Окружающей среды и природопользования
Изготовление литейной формы и вставок
жүктеу/скачать 9.9 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 6.5.1 Сырье
- 6.5.1.2 Связывающие составы и другие химические продукты
6.5 Изготовление литейной формы и вставокПроцесс формовки состоит из создания литейной формы, в которую будет заливаться расплавленный металл. Может понадобиться, чтобы некоторые литейные формы имели специальные свойства, чтобы получить высококачественные отливки, которые, например: - точно воспроизводят форму и с высокой степенью точности повторяют размеры модели отливки; - дают гладкую наружную поверхность отливки, что позволяет избежать последующей обработки; - позволяют избежать любых дефектов отливки, например, трещин, скручивания, пустот и т.д.; Так же как литейная форма определяет внешнюю форму отливки, полости определяют ее внутреннюю структуру, или по крайней мере, участки, не достижимые непосредственно формовкой. Литейные формы можно разделить на две большие категории: - одноразовые литейные формы (литейные формы одноразового использования): Такие формы специально изготавливаются для каждой отливки и разрушаются после их использования. Литейные формы в основном изготавливаются из формовочного песка и связываются с помощью химических соединений, глины или даже вообще не связываются. Литьё по выплавляемым моделям также может быть включено в эту категорию; - постоянные литейные формы (многократно используемые литейные формы): Такие формы используются для свободной заливки в форму и литья под низким давлением, для литья под давлением и для центробежного литья. Обычно литейные формы являются металлическими. Полости, используемые для отливок из черных металлов, практически всегда изготавливаются из песка. Выбор используемой технологии зависит от различных факторов, например, размеров отливки, производительности, заливаемого металла, способов выбивки отливок из форм, и т.д. При формовке в песке литейная форма может изготавливаться вручную или путем механического уплотнения формовочного песка, например, тряски, прессования, уплотнения сжатым воздухом, вибрации и т.д. Если литейная форма имеет достаточную прочность, она примиеняется в качестве модели, которая может затем использоваться для изготовления новой формы. Обычно, стержни изготавливаются с помощью таких же методов, как и литейные формы, но стержни малых или средних размеров часто изготавливаются в деревянных, пластмассовых или металлических стержневых ящиках. При литье цветных металлов около 30 % медных сплавов заливаются в песчаные литейные формы. Только около 10 % легких цветных металлов заливаются в однократно используемые литейные формы [1], [13], [25] 6.5.1 Сырье6.5.1.1 Огнеупорные материалыНезависимо от используемого связующего соединения, физические и химические свойства огнеупорных материалов, используемых для изготовления литейных форм или вставок, влияют на их характеристики и поведение в процессе заливки. Это не удивительно, поскольку эти материалы составляют 95 - 99 % от используемых. На покупную цену каждого типа песка оказывают влияние четыре основных элемента – извлечение, подготовка, упаковка и транспортировка. Затраты на транспортировку изменяются для различных регионов. Основным фактором, определяющим цену, является тип песка. Средняя покупная цена для различных типов песка изменяется в довольно больших пределах. Различные типы огнеупорных песков, используемых в литейном производстве, описаны в следующих разделах. 6.5.1.1.1 Кварцевый песок Этот тип песка используется наиболее часто, главным образом из-за его широкой пригодности и относительно низкой стоимости. Кварцевый песок состоит из минерализованного "кварца" (SiO2), который представлен в более или менее чистом виде, в зависимости от состава. Удельный вес сухого песка колеблется в диапазоне 2.5 - 2.8 кг/дм³. Объемная плотность (или объемный вес в рыхлом состоянии) сухого кварцевого песка составляет 1.4 - 1.6 кг/дм³. Тепловое расширение кварцевого песка вызывает смещение литейной формы в процессе отливки и охлаждения. Поэтому используются специальные присадки, особенно при отливке с пустотами, чтобы предотвратить неточности отливки. Это может быть вспушенная деревянная масса, оксид железа или вулканизируемая формовочная смесь. Песок, содержащий полевой шпат, имеет более низкое тепловое расширение, чем чистый кварцевый песок, и более низкую точку агломерации, но он широко используется для минимизации дефектов расширения отливки. Кварцевый песок является нейтральным и совместим со всеми связующими составами и нормальными литейными сплавами. Вдыхаемые макрочастицы (RPM) кварца отнесены IARC к категории канцерогенных [26] Это