Выделение формовочного песка из использованных литейных форм

Выделение формовочного песка из использованных литейных форм

ВВЕДЕНИЕ

В литейном производстве для изготовления литейных форм традиционно используется песок. Обычно формовочная смесь включает песок и смолы (или песок и другие связующие компоненты); она формуется для получения отливок требуемой формы. После получения отливки форма разбивается для извлечения изделия.

Глава 1 ПРИМЕНЕНИЕ ФОРМОВОЧНОГО ПЕСКА

Сущность литья в песчаные форм заключается в формообразовании отливок, полученных при затвердевании расплавленного металла, который свободно заливается в разъемную разовую форму, полученную из уплотненной формовочной смеси.

Для изготовления песчаной формы используют модели, оформляющие внешнюю конфигурацию отливки. Для получения рабочей полости полуформ на модели в опоку засыпают формовочную смесь, которую уплотняют вручную. После затвердевания расплава и его охлаждения, осуществляется выбивка отливки с одновременным разрушением формы.

Песчаная форма (рис. 1) - это разовая литейная форма, изготовленная уплотнением формовочной смеси. Она состоит из верхней I и нижней 2 полуформ, образующих полость формы 3. Наружную поверхность полости отливки в каждой полуформе получают по литейной модели в процессе уплотнения смеси.

Для образования отверстий, полостей или иного сложного контура в отливке применяют песчаные стержни 4.

В большинстве случаев песчаные формы изготавливают в парных опоках 5, служащих для удержания формовочной смеси при уплотнении полуформ, при изготовлении, заливке и транспортировки песчаных форм.

Для подвода расплавленного металла в полость формы, ее заполнения и питания отливки при затвердевании используют литниковую систему.

Литниковая система состоит из литниковой чаши 6, стояка 7, шлакоуловителя 8, питателя 9, выпора 10. Литниковая чаша предназначена для приема расплавленного металла и подачи его в стояк. Вертикальный канал стояка подает расплав в шлакоуловитель. В шлакоуловителе задерживаются шлаки и неметаллические примеси. Из шлакоуловителя расплав поступает в питатель, который необходим для подвода расплава в полость литейной формы.

Рис. 1

Часто, для облегчения выхода газов из формы, в форме делают вентиляционные наколы II.

Собранную из двух полуформ песчаную форму заливают расплавом. Струю расплавленного металла направляют непрерывно в литниковую чашу 1 так, чтобы чаша была до краев заполнена расплавом. Это необходимо для того, чтобы в полость формы не попадали шлаковые включения, пузырьки воздуха. Расплав поступает в стояк 2, затем в шлакоуловитель 3, питатель 4, полость формы 6. При появлении расплава в выпоре 5 прекращается заливка формы.

В зависимости от заливаемого металла (чугуна, стали или цветных сплавов), размеров и массы отливки применяют сырые, сухие и химически твердеющие формы.

Заливку литейных форм проводят из заливочных ковшей (рис.2) или заливочных устройств. При этом литниковую чашу или воронку необходимо до краев заполнить жидким металлом, чтобы предотвратить попадание шлака в полость формы.

Затвердевание и охлаждение отливки в литейной форме зависит от теплофизических свойств расплава и литерной формы (теплоемкости, теплопроводности и т.д.), а также от геометрических параметров отливки (толщины стенок, габаритных размеров и т.д.). Обычно отливка охлаждается в форме до температуры, при которой ее материал будет иметь достаточную прочность, чтобы она не разрушилась или не покоробилась при выбивке.

После охлаждения отливок до температуры выбивки извлекают отливку из формы и выбивают стержень из отливки, затем отделяют литниковую систему, очищают поверхность отливок, обрубают и зачищают отливку от остатков питателей, заусенцев и заливов с помощью абразивных кругов или на обрезных прессах.

После заполнения формы расплав охлаждается и затвердевает. Скорость затвердевания влияет на формирование механических свойств отливки.

Рис. 2

Выбивку отливок из песчаной формы осуществляют на выбивных установках. Выбивка стержневой смеси и стержней из отливок производится вручную или на выбивных установках. После выбивки отливки из формы отделяют лютиковую систему 1-5 , очищают отливки и проводят контроль качества литья.

К основным показателям качества отливок относятся точность их размеров, состояние поверхностного слоя, отсутствие наружных и внутренних дефектов и др.

Составы и свойства формовочных смесей

В качестве исходных формовочных материалов при изготовлении сырых песчаных форм используют кварцевый песок с различной зернистостью, литейные формовочные глины, вспомогательные добавки. Формовочный кварцевый песок обладает высокой огнеупорностью (Tпл = 1986К или 1713°С), обеспечивавает газопроницаемость формы. Шероховатость поверхности отливок зависит от зернистости песка.

