалась газопроницаемость всей формы. Единая и облицовочная смеси должны иметь достаточную прочность, обеспечивающую сопротивление формы давлению жидкого металла при заливке. При применении облицовочной смеси значительно сокращается расход свежих формовочных материалов и добавок на тонну годных отливок, однако усложняется технология и механизация изготовления форм, поэтому при автоматической формовке облицовочные смеси используют редко. Освежительные добавки предназначены для восстановления отработанной смеси. Они содержат свежие песок, глину, связующие, добавки в количествах, необходимых для восстановления технологических свойств отработанных смесей. В природе встречаются пески, содержащие такое количество глины, что 14 после увлажнения и перемешивания их можно применять в качестве формовочной смеси. Такие смеси называют естественными. Примером может служить тамбовский песок, используемый для изготовления форм отливок из цветных сплавов и мелких чугунных. Эти смеси имеют пониженную газопроницаемость и огнеупорность. Синтетические смеси — это смеси, в которые глину вводят в виде самостоятельной добавки; их широко применяют на практике. Формовочные смеси для отливок из чугуна и стали. Чугунные и стальные отливки изготовляют в сырых и сухих песчаных формах. Процесс получения отливок в сырых песчаных формах более экономичен благодаря сокращению цикла изготовления отливки. Однако процесс имеет и недостаток — малую прочность сырой формы, поэтому по-сырому можно практически получать отливки массой до 3000 кг. Сухие формы обычно применяют для средних и крупных отливок в единичном и мелкосерийном производстве. Выбор формовочной смеси для отливок из чугуна и стали зависит от массы отливки, толщины ее стенки и технологии изготовления формы. Для формовки по-сырому форм для чугунных отливок рекомендуется применять смеси, содержащие прочносвязующие глины или монтмориллонит в качестве связующего, а для формовки по-сухому — среднесвязующие глины. Это объясняется повышенной прочностью смесей с прочносвязующими глинами, лучшей их формуемостью. Повышение газопроницаемости, прочности и противопригарных свойств смеси достигается введением в единые и облицовочные смеси гранулированного угля, мазута и связующих, например крахмалита. Смеси для изготовления сухих форм чугунных отливок обладают повышенной прочностью и газопроницаемостью. Для увеличения податливости в такую смесь добавляют опилки, торф, асбестовую крошку. Формовочные смеси для стальных отливок, как правило, составляют из песков 1К или 2К с содержанием не менее 95 % Si02 и огнеупорной глины I сорта 15 и 1-й группы. Это вызвано тем, что температура заливки стали выше, чем чугуна, а следовательно, форма должна обладать большей огнеупорностью и прочностью. Для изготовления мелких стальных отливок по-сырому применяют облицовочные смеси. При этом желательно вместо глины в смесь вводить бентонит, а для упрочнения формы связующие — сульфитную барду, жидкое стекло. При изготовлении мелких и средних по массе отливок рекомендуется применять в формовочных смесях пески зернистостью 016А и 02А. Применение более крупного песка делает более грубой поверхность отливки. Для получения поверхности отливки без пригара в смесь рекомендуется вводить до 20 % пылевидного кварца при условии обеспечения достаточной газопроницаемости. Для формовки по-сухому можно применять кварцевые пески более крупные, но в этом случае следует хорошо покрывать форму краской. Формы для особо крупных отливок из углеродистых и специальных сталей с толщиной стенки более 70 мм изготовляют с применением облицовочной смеси из хромистого железняка. Состав смеси: 97,5—98 % хромистого железняка марки К-ПШС, 2—2,5 % сульфитно-спиртовой барды, 4,5—5,5 % воды. Предел прочности на сжатие во влажном состоянии 49—58,8 кПа, на разрыв по-сухому — не менее 196 кПа. Формы для крупных отливок из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей изготовляют с применением облицовочных хромомагнезитовых смесей с жидким стеклом (до 7,5 % по массе) в качестве связующего. 