Формувальні матеріали повинні володіти головним чином огнеупорностью, газопроницаемостью і пластичністю.
Огнеупорностью формувального матеріалу називається здатність його НЕ сплавлятися і спекаться при зіткненні з розплавленим металом. Найбільш доступним і дешевим формувальних матеріалом є кварцовий пісок (SiO2), досить вогнетривкої для відливання самих тугоплавких металів і сплавів. З домішок, які супроводжують SiO2. особливо небажані лугу, які, діючи на SiO2. як флюси, утворюють з ним легкоплавкі з'єднання (силікати), пригорає до відливання і ускладнюють її очищення. При плавці чавуну і бронзи шкідливі домішки шкідливі домішки в кварцовому піску не повинні перевищувати 5-7%, а для сталі - 1,5-2%.
Газопроницаемостью формувального матеріалу називається його здатність пропускати гази. При поганої газопроникності формувальної землі в литві можуть утворюватися газові раковини (зазвичай сферичної форми) і викликати шлюб виливки. Раковини виявляються під час подальшої механічної обробки виливки при знятті верхнього шару металу. Газопроникність формувальної землі залежить від її пористості між окремими зернами піску, від форми і величини цих зерен, від їх однорідності і від кількості в ній глини і вологи.
Пісок з округлими зернами має більшу газопроницаемостью, ніж пісок з округлими зернами. Дрібні зерна, розташовуючись між великими, також зменшують газопроницаемости суміші, знижуючи пористість і створюючи дрібні звивисті канали, що утрудняють вихід газів. Глина, маючи надзвичайно дрібні зерна, закупорює пори. Надлишок води також закупорює пори і. крім того, випаровуючись при зіткненні з залитим в форму гарячим металом, збільшує кількість газів, які повинні пройти через стінки форми.
Міцність формувальної суміші полягає в здатності зберігати додану їй форму, опираючись дії зовнішніх зусиль (струсу, удар струменя рідкого металу, статичний тиск залитого в форму металу, тиск газів, що виділяються з форми, і металу при заливці, тиск від усадки металу і т.д .).
Пластичність формувальної суміші називається здатність легко сприймати і точно зберігати форму моделі. Пластичність особливо необхідна при виготовленні художніх і складних виливків для відтворення найдрібніших подробиць моделі і збереження відбитків їх під час заливки форми металом. Чим дрібніше зерна піску і чим рівномірніше вони оточені прошарком глини, тим краще вони заповнюють дрібні деталі поверхні моделі і зберігають форму. При зайвої вологості єднальна глина розріджується і пластичність різко знижується.
Випробування формувальних матеріалів
Перш ніж приступити до відповідальної формуванні, необхідно перевірити якість формувальної суміші. Властивості формувальної суміші необхідно визначати в спеціальній лабораторії, обладнаній відповідними приладами.
Газопроникність перевіряють наступним чином. Крізь стандартний зразок з випробуваної суміші пропускають певний обсяг повітря V (см3) і встановлюють час t проходження його в хвилину при тиску Р (см 3) по водяному манометру.
Міцність формувальної суміші на стиск визначають наступним чином. Готують з випробуваної суміші циліндрик заввишки 5,08 см і діаметром 5,08 см і піддають його стиску при зростаючій навантаженні до руйнування. Навантаження, при якій зразок зруйнувався, ділять на прощати поперечного перерізу (20,24 см 2) і отримують величину опору стисненню. Це випробування проводять з тим же циліндром, який попередньо служив для визначення газопроникності визначаючи навантаження в момент, коли зразок починає деформуватися (приймати бочкообразную форму), судять про величину питомого навантаження, при якій залитий в форму метал буде деформувати форму і викличе неправильні розміри виливки.
Вологість формувальної суміші визначають в спеціальному сушильній шафі, висушуючи навішення до постійної ваги.
Спосіб, точний, але тривалий. За цей час випробувана формувальнасуміш в умовах цеху може змінити вологість (втратити частину вологи). Тому в сучасній практиці вологість визначають за допомогою спеціальних приладів прискореним способом (протягом 4-5 хв) з точністю до 0,5%. Наважку формувальної суміші в стаканчику сітчастим дном продувають сухим повітрям, нагрітим електричною спіраллю до 200 о C. волога швидко випаровується, і по різниці в вазі встановлюють вологість суміші.