Глина связывает зерна песка, обеспечивая необходимую прочность литейной форме (0, 03... 0, 05 МПа).

В качестве вспомогательных добавок используют каменноугольную пыль, мазут, графит, торф и другие материалы. Они обеспечивают податливость формы, противопригарные свойства.

В состав формовочной смеси входит до 90.. .96 % формовочной смеси, бывшей в употреблении, 3...9 % свежих материалов (формовочный кварцевый песок, литейная формовочная глина) и до I % вспомогательных добавок.

Стержневые смеси приготавливают из свежих исходных материалов - кварцевого песка и связующих (олифа” синтетические смолы и др.), которые после сушки резко увеличивают прочность стержней. Газопроницаемость стержневой смеси выше газопроницаемости формовочной в 1, 5...2 раза. Прочность стержневой смеси оценивают в сухом состоянии.

При уплотнении формовочных смесей вручную используют модели неразъемные i=О1, и разъемные I=О2.

Литейная оснастка для изготовления песчаной формы, состоящей из двух полуформ, включает в себя:

Неразъемную модель (рис.3), когда вся отливка располагается в одной полуформе; стержневой ящик

Разъемную модель (рис.4):

1 - верхнюю половину модели;

2 = нижнюю половину модели;

3 - стержневой ящик из двух половин; см. также рис.3;

4 - подмодельную плиту;

5 - опоку;

Рис.3

.

Рис.4

Стержни изготавливают (рис.4) путем уплотнения стержневой смеси стержневом ящике с последующей выкладкой стержня на сушильную плиту и сушку при температуре I50...300 °С. После отделки стержня (зачистки заусенцев и окраски) стержни проставляют в литейную форму только в сухом состоянии, чтобы предотвратить образование брака по газовым раковинам.

Изготовление песчаных форм вручную

Литейные формы из формовочных смесей изготавливают следующим образом:

· уплотняют формовочную смесь для получения точного отпечатка модели в полуформе и придания необходимой прочности смеси;

· выполняют в каждой полуформе вентиляционные каналы для выхода из полости формы образующихся газов и паров при заливке расплавленного металла; извлекают модели из полуформ;

· отделывают полуформы и собирают их в литейную форму.

Литейную форму изготавливают вручную по разъемной модели в такой последовательности (рис.5):

o на модельную плиту 3 устанавливают нижнюю половину модели отливки I, модели питателей 4 и опоку 5;

o в опоку засыпают формовочную смесь, которую уплотняют;

o опоку поворачивают на 180°, устанавливают верхнюю половину модели отливки 2, модели шлакоуловителя 9, стояка с литниковой чашей 8 и выпоров 7;

o по центрирующим штырям устанавливают верхнюю опоку 6, засыпают формовочную смесь и уплотняют;

o после извлечения моделей стояка и выпоров форму раскрывают;

o из полуформ извлекают верхнюю и нижнюю половины модели отливки и модели питателей и шлакоуловителя;

o в нижнюю полуформу устанавливают стержень 10 и накрывают нижнюю полуформу 12 верхней;

o расплав заливают в литниковую чашу до тех пор, пока из выпоров не появится расплав; расплав выдерживается в песчаной форме до полного затвердевания.

Рис.5

На рис.5 представлена последовательность изготовления отливки “Вентиль”. На рис. 6 представлены: модель отливки (черные-стержневые знаки); отливка без литников (внешняя конфигурация); отливка в разрезе (внутренняя конфигурация); литая деталь (отливка после механической обработки).

После выбивки получают отливку с литниками (рис.4, ж): литники выпоров (7), литник стояка (14 ) с литниковой чашей (8), литник питателя (9), литник шлакоуловителя (4).

Оценивается качество отливки - определяется наличие или отсутствие:

· Недоливов, спаев;

· Усадочных раковин;

· Пригара;

· Песчаных раковин;

· Газовых раковин;

· Трещин;

· Перекосов по геометрии.

Глава 2 ФОРМОВОЧНЫЙ ПЕСОК

ИЗ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ

В литейном производстве для изготовления литейных форм традиционно используется песок. Обычно формовочная смесь включает песок и смолы (или песок и другие связующие компоненты); она формуется для получения отливок требуемой формы. После получения отливки форма разбивается для извлечения изделия.

Как правило, остатки форм не выбрасываются, а используются для регенерации песка и повторного его использования в литейном производстве.

Связующие компоненты, например силикат натрия (жидкое стекло), используются в процессе изготовления форм для придания им необходимой прочности и поверхностных свойств требуемых при литье в песчаные формы. Использование силиката натрия позволяет уменьшить допуски при получении отливок. Относительно высокая прочность дает возможность использовать формы без дополнительных конструкционных элементов, таких как опоки и т. п. Смеси с добавками силиката натрия и С02 широко используются для получения стержней; процесс протекает относительно быстро и не требует дополнительной сушки изделий.