4. Расчет литниковой системы для технологий отливок из чугунов. При разработке технологии изготовления отливки технолог - литейщик должен выбрать способ подвода жидкого металла в форму и определить размеры элементов литниковой системы. Последнее приобретает важное значение не только потому, что литниковая система оказывает непосредственное влияние на 16 качество отливки, но и потому, что расход металла на литниковые системы в зависимости от массы отливки может составлять значительную величину. Коэффициентом выхода годного металла считают отношение годных отливок к массе жидкого металла, израсходованного на отливку, литники, прибыли, на бракованные отливки и скраб (брызги, сплески, остатки в ковше). Коэффициент выхода годного металла всегда меньше 1 и в среднем составляет при производстве простых массивных отливок, например чугунных плит, изложниц 0,85 - 0,95, отливок простой конфигурации из стали 0,75 - 0,85, крупных чугунных машиностроительных отливок 0,65 - 0,75, крупных стальных машиностроительных отливок 0,55 - 0,65, мелких чугунных отливок 0,45 - 0,55, мелких стальных отливок 0,35 - 0,45. Коэффициент выхода годного является важным показателем совершенства технологии. Необходимо стремиться повысить коэффициент выхода годного, сокращая расход металла на ледники, прибыли, брак отливок и т. д. Определение размеров поперечного сечения элементов литниковой системы имеет большое технико-экономическое значение, так как правильно выбранные размеры литниковой системы позволяют не только снизить расход металла на литники, выпоры и т. д., но и снизить брак отливок. Задача определения точных размеров литниковой системы в каждом конкретном случае является трудновыполнимой вследствие сложности явлений, происходящих при заполнении формы жидким металлом. Поэтому на практике используют упрощенные методы, основанные на следующих допущениях. Жидкий металл рассматривается как идеальная жидкость с постоянной вязкостью; тепловое взаимодействие металла и формы (охлаждение металла и нагрев формы) при ее заполнении не учитывается; движение жидкого металла расгматривается как движение тяжелой жидкости позабытым и открытым каналам формы. 17 Расчет литниковой системы по способу Озанна-Диттера. Прежде всего находят суммарное сечение питателей а затем размеры остальных элементов литниковой системы (стояка и шлакоуловителя). Суммарное сечение питателей находят по формуле: Fn=Q/ v (1) где Q - масса отливки, г; - плотность металла, для расплавленного чугуна = 7 г/см3; v - скорость истечения металла, см/с; - продолжительность заливки, с. Расчетный статический напор Нр (см) зависит от размера отливки и определяется из следующего соотношения: Нр =2НС-P2/2С (2) где Н - высота стояка от места подвода металла в форму, см; С - высота отливки, см; Р - высота отливки от места подвода металла в форму, см. При сифонной заливке Р = С (рис. 2,а) Нр = Н - С / 2, при заливке сверху Р = 0 (рис. 2,б). Рис. 2. К расчету напора металла при заливке. При подводе металла по плоскости разъема формы (рис. 2,в) при Р = С/2 18 Нр = Н - С / 8. Время заливки формы тонкостенных, сложных по конфигурации отливок со стенками толщиной 2,5-15 мм и массой до 450 кг определяют по формуле =S G , где G - масса отливки с литниками, кг; S - коэффициент, учитывающий толщину стенок отливки; при толщине стенок 2,5-3,5 мм, 3,5- 8,0 мм, 8-15 мм коэффициент S соответственно равен 1,68; 1,85; 2,2. Для средних и крупных отливок массой до 1000 кг. = S 3 G (3) где - толщина отливки, мм; 8, мм S до 10 20 1,0 1,35 40 до 80 и выше 1,5 1,7 Значительно труднее определить коэффициент , который характеризует общее гидравлическое сопротивление формы движущемуся металлу и зависит от сопротивления в литниковой системе 1 , и сопротивления в форме 2, = 1 2 Исследованиями было установлено, что для чугунных отливок среднее значение = 0,75 : 0,85, т. е. потери в литниковой системе на трение в каналах, повороты, завихрение, сужение струи и др. составляют приблизительно 20%. Коэффициент 2 формы зависит прежде всего от конфигурации отливки, количества выделяющихся газов из формы, газопроницаемости и влажности смеси, завихрений и ударов металла в форме. Величину невозможно подсчитать, поэтому ее принимают для расчетов на основании практических данных. Например, для тонкостенных чугунных отливок (стенки толщиной до 10 мм) с большим сопротивлением формы = 0,34. 19 Подставляя значение в формулу (1), а также значение , , получим F n = Q / 0,34S G ·0,31 H p Обозначим 1 / 0,31·0,34S через X, тогда формула примет следующий вид: Fn = Х G / Hp При толщине стенок отливки 2,5-3,5 мм, 3,5-8,0 мм X соответственно равняется 5,8; 4,9; 4,3. Из формулы видно, что при одной и той же массе отливки, но с уменьшением толщины стенки суммарная площадь питателей увеличивается и наоборот. По найденной площади F n находят площадь шлакоуловителя F øë и Fcт для отливок: тонкостенных мелких F n : F øë : Fcт = 1 : 1,06: 1,11; средних и мелких F n : F øë : Fcт = 1 : 1,1 : 1,15; средних и крупных F n : F øë : Fcт = 1 : 1,5 : 2; крупных F n : F øë : Fcт = 1 : 1,2 : 1,4. Главное обеспечивается без ударов применением и завихрений заполнение расширяющихся литейных литниковых форм систем с соотношением площадей сечений основных элементов F øë : Fcт : F n = 1: 2 : 3; 1: 2 : 4; 1: 3 : 6 соответственно для нижнего, щелевого или многоярусного подвода металла к полости литейной формы. 