СМОЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
Применение отверждающихся фенольных смол дало возможность изготавливать традиционные монолитные литейные формы и стержни с улучшенными прочностными показателями, чего нельзя было достигнуть, используя обычные связующие — жидкое стекло, масла, бентонит и др. Разработанный Кронингом в 1944 г. новый способ производства литейных форм основан на применении смеси измельченных новолачных смол с уротропином [49].
В соответствии с этим способом вместо монолитных форм или стержней начали изготавливать оболочковые (корковые) формы и полые стержни из песчаносмоляной смеси. Промышленное производство литейных форм по новой технологии началось в 1950 г. в США.
В 1959 г. Яссон разработал так называемый способ «горячих ящиков», который был освоен фирмой «Кепаиеи при изготовлении литейных стержней. По этому способу влажную формовочную массу, состоящую из кварцевого песка и жидкого быстро отверждающегося связующего, помещают в стержневые ящики, нагретые до 200—300 °С.
Песок, используемый в формовочных смесях, должен быть по возможности монодисперсным: доля частиц размером более 0,1 мм должна составлять 90—95%, а более 0,3 мм — 1%. Песок не должен содержать глину, поскольку она оказывает отрицательное влияние на прочность форм и стержней. Содержание в песке около 1% глины снижает прочность на 15—20%. Недавно начали также использовать плакированный песок, т. е. песок, частицы которого покрыты смолой. Для этой цели 3—6% жидкой или твердой смолы смешивают в смесителе с песком, нагретым до 190—200 °С (горячее плакирование). При 120 °С к смеси добавляют уротропин, что приводит к получению плакированного песка [49]. С кварцевым песком можно также смешивать спиртовые растворы смесей новолаков и уротропина. После испарения спирта частицы песка оказываются покрытыми (холодное плакирование) пленкой смол. При таком способе предотвращается расслоение песка и связующего и одновременно улучшается сыпучесть материала. Кроме того, улучшаются санитарно-гигиенические условия производства песчаносмоляных смесей и возникает возможность пневматического транспортирования песка й изготовления литейных стержней методом надува [49].
В производстве монолитных литейных форм и стержней применяют жидкие фенольные и фенолокрезольные резолы с содержанием сухого остатка 50—85% и вязкостью 20—250 сПз, которые с целью более равномерного распределения разбавляют в процессе смешивания водой. Наиболее высокие прочностные показатели обеспечиваются при добавлении 3 масс. ч. воды к 1 масс. ч. смолы.
Хорошо размалываемую смолу темно-коричневого или черного цвета, применяемую в качестве связующего для стержневой смеси, приготавливают поликонденсацией фенола, каменноугольной смолы и формальдегида в присутствии катализатора — щавелевой кислоты [51]. После добавления уротропина и совместного помола получают порошковое связующее.
Рецептура песчаносмоляной стержневой смеси включает 2 масс. ч. измельченной новойаадой смолы, содержащей 8% уротропина и 100 масс. ч. формовочного песка. Такую смолу получают поликонденсацией 94 масс. ч. фенола, 20 масс. ч. каменноугольной смолы и 100 масс. ч. формалина (30%-ного).
Ниже приведены данные о прочности при изгибе отвержденной песчаносмоляной смеси:
Продолжительность отверждения... 15 30 45 60
Прочность при изгибе, кгс/сма...................... 5,8 72,4 81,4 87,2
Монолитные формы и стержни [52]
Смеси для изготовления монолитных литейных форм и стержней получают, добавляя к свободному от глины песку 3—7% воды,
2— 3,5% бентонита и 1—3% смолы. Прочность этой смеси в сыром состоянии зависит от содержания воды и бентонита, а окончательная прочность после отверждения — от содержания смолы.
О Прочность смесей, содержащих 2; 4 и 6% смолы, при изгибе в отвержденном состоянии составляет соответственно 65—75, 120— 140 и 175—190 кгс/см2. Сушка литейных стержней в поле токов высокой частоты позволяет значительно снизить продолжительность отверждения при непрерывном способе производства (продолжительность спекания 2—5 мин).
Упрочнение форм и стержней, полученных традиционным способом
На участки поверхности полученной традиционным способом форм или стержней в местах наибольшей концентрации напряжений для упрочнения наносят (или напыляют) резол с содержанием сухого остатка 50% и вязкостью 20—25 сПз. Отверждение ведут в потоке горячего воздуха при 200—240 °С, при этом нанесенная смола проникает в толщу изделия. Продолжительность отверждения— из расчета 1,5—2 мин на 1 мм толщины упрочняющего покрытия.