представляет собой проблему для здоровья и безопасности. В настоящее время продолжаются исследования, существует ли также при этом проблема загрязнения воздуха. Количество кварца в пыли определяется по содержанию кварца в исходных материалах. В технологии изготовления сырой формовочной смеси контроль распределения по размерам зерна является очень важным. На Рисунке 6.24 показано типичное распределение по размерам зерна для кварцевого песка. Распределение по размерам зерна используется для расчета AFS-номера (AFS - Американское общество литейщиков). Этот номер определяет полную чистоту песка. Чем выше AFS-номер, тем более высокая степень качества песка. Другой системой классификации является средний размер зерна или MK. Более высокий сорт песка содержит больше зерен в одном грамме, и таким образом более высокую площадь поверхности. Это требует добавления большего количества связывающего состава для получения равной нагрузочной способности литейной формы. Поэтому операторы стараются использовать самый грубый песок, но тот, который все же обеспечивает хорошую поверхность с точки зрения чистоты обработки. Стандартные AFS-номера находятся в диапазоне 50 – 60. Для получения очень гладких поверхностей необходимо использовать чистый песок, обычно используется песок с AFS 90 – 110. Чистые пески также используются в случаях удаления покрытия изложницы. [3], [7], [13] 
Рисунок 6.24 - Типичное распределение по размерам зерна для кварцевой формовочной смеси [13] 6.5.1.2 Связывающие составы и другие химические продукты6.5.1.2.1 Бентонит Бентонит представляет собой бентонитовую глину, имеющую пластинчатую структуру. При добавлении воды, структура глины расширяется, благодаря адсорбции молекул воды. Затем глина становится пригодной для работы и ее можно разминать, чтобы плакировать зерна песка во время смешивания. Естественные бентониты кальция не разбухают и не становятся подобными желатину при смешивании с водой. В настоящее время они используются редко, в основном только для очень специального литья. С другой стороны, эти материалы могут быть "активизированы" путем их обработки кальцинированной содой, чтобы придать им свойства "активизированного бентонита". Они широко используются на сталелитейных заводах по всей Европе; их свойства приближаются к свойствам естественного бентонита натрия. Естественный бентонит натрия очень разбухает при его смешивании с водой. Основными свойствами сырой формовочной смеси являются своя высокая прочность в сухом состоянии, хорошая совместимость к изменению содержания влаги, высокое сопротивление к прогару и их улучшенная высокотемпературная стойкость. Так как эти материалы импортируются из США, где они широко используются, их цена обычно способствует их использованию в высоко качественных стальных отливках или в смесях с активизированным бентонитом кальция. Разлив расплавленного металла в литейную форму, изготовленную из сырой формовочной смеси подвергает формовочную смесь действию значительных температур. При таких температурах уменьшается влажность песка и разрушается связанная с помощью глины структура (и присадки). Если во время разлива и охлаждения бентонит остается при температуре ниже температуры дезактивации, его пластинчатая структура сохраняется, как и его способность к разбуханию и усилению когезии. Температура дазактивации может изменяться в зависимости от типа бентонита. [1], [3], [7], [27]
За последние несколько десятилетий был разработан целый ряд химических связывающих составов. Они представляют собой одно- или многокомпонентные системы, которые смешиваются с формовочной смесью, пока все зерна не будут плакированы тонкой пленкой. После смешивания начинается реакция отвердевания, связывающая зерна песка между собой и увеличивающая тем самым прочность литейной формы. Смолы могут быть классифицированы согласно методу отвердевания: - смолы, отвердевающие при обычной температуре (ХТС); - смолы, отвердевающие под действием газа; - смолы, вулканизирующиеся под действием температуры (ГТС). Различные типы смолы будут рассматриваться в разделе 6.7.6. В таблице 6.5 представлен обзор применяемости различных смол. Таблица 6.5- Обзор различных типов смол и их применимость [13]