20 Расчет литниковой системы по номограмме К. А. Соболева. На основании обобщения большого практического опыта по конструированию и расчету литниковых систем для чугунных отливок К. А. Соболев разработал номограмму, которая значительно упрощает расчет литниковой системы. По номограмме К. А. Соболева (рис. 3) рассчитывают площади сечения питателей для средних машиностроительных отливок. Номограмма Соболева позволяет определить суммарную площадь сечения питателей Fn в зависимости от массы отливки G, толщины стенки и расчетного напора Нр. Допустим, что необходимо рассчитать литниковую систему для чугунной отливки массой 900 кг с преобладающей толщиной стенки 15 мм. Расчетная высота стояка равна 60 см, форма отливки имеет среднее сопротивление. По номограмме в правой части находим точку, соответствующую 900 кг, затем из нее проводим вертикальную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей толщине стенки 15 мм. Из найденной точки проводим линию, параллельно оси абсцисс, до пересечения с наклонной линией, соответствующей расчетной величине напора 60 см, и из точки пересечения этих линий опускаем вертикаль на ось абсцисс. Пересечение этой вертикали с осью абсцисс указывает на то, что для формы со средним сопротивлением суммарная площадь сечения питателей Fn составляет 19,5 см2. Поданной номограмме определяется суммарная площадь питателей для сырых форм. Если же формы заливают металлом посухому, то вводят поправочный коэффициент 0,8 - 0,85. 21 Рис. 3. Номограмма К. А. Соболева для расчета сечения питателей. 22 Особенности технологии формовки ковкого чугуна . Формы для отливки из ковкого чугуна изготовляют в основном на формовочных машинах и только небольшое число (для опытных образцов машин и ремонтных деталей) вручную. Температура заливки ковкого чугуна (1390 - 1430 0 С) выше, чем серого чугуна, поэтому формовочные и стержневые смеси должны обладать большей огнеупорностью, газопроницаемостью и податливостью. Формовочные и стержневые смеси должны содержать большое количество свежих кварцевых песков. В наполнительную смесь вводят до 10 - 12 % свежих материалов и добавок для сохранения ее физикомеханических свойств. Вследствие большой усадки белого чугуна в отливках образуется много усадочных раковин и рыхлот. С целью их устранения белый чугун подводят, в отличие от серого чугуна, к толстым местам отливки и устанавливают в этих местах питающие бобышки, застывающие после застывания отливки. Питающая бобышка выполняет роль прибыли. Она имеет цилиндрическую или слегка коническую форму, металл в ней должен охлаждаться медленно. Около 1/3 высоты бобышки находится в нижней опоке. Бобышку следует устанавливать возможно ближе к питаемому месту отливки и соединять с ней коротким и достаточно широким каналом - шейкой. При длинной и узкой шейке белый чугун преждевременно застывает, и питание прекращается. Шейка должна иметь пережим. Рекомендуется делать около 65 - 75 % сечения тела отливки в питаемом месте. Расстояние от пережима до тела отливки обычно составляет не более 3 мм. Форма для отливки ступицы заднего колеса автомашины из чугуна К435-10 приведена на рис. 4. С целью устранения рыхлог и трещин в отливках в утолщенных местах при формовке устанавливают холодильники для ускорения охлаждения утолщенных мест. Благодаря этому выравнивается скорость охлаждения отливки и уменьшается вероятность возникновения трещин и рыхлот. С этой же целью в отливках выравнивают толщину стенок; в сечениях отливки, где возможно образование усадочных трещин, делают ложные усадочные ребра – «усы», удаляемые при обрубке. Отливки, имеющие резкие переходы от тонкой части к 23 АА Рис. 4. Форма отливок ступицы заднего колеса автомашины. толстой, охлаждают в форме до более низких температур. Для этого удлиняют конвейеры или дополнительно охлаждают отливки в массе формовочной смеси на пластинчатом транспортере при подаче их в очистное от деление или помещают горячие отливки в специальные колодцы, где они медленно охлаждаютя. При расчете литниковой системы для отливок из ковкого чугуна скорость заливки принимается меньше, чем для серого чугуна, вследствие меньшей жидкотекучести белого чугуна и увеличенного сечения питателей. Расчет литниковой системы можно производить по формуле Дитера Т. Е., а соотношение принимать F n : F øë : Fcт = 1 : 1 : 1,5 , т.e. иное , чем для отливок из серого чугуна. Такая литниковая система является незаполненной и не может задерживать шлак. Шлак при заливке белого чугуна в форму задерживается фильтровальными сетками, изготовленными из стержневой смеси, установкой дроссельной литниковой системы и другими способами. Размеры усадочного питателя можно рассчитать по методике, рекомендуемой Б. В. Рабиновичем. Определяем модуль охлажедения отливки L = V0T /F, где V0T - объем отливки, F - поверхность отливки. 