Стержни для одноразового использования получают по этому способу с высокой точностью размеров изделий. Процесс пригоден практически для всех сплавов, включая сплавы магния и алюминия. Однако наиболее часто эта технология применяется для получения отливок из стали, чугуна и медных сплавов.

Стоимость операций формования может быть снижена за счет регенерации использованного песка и его повторного использования для приготовления формовочных смесей. Установлено, что при этом основная трудность заключается в удалении смол, покрывающих поверхность песка (в том случае когда используются связующие компоненты органического происхождения).

Один из методов заключается в выжигании смол при термической обработке песка во вращающихся обжиговых печах. Этот метод имеет ряд недостатков -- возможность взаимодействия песка с компонентами топочных газов, использование движущихся механических устройств в атмосфере, загрязненной песком, высокую температуру процесса и необходимость охлаждения после обжига.

Процесс, разработанный В. Девз (патент США 3 685165, 22 августа 1972 г.; фирма чКомбасчен Инженеринг Инк.»), предназначен для термического удаления смол, покрывающих песок, и осуществляется в нескольких вертикальных камерах, в которых песок находится в псевдоожиженном состоянии. Камеры соединены последовательно: входная камера -- камера нагрева -- выходная камера. Промежуточная камера нагрева и выходная камера имеют общую стенку для передачи тепла от прошедшего термическую обработку песка к поступающему в систему. Степень нагрева камеры термической обработки зависит от температуры песка в ней.

Процесс регулируется изменением скорости подачи воздуха во входную и выходную камеры для создания обожженного слоя песка и поддержания в нем требуемой температуры. Входная камера разделена на сегменты для периодического удаления тяжелых частиц, присутствующих в подаваемом сырье.

Процесс, разработанный X. Якобом (патент США 3 857201, 31 декабря 1974 г.), включает стадию смешивания отработанного литейного песка, содержащего загрязнения, со свежим песком с последующим механическим перемешиванием, при котором поверхность отработанного песка очищается и он становится пригодным для возврата в процесс.

В процессе, разработанном Е. А. Сирсом (патент США 4 008856, 22 февраля 1977 г.), используется система для регенерации формовочного песка, содержащего в качестве связующего компонента силикат натрия; процесс проводится в непрерывном режиме и обладает высокой экономичностью. Возможность регенерации такого песка позволяет использовать силикат натрия в качестве связующего компонента для решения большого круга задач литейного производства.

Известные системы для мокрого выделения песка дороги и в некоторых отношениях неэффективны. Их использование целесообразно в тех случаях, когда стоимость нового песка перекрывает стоимость процесса его выделения.

В этом процессе агломераты частиц песка и связующих компонентов подвергаются механическому разрушению в водной среде. Суспензия частиц песка и связующего компонента подается в отстойник для отделения песка, которые удаляются по наклонному транспортеру, при этом вода стекает по мере подъема песка. Песок затем просушивается во вращающихся барабанных сушилках, обогреваемых горячим воздухом.

Остаток, содержащий частицы связующего компонента, направляется на разделение центрифугированием, где происходит отделение твердых частиц от жидкости. Жидкость возвращается в систему.

Аппаратура, предложенная Е. А. Мюллером, Т. X. Пейнтером и М. К. Херродом (патент США 4 050635, 27 сентября 1977 г.; фирма чВерл-Эйр-Флоу Корпорейшен»), предназначена для регенерации песка из отработанных литейных форм. Барабан смонтирован на раме для вращения вокруг горизонтальной оси; специальное устройство позволяет регулировать наклон барабана относительно этой оси. В барабане имеются две зоны для разрушения агломератов песка.

В первой зоне расположены продольные ребра со штырями, во второй зоне монтируются только ребра. Перфорированная перегородка препятствует прохождению частиц из первой зоны во вторую до достижения нужной степени измельчения.

Дальнейшее измельчение частиц происходит в зоне размола с использованием шаровых мелющих элементов с последующим просеиванием измельченной массы для выделения частиц песка нужного размера.

Метод, предназначен для химического удаления связующих компонентов в процессе регенерации песка.

Песок из отработанных форм подвергается воздействию растворов пероксидов или других окислителей для удаления смол, покрывающих поверхность очищаемого песка.

Другой предназначен для переработки отходов литейного песка с возвратом очищенного песка в процесс изготовления стержней. Метод заключается в постепенном нагревании песка до 1000--1400 °С и последующем охлаждении. Метод нагрева уменьшает потребность в кислоте (ПК) по сравнению с той, которая достигается при простом нагреве до температур ~800°С. Понижение ПК позволяет при приготовлении смесей нового и рециркулированного песка достичь большего постоянства свойств сырья.

Страницы: 1, 2