ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ ИЗ ЖИДКИХ САМОТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ (ЖСС)

Впервые разработанный в СССР технологический процесс изготовления стержней из жидких самотвердеющих смесей (ЖСС) нашел широкое применение в отечественных и зарубежных литейных цехах.

Сущность процесса заключается в том, что смесь при введении специальных добавок (пенообразователей) приобретает жидкоподвижное состояние и может разливаться по стержневым ящикам. После некоторой выдержки таких смесей в ящике происходит падение пены и необратимое затвердевание стержня. Последующие операции изготовления стержня: извлечение, отделку, окраску, сборку, сушку (подсушку), контроль выполняют так же, как и при традиционном процессе изготовления стержней.

Из ЖСС изготовляют стержни II—V групп сложности массой от 1,5 до 5000 кг, с габаритными размерами от 200ХЮ0Х XlOO мм до 2500X2000X1750 мм. Такие стержни используют для чугунных и стальных отливок в условиях единичного, мел- косейриного и серийного производства.

Применение ЖСС позволило значительно сократить трудоемкость изготовления стержней, облегчить труд рабочих, повысить размерную точность стержней и отливок, а также улучшить санитарно-гигиенические условия труда в литейных цехах. Применение ЖСС обеспечило механизацию и частичную автоматизацию процессов изготовления стержней в условиях единичного и мелкосерийного производства отливок.

Однако технологический процесс изготовления стержней из ЖСС имеет и ряд недостатков. К ним прежде всего относят затрудненную выбивку стержней из отливок, повышенную трудоемкость выбивки и очистки от стержней, необходимость дополнительной окраски из-за повышенной пористости стержней, а также достаточно продолжительный процесс их сушки.

Состав ЖСС. Применяемые в настоящее время ЖСС можно разделить в зависимости от используемого связующего на ЖСС с жидким стеклом, ЖСС с сульфитной бардой, ЖСС с цементом или гипсом, с хромовыми соединениями, ЖСС с синтетическими смолами.

В состав ЖСС входят наполнители (кварцевые и регенерированные пески), отвердители (шлак феррохромового производства, нефелиновый шлам, портландцемент, хромовый ангидрит), жидкая композиция, состоящая из связующих (жидкого стекла, сульфитно-спиртовой барды, КВС, синтетических смол), поверхностно-активных веществ (контакт Петрова, мылонафт, ДС-РАС, нейтрализованный черный контакт) и воды. Кроме того, в смесь вводят добавки, улучшающие некоторые физико-механические и технологические свойства ЖСС (мазут, различные соли и т. п.). Жидкую композицию для ЖСС готовят предварительно в специальных смешивающих установках.

Технология приготовления. Приготовление ЖСС в смесителях периодического действия осуществляют в такой последовательности. В смеситель, предварительно очищенный от остатков предыдущего замеса и промытый теплой водой, загружают сыпучие компоненты (песок, феррохромовый шлак, нефелиновый шлам, цемент и др.), которые перемешивают в течение I—2 мин. Затем вводят предварительно подготовленную жидкую композицию и производят дальнейшее перемешивание в течение 2— 4 мин для достижения оптимальных технологических свойств смеси (текучести, устойчивости пены, скорости затвердевания и др.). Общий цикл приготовления смесей колеблется в пределах 5—6 мин. Такая же последовательность ввода компонентов смеси производится и в смесителях непрерывного действия.

Технологические операции. При изготовлении стержней из ЖСС рабочий-стерженщик выполняет ряд последовательных технологических операций.

При подготовке стержневых ящиков необходимо очистить стержневой ящик от приставшей смеси, песка и пыли, собрать его, установить отъемные части, вставки для образования полостей. Чтобы предотвратить прилипание смеси, рабочие поверхности ящика следует покрыть разделительным составом, например смесью мазута с керосином и серебристым графитом в соотношении 1:1: 0,5.

Для обеспечения направленного выхода газов из стержня в ящики необходимо установить бруски круглого или прямоугольного сечения, образующие внутри стержня вентиляционные каналы.

Дополнительное упрочнение стержней обеспечивают установкой в стержневые ящики каркасов. Конструкция каркасов должна быть упрощенной по сравнению с каркасами для изготовления стержней из песчано-глинистых смесей с последующей тепловой сушкой, так как стержни из ЖСС при извлечении из ящика имеют большую прочность, чем стержни из песчано-глинистых смесей.

Конструкция каркаса должна обеспечивать возможность перемещения стержней к месту их сборки, а также осуществления операции по отделке стержня и установке его в форму. Все выступающие части и углубления стержней армируют проволочными каркасами (скобами, крючками). Расстояние ветвей литого каркаса от стенок и дна стержневого ящика по возможности должно быть 30—60 мм, а проволочного— 10—20 мм.