Зернистість піску визначають наступним чином: 50 г сухого піску після відмулювання просівають крізь набір стандартних сит протягом 15 хв. І визначають по вазі кількість зерен в кожному з сит (у вагових відсотках).
формувальні суміші
Виливок може проводитися в сиру і в суху формувальну суміш. Склад суміші для сирої та сухої форми різний.
Пластичність суміші сирої форми забезпечує головним чином глиною і вологою. При цьому глини не повинно бути більше 6% (зазвичай 4-5%), так як вона знижує газопроникність. Міцність сирої форми може бути підвищена більш щільною набиванням.
Сухі форми готують із спеціальної суміші. Після сушіння при температурі 300-400 о C вони отримують високу міцність і високу газопроникність. Формувальні суміші для сухих форм містять 6-8% глинистих речовин. Більшість відповідальних і художніх великих виробів (пам'ятники, статуї) відливають в сухі форми.
Так звані кварцові піски для форм складаються з кремнезему SiO2 (понад 97%) з дуже невеликою домішкою Al2 O3 і Fe2 O3. Колір їх майже білий внаслідок незначного вмісту Fe2 O3. Вони мають дуже високу вогнетривкість (до 1700 о C) і застосовуються головним чином при сталевому лиття і для виготовлення стрижнів в формах. У природі зерна кварцового піску зустрічаються різної величини. Гірська порода, що складається з найдрібніших кварцових зерен, називається маршаллітом.
Так як формувальні піски, які відповідають всім вимогам виготовлення форми, в природі зустрічаються рідко, то формувальну суміш складають з різних сортів худих і жирних пісків. Суміш з кварцового піску за якістю буває вищою за звичайну суміші завдяки більш однорідному будові зерен і меншого вмісту шкідливих домішок.
Підготовка формувальних сумішей
В сучасних ливарних цехах механізація способів приготування формувальних сумішей для масового лиття повністю забезпечує всі підготовлені процеси. Передавальні операції по транспортуванню формувальних сумішей до формувальних відділу і транспортування готових флрм також механізуються.
Для сушки формувального піску застосовуються печі з рівномірною температурою по всій печі близько 100-110 о C. При перегрів входять до складу глинисті речовини втрачають свою сполучну здатність. Для розмелювання грудок формувальних пісків і перемішування формувальних матеріалів служать бігуни різних конструкцій.
Формувальнасуміш після обробки під бігунами виявляється спресованої і має нерівномірну вологість. Потрібна рихлість і рівномірний розподіл вологості виходять в спеціальних машинах - розпушувачах і аераторах.
Розпушувачі влаштовуються різної конструкції. Наприклад, на розпушувач з рухомою стрічкою формувальнасуміш закидається через лійку на рухому нескінченну стрічку. Гребінки цієї стрічки підхоплюють суміш і з великою швидкістю викидають її на рухоме сито.
Аератор для розпушення суміші складається з горизонтального вала із закріпленими на ньому лопатками. Через воронку на лопатки безперервно подається суміш, підхоплюється ними і кидається на підвішені до кожуха ланцюга. Розпушена суміш падає по іншу сторону ланцюгів і випускний отвір. Продуктивність аераторів 10-80 м 3 / год.
Дрібні шматки чавуну і сталі відокремлюються від формувальної суміші на магнітних сепараторах. Матеріал подається на магнітний барабан, що обертається (електромагніт), при цьому пісок зсипається по жолобу на одній стороні барабан, а металеві щітки частини - на інший.
При механізованої подачі старої суміші в апарат для приготування формувальної суміші магнітний сепаратор служить в той же час шківом в кінці стрічкового транспортера, що подає суміш з місця вибивання залитих форм. З сепаратора суміш потрапляє в приймальну воронку дробильних вальців, а металеві включення потрапляють в ящик під шківом.
Механізація способів приготування формувальних матеріалів в сучасних ливарних цехах масового і великосерійного виробництва являє собою складний комплекс механізмів. У цих механізмах в землеподготовітельном відділенні готуються формувальні і стрижневі суміші; транспортери переміщують вихідні матеріали і подають готові суміші до місць споживання.