24 Размеры усадочного питателя можно определять по графику, приведенному на рис. 5, по известным значениям массы отливки Q и модулю охлаждения L. Рис. 5. Диаграмма для расчета размеров усадочного питателя: V и D - объем и диаметр питателя; f - площадь сечения шейки. 5. Расчет литниковой системы для стальных отливок. Литниковые системы для стальных отливок должны иметь минимальную протяженность каналов. Питатели необходимо располагать в направлении продольной оси стенки отливки в местах, разогрев которых способствует направленному затвердеванию, а движение сплава - всплытию неметаллических включений. При изготовлении крупных и средних отливок первые порции сплава следует подавать сифоном, а последующие под заполненный уровень. При этом в прибыли сплав должен поступать через специальные литниковые каналы или доливкой из ковша. Наиболее широко применяют сифонный или ступенчатый подвод стали, обеспечивающий спокойное заполнение формы. На литниковую систему с прибылями расходуется 25 – 50 % общей массы жидкой стали. Поэтому увеличение выхода годного литья можно достигнуть за счет уменьшения расхода стали на прибыль, принимая оптимальные ее размеры. Верхний подвод стали (рис. 6, а) применяют для широких отливок с небольшой высотой, заливку с наклоном формы (рис. 6, 6) - для отливок типа плит. Сифонный подвод стали (рис. 6, в) имеет недостаток: в прибыль поступает 25 более холодный сплав. Однако возможна заливка с кантовкой (рис. 6, г): после заливки формы наиболее горячий металл будет находиться в прибыли и обеспечит питание отливки. Иногда для плавного заполнения формы делают нижний подвод стали с помощью рожковой литниковой системы (рис. 6, д). Для крупных отливок применяют ступенчатую литниковую систему (рис. 6, е), в этом случае в прибыль поступает горячий сплав. Литниковая система должна обеспечивать четкую направленность затвердевания отливок; прибыли должны заполняться горячим сплавом. Основное отличие литниковой системы для стали от литниковой системы для чугуна - это установка прибыли для питания усадки отливки. Прибыли ставят на самые массивные части отливки. Кроме того, необходимо обеспечить легкое их отделение и несложную механическую обработку мест установки прибылей. В поточно-массовом производстве наиболее распространены прямые открытые прибыли, которые, помимо своего основного назначения - питания отливки служат как бы резервуаром для всплывания неметаллических включений (засоров). Их преимущество заключается в удобстве сборки форм и возможности наблюдения за состоянием формы перед заливкой и в процессе заливки. Рис. 6. Конструкция литниковых систем для стальных отливок. Недостатками открытых прибылей (рис .7, а) является зависимость высоты 26 прибыли от высоты имеющихся в цехе опок и возможность засора формы через открытые прибыли, а также увеличенный расход сплава на прибыли. Закрытые прямые прибыли (рис. 7, б) следует использовать для высоких опок, когда применение открытых прибылей вызывает большой расход сплава на прибыль. Отводные прибыли (рис. 7, в) устанавливают для питания узла отливки в нижней половине формы и в тех случаях, когда нельзя поставить прямую прибыль без изменения конфигурации отливки. На практике очень часто применяют прибыли сферической формы, что уменьшает расход сплава и увеличивает выход годного литья. Преимущества сфероидных прибылей: высота их не связана с высотой опок. Рис. 7. Способы установки прибылей на стальных отливках. Для улучшения работы прибылей важно, чтобы металл в прибыли оставался длительное время в жидком состоянии (прибыль должна застывать позже отливки). С этой целью применяют специальные стаканы (рис. 7, г) из экзотермических смесей, состоящих в основном из термита. При заливке формы эта смесь разлагается с выделением большого количества теплоты, которая и обогревает прибыль. Однако для крупных прибылей такие стаканы применять нецелесообразно, так как они сгорают раньше, чем прибыль закончит свое действие, и эффект их применения будет небольшим. 