Изготовление оболочковых (корковых) форм и полых стержней
Изготовление отливок по способу Кронинга начинают с получения двух половин моделей. Каждая половина представляет собой отполированную модельную плиту, выполненную из чугуна, цветного металла или алюминиевого сплава. На горячую модельную плиту, предварительно смазанную разделительной смазкой, наносят слой сыпучей формовочной смеси. Происходит спекание смеси и образование оболочки. Далее, переворачивая модель, ссыпают неспекшуюся формовочную смесь. Для оболочек с толщиной стенок 5—6 мм необходимое время спекания доставляет 30 с при 200 °С, 20 с при 280 °С и 10 с при 320 °С. Толщина стенки обычно равна 3—10 мм.
Продолжительность спекания при поточном производстве является одним из важных факторов. Оболочковые формы после спекания пропускают на ленточном конвейере через печь для отверждения. Размеры печи, пропускная способность и температура определяются требуемыми условиями отверждения. Длительность цикла изготовления оболочковой полуформы складывается, таким образом, из времени спекания и времени отверждения. Температура в печи составляет приблизительно 300—400 °С. Ориентировочное время отверждения (при толщине стенки 5 мм) 4 мин при 300 °С,
2 мин при 400 °С, 0,5 мин при 450 °С. Максимальная прочность достигается при 400 °С. При 450—470 °С прочность при растяжении оболочковых форм уже снижается на 10%.
Полые стержни получают засыпкой или вдуванием формовочной смеси в нагретые металлические стержневые ящики. Отвержденный слой образуется на внутренней поверхности ящика через несколько секунд.
Для склеивания оболочковых полуформ используют фенольную смолу с кислым отвердителем. В клей Добавляют тиксотроп - ный агент до образования пастообразной массы, массу наносят на холодные края одной половины оболочковой формы, тогда как вторая половина должна быть еще горячей с температурой 130—^ 160°С. Отверждение заканчивается через 30—60 с. Толщина клеевого слоя должна составлять 0,1 мм.
По окончании заливки металла связующая смола должна полностью. деструктироваться. Полная деструкция фенольных смол происходит при 1000 °С, при низких температурах (например, литье алюминия при 700 °С) степень разложения мала. В ряде случаев к новолачно-уротропиновой смеси добавляют ускоритель разложения, в присутствии которого при 600 °С связующее разлагается вдвое быстрее.
Получаемые описанным способом оболочки обладают высокой газопроницаемостью, что приводит к резкому сокращению брака, обусловленного образованием усадочных раковин. Кроме того, оболочки и стержни характеризуются высокой стабильностью
275
Размеров, очень низким водопоглощением, чистои и гладкой поверхностью, не требующей последующей обработки и не изменяющейся при длительном хранении.
Способ «горячих ящиков» [53]
Этот способ был впервые применен на практике в 1960 г. в США. В настоящее время до 90% литейных стержней в крупносерийном производстве отливок для автомобилей изготавливают" по этой технологии [54]. В отличие от способа изготовления оболочковых форм, в котором используют порошкообразные сухие* смеси, здесь применяют жидкие связующие — фурановые смолы, новолачные, модифицированные фурфуриловым спиртом резолы [55]. Ниже приведены некоторые характеристики применяемых связующих:
Фенолоформальдегидная Короткое время отверждения, высокая смола + карбамидо - теплостойкость, хорошая сохранность
Формальдегидная смола форм и стержней, незначительное газо-
Выдедение при заливке металлом Фенолоформальдегидная Сочетание хороших свойств предыдущей смола + карбамидо - композиции с очень малой продолжи-
Формальдегидная смо - тельностью отверждения
Ла + фурфуриловый спирт
Фенолоформальдегидная Хорошая теплостойкость, низкое вла го - смола + фурфуриловый поглощение готовых стержней и форм,
Спирт незначительное газовыделение при за
Ливке металлом
Фенолоформальдегид - Сравнительно короткое время отверж де - ная смола ния, незначительное газовыделение при
Заливке металлам
Основными компонентами связующих для форм и стержнейг изготавливаемых по способу «горячих ящиков», является фенол, формальдегид, фурфуриловый спирт и незначительные количества карбамида [56]. Концентрированный раствор карбамида в формалине конденсируют с фурфуриловым спиртом, парафор - мом и фенолом. Поликонденсация происходит при рН=7,2—10,0 в присутствии соединений основного характера, например аминов или аминоспиртов, при 50—110 °С. Готовую смолу используют в песчаносмоляных смесях в количествах 1—4%. Отверди- телями служат преимущественно водные растворы солянокислого* анилина с шшоэтанол^ , йкголу-
О л су льфокис л оты~ и ^нейтральные а л кил эфиры п-тблуолсульфо - Кислоты І57Т ~ ~ —