6.5.1.2.3 Каменноугольная пыль Каменноугольная пыль обычно добавляется к сырой формовочной смеси при изготовлении формы для литейного чугуна. Она используется ограниченно на некоторых заводах для литья цветных металлов. Каменноугольная пыль может быть смешана с малым количеством смол и нефтепродуктов. Во время отливки, при уменьшении температуры, создается ‘глянцевый углерод’, который увеличивает чистоту поверхности отливки и способность выбивки отливок из формы. Каменноугольная пыль добавляется по трем причинам: - для создания инертной среды в пустотах литейной формы во время разлива при сгорании органических соединений, что, в свою очередь, замедляет окисление металла (образование шлака); - для уменьшения проникновения металла в промежутки между зернами кварца, путем осаждения графитовой пленки, которая также формирует поверхность отливки; - для уменьшения количество песка, остающегося на поверхности отливки при ее выбивки из форм. Кроме черной и вязкой пыли, образовавшейся при подготовке, каменноугольная пыль может содержать или способствовать образованию полициклических ароматических углеводородов во время отливки. При литье стали каменноугольная пыль не используется из-за науглероживания. В этом случае она обычно заменяется злаковыми связывающими составами, например, крахмалом или декстрином. Существуют различные типы заменителей каменноугольной пыли. Они содержат смеси высоко летучих, блестящих углеродистых материалов, смешанных с глинами. Обычно они более экологичны, чем каменноугольная пыль, то есть создают меньше дыма во время заливки, хотя при некоторых вариантах замены каменноугольной пыли в песке будет образовываться больше PAH. [3], [28] 6.5.1.2.4 Злаковые связывающие составы Злаковые связывающие составы используются главным образом на сталелитейных заводах, чтобы увеличить прочность и жесткость сырой формовочной смеси. Существует два основных типа злаковых связывающих составов: крахмал и декстрин. Крахмал является основным материалом и производится на многих заводах, причем на литейных заводах наиболее часто используется крахмал. Декстрин представляет собой вторично полимеризованную форму крахмала, изготовленную путем последовательной кислотной и тепловой обработки крахмала. Крахмалы могут помочь в снижении дефектов расширения формы, так как их выжигание дает возможность изменения формы гранул песка, не искажая при этом литейной формы. Составы на основе злаков увеличивают прочность сырой и сухой формы, а также ее жесткость, но могут уменьшить текучесть расплава. Декстрины улучшают текучесть и способствуют удержанию влажности, затормаживая высыхание литейной формы и разрыхление ее краев. Добавки злаковых связывающих составов не улучшают эрозионную стойкость песка, и его сопротивление проникновению металла. [4], [10] 6.5.1.2.5 Оксид железа Оксид железа взаимодействует с кварцем при высокой температуре и формирует соединение, слабо подверженное плавлению, фаялит. Этот стекловидный пластик спекает гранулы вместе. Он обычно используется при изготовлении стержневой смеси, для уменьшения процесса формирование жил. [13] 6.5.1.3 Система подачи, литниковая система, питатели и фильтрация Различные части системы подачи и литниковой системы показаны на Рисунке 6.25. Система выполняет следующие функции: - контролирует потоки металла, перетекающие в пустоты литейной формы со скоростью, позволяющей избежать холодных металлических дефектов в отливке; - предотвращает образование турбулентности в потоке металла, входящего в литейную форму; - предотвращает попадание шлака и окалины, существующих в расплаве, в литейную форму; - предотвращает удар потока металла, движущегося с высокой скоростью, о поверхность литейной формы или пустот; - способствует образованию градиента температуры внутри отливки, что помогает изготовлению плотных отливок; - способствует легкому освобождению системы подачи и литниковой системы от застывшего металла. 
Рисунок 6.25 - Элементы системы подачи и литниковой системы [6] При проектировании системы подачи необходимо принимать во внимание изменение процессов образования шлака и окалины в заливаемом металле, например: - в пластинчатом чугуне может присутствовать некоторое количество печного шлака, но в расплав он не попадает благодаря процессам окисления; - чугун с шаровидным графитом содержит окалину, содержащую силикат и сульфид магния, образовывающуюся при легировании; - сталь восприимчива к окислению и формированию шлака; - алюминиевые сплавы (алюминиевая бронза) подвержены образованию окалины, вследствие чего на поверхности металла, находящейся в контакте с атмосферой сразу же образуется окисная пленка. Примеси в стали могут явиться результатом захвата шлака, эрозии печи, футеровки ковша или огнеупорных материалов, или вследствие раскисления. Для уменьшения образования примесей в настоящее время широко используется фильтрация. Применение керамических фильтров даже позволило упростить создание систем питания и литниковых систем. Различные типы фильтров показаны на Рисунке 6.26. 
Рисунок 6.26 - Различные типы используемых фильтров [6] жүктеу/скачать 9.9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||