27 Чтобы обеспечить работу закрытой прибыли под атмосферным давлением, в прибыль устанавливают песчаный стерженек (рис. 7, в), вокруг которого металл не затвердевает, так как стерженек быстро прогревается до температуры металла. По этому стерженьку воздух из атмосферы проходит в прибыль, которая и работает под атмосферным давлением. Для улучшения работы прибылей и уменьшения расхода металла применяют прибыли, работающие под избыточным давлением, которая создается специальным патроном 1 ( рис. 7, д), вставляемым внутрь формы. Патрон состоит из металлического корпуса и мелового заряда. После заливки формы стенки корпуса патрона расплавляются к моменту, когда на стенках формы уже образовалась достаточно прочная корочка твердого металла (рис. 7, е). Мел при нагревании разлагается, образуя газ, который и создает внутри прибыли избыточное давление, улучшающее условия заполнения усадочных пор жидким металлом. Для обеспечения отделения прибыли от отливки применяют специальные тонкие керамические пластинки 2 (рис. 7,д), которые, быстро прогреваясь, не охлаждают перешеек между отливкой и прибылью и не препятствуют перетеканию металла из прибыли в отливку, но создают своеобразный надрез, позволяющий легко отделять прибыль от отливки. Прибыль должна иметь достаточное сечение, затвердевать позже отливки и иметь минимальный, но достаточный Объем, чтобы усадочная раковина не вышла за ее пределы. На рис. 8 приведены прибыли, используемые для отливок зубчатых колес диаметром 500-1200 мм. а) б) в) Рис. 8. Прибыли: а - закрытые; б - открытые; в - отводные. 28 Наружные холодильники часто применяют для борьбы с трещинами в тех случаях, когда нельзя сделать охладительные ребра на отливках. В стальных отливках горячие трещины и надрывы образуются при неправильной конструкции отливки, т. е. когда нет плавных переходов от тонкой части к толстой, а также при неправильном подводе металла к отливке. Надежным средством предупреждения образования горячих трещин в отливках является применение литейных ребер, удаляемых при обрубке. Толщина литейных ребер составляет 10 - 30% толщины стенки отливки. Расчет литниковых систем. Суммарную площадь сечения питателей рекомендуется определять по формуле (1), Время заполнения формы жидкой сталью следует находить по формуле = S3 G , где - средняя толщина стенок, мм; G - масса отливки с литниками и прибылями, кг; S - коэффициент времени. Значение коэффициента S зависит от производственных условий и колеблется от 1,4 - 1,6. Для отливок, склонных к образованию внутренних напряжений, трещин и усадочных раковин, значения коэффициента S желательно увеличивать на 0,1 0,2. Отливки, изготовляемые в металлических или песчаных формах с большим числом холодильников, следует заливать быстрее и значение S для них уменьшить на 0,1 - 0,2. Найденное время рекомендуется проверять следующим соотношением v = Н/ где Н - высота отливки, см. При толщине стенок 7 - 10 мм скорость заливки v должна быть не менее 20 мм/с, при = 10 - 40 мм скорость v не менее 10 мм/с при = 40 мм, v = 8 мм/с. 29 Если скорость окажется недостаточной, то нужно уменьшить скорость заливки или же изменить положение отливки в форме. По Г. М. Дубицкому соотношение сечений элементов литниковой системы должно быть для отливок: мелких F n : F ë. õ : Fcт = 1,0 : (1,05 - 1,2): (1,1 - 1,2); средних F n : F ë. õ : Fcт = (1 - 1,5): 1,0 : (1,05 - 1,2); крупных F n : F ë. õ : Fcт = (1,0 - 2,0): (1,0 - 2,0): 1,0 , где F ë. õ - поперечное сечение литникового хода. 6. Литниковые системы для отливок из алюминиевых сплавов. Литниковая система для отливок из алюминиевых сплавов должна отвечать следующим основным требованиям: обеспечивать плавное, без ударов и завихрений, заполнение сплавом формы, чтобы избежать захвата или подсоса воздуха, а также разрушения материала формы; задерживать неметаллические включения, находящиеся в жидком сплаве; способствовать удалению из полости формы воздуха и газов, образующихся при разложении связующих стержневой смеси; обеспечивать направленное затвердевание отливки. Наиболее часто применяют литниковые системы сифонные с нижним подводом металла к отливке и вертикально-щелевые с подводом металла через щель в боковые стенки отливки (рис. 9). 30 Рис. 9. Вертикально-щелевая литниковая система со змеевидным стояком: 1 – литниковая чаша; 2 - прямой и змеевидный стояки; 3 - шлакоуловитель; 4 - литниковый канал; 5 - щелевые питатели; 6 - выпор; 7 - отливка. Сифонная литниковая система обеспечивает плавность заполнения формы металлом, но не создает условий для направленного затвердевания снизу вверх. Этот недостаток устраняется при вертикальной щелевой системе. Установлено, что для получения качественных отливок скорость движения сплава при заполнении формы не должна превышать 150 см/с. Поэтому для алюминиевых сплавов применяют расширяющиеся литниковые системы с соотношением F ñò : F øë : F ëèò = 1:2:3; 1:2:4; 1:3:6. Для снижения скорости движения сплава в стояке их часто делают зигзагообразными, однако это увеличивает потери теплоты сплавом и снижает заполняемость формы. Для задержания шлака иногда используют фильтровальные сетки. Площадь сечения стояка для отливок из алюминиевых сплавов определяют по номограмме (рис. 10). По высоте (шкала 1) и массе огливки (шкала 3) находят 31 точки, которые соединяют прямой линией. Эту линию продолжают до пересечения со шкалой 4. Точку пересечения соединяют прямой линией с точкой (средняя толщина отливки) на шкале 2 и эту прямую продолжают до пересечения со шкалой 5. Точка на шкале 5 соответствует сечению стояка для данной отливки. Рис. 10. Номограмма для расчета литниковых систем для алюминиевых сплавов. В зависимости от характера кристаллизации все литейные сплавы можно условно разделить на три группы: Первая группа - сплавы почти эвтектического типа (AJI2), кри- сталлизующиеся в интервале температур до 15 °С. Вторая группа - сплавы, кристаллизующиеся в интервале температур порядка от 15 °С до 60 °С (АЛ4, АЛ9). Третья группа - сплавы кристаллизующиеся в широком интервале температур - более 60 °С (АЛ1, AJI3, AJI5, AJI6, AJ17, AJI8, АЛЮ, АЛ 12, АЛ 13). Конструирование и размеры прибылей - питателей для отливок из вышеуказанных алюминиевых сплавов представлены на рис. 11, где диаметр окружности, вписанной в основание прибыли Д ï , для алюминиевых сплавов берется равным 1,2-1,6 диаметра окружности, вписанной в тепловой узел Ду; 32 остальные размеры прибыли вычисляются по диаметру вписанной в ее основание окружности. Рис. 11. Конструирование и размеры прибылей - питателей для отливок из алюминиевых сплавов. 7. Литниковые системы для магниевых сплавов. Литниковые системы для магниевых сплавов почти ничем не отличаются от литниковых систем для алюминиевых сплавов. Литниковые чаши должны быть металлическими для удержания в них шлака. Предпочтительно использовать вертикально-щелевую усадочного литниковую происхождения систему. ускоряют Для устранения затвердевание отливки пористости установкой наружных холодильников и соответствующим подводом металла. Литниковую систему для магниевого сплава можно рассчитать по формуле (1). Соотношение площадей поперечного сечения элементов литниковой системы следующее: 33 F ñò : F øë : n·F ëèò = 1:2:4; 1:3:1; 1:3:6; 1:4:2. Широкое распространение нашел разработанный А. Г. Спасским и А. А. Бочваром способ литья в разовые формы, помещаемые в автоклавы с повышенным давлением. Собранную форму помещают в автоклав (рис. 12), который герметически закрывают. Через специальное отверстие металл из ковша заливают в форму, затем отверстие герметически закрывают, в автоклав подают сжатый воздух под избыточным давлением 5-7 атм. Внешнее давление усиливает питающее действие прибылей и одновременно препятствуют выделению газов из охлаждающегося металла, что способствует повышению плотности отливок и их механических свойств. Рис. 12. Заливка форм в автоклавах: 1 - автоклав; 2 - отверстие для заливки; 3 - крышка; 4 форма; 5 - клапаны. Для получения плотных отливок из магниевых сплавов применяют наружные холодильники, так как внутренние не свариваются с заливаемым металлом из-за наличия окисных пленок на поверхности раздела металл холодильник. Наружные холодильники делают из меди и медных сплавов, чугуна, графита, стали и алюминия. Рабочие поверхности холодильников, соприкасающиеся с жидким металлом, покрывают различными красками. Толщину холодильников из чугуна, стали и графита при литье легких сплавов рекомендуется принимать 0,3 - 1,0 толщины захолаживаемой части отливки. Для магниевых сплавов характерны низкое теплосодержание, малая 34 плотность и незначительное металлостатическое давление, поэтому прибыли на фасонных отливках из этих сплавов делают более массивными, чем на отливках из алюминиевых сплавов. 8. Разработка рецептур модельных сплавов для литья по выплавляемым моделям. 8.1. Исходные материалы Парафин - смесь углеводородов предельного ряда с общей формулой СпН ( 2п+2), продукт возгонки нефти, бурого угля и горючих сланцев. Представляет собой белую массу с кристаллической структурой. Парафин придает моделям пластичность и устойчивость к образованию трещин. Он наиболее дешевый и недефицитный компонент модельного состава. К недостаткам парафина относятся: невысокая прочность, склонность к размягчению и деформации при температурах, превышающих 28 0 С, вспениваемость в расплавленном состоянии. Парафин хорошо сплавляется со стеарином при температуре 70-80 0 С и с буроугольным воском - при 100-110 °С. Стеарин - смесь жирных кислот, продукт переработки растительных и животных жиров. Представляет собой аморфную беловато-желтую массу. Стеарин повышает теплостойкость и прочность моделей. Это дефицитный и дорогой материал ( в 8 раз дороже парафина). Недостатками стеарина являются взаимодействие с этил- силскатом и омыление в воде. Буроугольный воск - смесь воска, смолы й асфальтоподобных веществ, продукт переработки битумного бурого угля. Представляет собой однородную массу темно-бурого цвета. Служит основным заменителем стеарина. Буроугольный воск обладает высокой прочностью и твердостью, значительной хрупкостью, способствует образованию твердой блестящей поверхности модели. Недостатком буроугольного воска является его коксуемость в процессе выжигания в керамической форме при недостатке кислорода. 35 Церезин - смесь твердых высокомолекулярный углеводородов метанового ряда, получаемая в результате переработки и очистки озокерита или петролатума. Это аморфная масса светло-жеблтого цвета. Недефицитный материал. Церезин обладает более высокой пластичностью и теплостойкостью, чем парафин и стеарин. Недостатки церезина - значительная линейная усадка, невысокие прочность и твердость. Церезин хорошо сплавляется с парафином и стеарином при температуре 70-80 0 С, с буроугольным воском - при 100- 110 0 С, с канифолью при 140 0 С. Кубовый остаток крекинга парафина - смесь высокомолекулярных предельных и непредельных углеводородов. Используегся как пластификатор ( повышает пластичность и упругость). При введении в модельный состав более 8% кубового остатка уменьшается теплостойкость и прочность. Этилцеллюлоза - разновидность простых эфиров целлюлозы. Это мелкокристаллический белый или светло-желтый порошок. Этилцеллюлоза применяется как пластификатор и упрочнитель па- рафино-стеариновых составов, а также с канифолью и церезином. Содержание этилцеллюлозы в модельном составе не должно превышать 5%, иначе модельный состав будет прилипать к оснастке. Этилцеллюлоза хорошо смешивается с жидким стеарином, но не сплавляется с парафином. Торфяной воск - смесь высокомолекулярных углеводородов, продукт обработки торфа различными растворителями. По сравнению со стеарином и парафином торфяной теплостойкостью. К воск обладает недостаткам более торфяного высокой воска прочностью относятся и хрупкость, повышенная вязкость в расплавленном состоянии. Полиэтилен - синтетическое высокомолекулярное соединение, получаемое полимеризацией этилена (СН2 - СН 2 )n под давлением (120 - 250 Па). Полиэтилен увеличивает термостойкость и прочность парафина в 1,5 - 2,0 раза. Недостатки полиэтилена - значительная усадка (до З%), повышенная вязкость в расплавленном состоянии, снижающая жидкотекучесть модельного состава. Полиэтилен хорошо сплавляется со стеарином и канифолью. 36 Канифоль - состоит в основном из смоляных кислот. Это - хрупкая стекловидная масса. Применяется для придания модельным составам повышенной прочности и термостойкости. При большом содержании канифоли в модельном составе, он приобретает хрупкость, прилипает к оснастке, утрачивает технологические свойства при многократном использовании. Полистирол - термопластичный материал, получаемый полимеризацией стирола. Используется не только в качестве самостоятельного материала для изготовления моделей, но и как компонент модельного состава, повышающий его теплостойкость и механическую прочность. Модели из полистирола плохо удаляются из керамических оболочек. Пенополистирол - термопластичный материал в виде гранул, получаемый суспензионной полимеризацией стирола (С6Н5-СН=СН 2 ) - в присутствии летучего пенообразователя. Является исходным материалом для изготовления моделей. Карбамид - СО (NH 2 ) 2 техническая мочевина - кристаллический материал, получаемый путем нагрева аммиака и углекислого газа при температуре 150 0 С и давлении 450 МПа. При нагреве карбамид не проходит стадию размягчения. Является основным компонентом, растворяемых в воде модельных составов. Обеспечивает малую линейную усадку и высокую прочность моделей. Борная кислота - блестящие чешуйки или бесцветные мелкие кристаллы является компонентом растворимого в воде модельного состава. Основные свойства исходных материалов характеризует табл. 4. 8.2. Требования к модельным составам. Модельные составы должны отвечать следующим требованиям: хорошо заполнять полости пресс-форм и четко их воспроизводить; - не вступать во взаимодействие с материалами пресс-форм и огнеупорных покрытий; - не прилипать к поверхности пресс-форм, инструменту и рукам рабочего; - хорошо смачиваться огнеупорной суспензией; 37 Таблица 4 Основные свойства исходных материалов Материал Прочность при сжатии, МПа Плотность, Температура Линейная усадка, 2 0 г/см плавления, С % Парафин технический 0,90 – 0,95 50 – 50 0,3 – 1,0 0,4 – 0,5 Стеарин дистиллированный 0,90 - 0,97 50 – 56 0,7 – 1,5 0,4 – 0,6 Буроугольный воск 1,00 – 1,03 82 – 90 0,8 – 1,3 Церезин 0,91 – 0,94 67 – 100 Кубовый остаток крекинга 35 Этилцеллюлоза 1,00 – 1,20 160 – 180 14 Торфяной воск 65 – 67 Полиэтилен 0,92 – 0,95 104 – 115 2,0 – 3,0 12 – 16 Канифоль сосновая 1,00 – 1,20 66 – 73 Полистирол блочный 1,05 – 1,07 280 – 300 0,2 – 0,4 0,4 – 0,7 Пенополистирол 0,06 – 0,10 0,3 – 0,4 0,4 – 0,7 Карбамид (мочевина) 129 - 134 Примечание. Зольность (массовая доля остатка материала после удаления модели и прокаливания формы) исходных материалов находится в пределах 0,05 – 0,01 % (не более). Зольность полиэтилена доходит до 0,10%. - обладать после затвердевания прочностью и твердостью, достаточной для того, чтобы исключить повреждение моделей; - иметь малую и стабильную усадку и соответственно малое расширение при повышенных температурах, чтобы исключить растрескивание керамической оболочки; - сохранять свои свойства при всех технологических операциях, причем при многократном использовании; - не выделять вредных газов и паров при нагревании и сгорании. Желательно, чтобы температура плавления модельного состава была в пределах 60-100 0С, тогда его будет проще удалить из керамической оболочки. Температура начала размягчения должна превышать максимальную положительную температуру воздуха в рабочих помещениях на 10-15 0С и составлять примерно 35-40 °С. В машиностроении наибольшее распространение получили модельные состава четырех групп. К первой группе относятся модельные составы, представляющие собой сплав воскоподобных материалов, содержащий в ряде случаев улучшающие добавки. Основными компанентами составов этой группы являются парафин, стеарин, церезин, буроугольный и торфяной воски, сложные эфиры высших кислот. В качестве добавок, повышающих пластичность, прочность, теплостойкость, используют этилцеллюлозу, кубовый остаток крекинга парафина, полиэтилен и др. Физические и механические свойства некоторых модельных составов первой группы представлены в табл. 5. В маркировке модельных составов буквы обозначают наименования компонентов: П - парафин; С - стеарин; Ц - церезин; Б - буроугольный воск; Тр триэтаноламин; Пс - полистирол; ПЭВ - полиэтиленовый воск; Кб - карбамид; Бк борная кислота; Нк - нитрат калия; К - канифоль; Св - сибирский воск;. Цифры в маркировке указывают массовую долю (%) компонентов в составе. Во вторую группу входят модельные составы на основе натуральных и синтетических смол» термопластов ( например, полиэтилена, полистирола) с добавками воскообразных материалов (церезина, парафина и др.). От составов Таблица 5 Основные свойства составов на основе воскоподобных материалов Марка состава ПС 50-50 ПЦБК 70-12-13-5 ПБС 60-25-15 ПБТТ 25-35-35-5 ПЦБ 62-25-13 ПЦП 67-25,5-7,5 Температура каплепадения, 0 С Температура начала размягчения, 0 С Линейная усадка, % Прочность при изгибе, МПа Зольность, % 53 80 74 75 75 77 30 33 35 35 32 43 0,8 – 1,0 037 – 0,9 0,6 – 1,0 0,9 – 1,4 0,7 – 1,0 1,8 – 2,0 3,6 – 3,7 2,4 – 4,0 4,7 – 5,0 3,4 6,3 0,03 – 0,10 0,05 – 0,03 0,08 – 0,12 0,15 – 0,30 0,10 0,02 первой группы они отличаются более высокой прочностью и теплоустойчивостью. Однако высокая температура плавления ограничивает выбор технологического оборудования. Например, модели не выплавляются в горячей воде. Характерным составом второй группы является КПЦ 50-30-20 с температурой каплепадения 140 0С. Третья группа включает водорастворимые модельные составы на основе карбамида, азотных и азотнокислых солей щелочных металлов, поливинилового спирта и других материалов, плавящихся при температуре не выше 350 С. Эти составы обладают малой усадкой (около 0,20 %), высокой прочностью, хорошо растворяются в воде.. Их недостатки - хрупкость и гигроскопичность. Наиболее распространены составы КБ 98-2 и КН 90-10. К четвертой группе относятся выжигаемые модельные составы. Наибольшее распространение получил вспенивающийся полистирол ПСВ-ЛД. Плотность изготовляемых из него моделей составляет 0,24-0,30 г/см3, прочность при изгибе 10-14 Мпа, усадка - 0,2-0,3%. Литература. 1. Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства. - М.: Машиностроение, 1974. - 471с. 2. Михайлов А.М. и др. Литейное производство. - М.: Машиностроение, 1987. - 266с. 3. Курдюмов А.В., Пискунов М.В., Чурсин В.М., Бибиков Е.М. Производство отливов из сплавов цветных металлов. - М.: Металлургия, 1986. 415с. 4. Милиции К.Н., Ловчиков B.C., Суворов А.М. Плавка и литьё цветных металлов. - М.: ГН-ТИЛ по черной цветной металлургии, 1956. - 66с. 5. Беккер М,Б. Литье под давлением. - М.: Высшая школа, 1978. - 216с. 42