Для стержня простой конфигурации каркасы устанавливают в смесь сразу после заливки до падения пены. При изготовлении стержней сложной конфигурации с выступающими частями каркасы проставляют на дно стержневого ящика после нанесения на него разделительного покрытия перед заливкой смесью. Фиксируют каркасы в специальных бобышках ящика. Вески, расположенные на каркасах, с выходом на боковую или нижнюю поверхность стержня закрепляют в специальных гнездах ящика.

Заливку стержневого ящика смесью осуществляют на 20—30 мм выше положенного уровня для компенсации усадки. В случае заполнения одного стержневого ящика смесью несколькими порциями каждую последующию порцию заливают до момента падения пены в предыдущей, чтобы предотвратить образование слоев и рыхлот внутри стержня. В случае заполнения нескольких стержневых ящиков время их заливки не должно превышать 2—3 мин ввиду снижения прочностных характеристик стержней, заливаемых последними. Заливку и распределение смеси по стержневому ящику, имеющему большие размеры в плане, производят перемещением ящика относительно выпускного желоба смесителя или специального рассекателя, установленного на желобе смесителя и направленного внутрь ящика.

Вески и подъемы для перемещения стержней, расположенные сверху, устанавливают строго вертикально и накрывают деревянными или металлическими колпачками.

После полного падения пены (через 15—20 мин) счищают излишки смеси с открытой плоскости стержневого ящика. Вставки для полостей, бруски для выполнения вентиляционных каналов в стержне, отъемные части извлекают из стержня через 15—25 мин после заливки ящика. Продолжительность затвердевания стержней в ящике должна обеспечить достаточную для их извлечения прочность, которая зависит от состава применяемой смеси и температуры окружающей среды. Продолжительность затвердевания составляет 40—70 мин.

Все операции, связанные с извлечением стержня из ящика (кантовка, извлечение съемных частей, ребер и т. п.), из-за повышенной хрупкости стержней производят осторожно, без резких ударов, толчков и рывков, чтобы предупредить поломку выступающих частей и углов.

Подъем стержней за вески и перемещение их разрешается через I—3 ч после заливки в зависимости от состава смеси, прочности каркаса, конфигурации, размеров и массы стержня. Преждевременный подъем стержней может привести к образованию трещин и их поломке.

После извлечения стержней из ящика производят их отделку. Поврежденные участки стержней исправляют по разрешению мастера участка той же самотвердеющей смесью или обычной смесью на основе жидкого стекла сразу после извлечения стержня из ящика, пока смесь сохраняет вязкопластичное состояние. Поврежденные места смазывают клеем, состоящим из жидкого стекла и огнеупорной глины в соотношении 3 : 2, или смесью жидкого стекла и феррохромового шлака в соотношении I : I. В качестве клея можно использовать и сульфитно-спиртовую барду. Исправленные участки стержня прошпиливают, заглаживают гладилкой, подсушивают горелкой, а при использовании обычных смесей на жидком стекле продувают углекислым газом.

Стержни, изготовленные из ЖСС, обладают повышенной пористостью, поэтому требуют особенно тщательного на несе

ния противопригарных красок в основном в два слоя до и после сушки. Водные противопригарные краски наносят пульверизатором или кистью не менее чем в два слоя. Вторично стержни окрашивают горячими после сушки. Холодные стержни окрашивают второй раз самовысыхающей краской, а при использовании водной краски производят вторичную подсушку стержней. Самовысыхающую краску наносят также в два слоя с перерывом в I ч.

Стержни из ЖСС обязательно сушат в течение 2—4 ч при 150—200 °С. Мелкие и средние стержни, окрашенные водной краской, подсушивают в камерных или проходных сушилках при 100—150 0C в течение 0,5—2,0 ч. Допускается также подсушка стержней горелками. Крупные стержни сушат в камерных сушилках при 250—300 0C в течение 4—5 ч. Остаточная влажность стержней после сушки или подсушки не должна превышать 2% на глубине 30—40 мм.

Стержни, окрашенные самовысыхающими красками, выдерживают на воздухе не менее 20—24 ч после их изготовления. Стержни, окрашенные водными красками, могут проставляться в форму сразу после их сушки и охлаждения. Длительное хранение стержней не ограничивает их дальнейшее использование. Однако при длительном хранении стержни насыщаются влагой, поэтому перед простановкой в форму их повторно сушат.

Контроль стержней осуществляет мастер, а также технолог стержневого участка (отделения) и работники ОТК. Контролируют качество отделки и окраски, правильность выполнения вентиляционных каналов для вывода газов, осыпаемость и остаточную влажность.

Оборудование для изготовления стержней из ЖСС. Жидкие самотвердеющие смеси обладают ограниченной живучестью и в связи с этим требуют для их приготовления применения специальных установок.

В настоящее время в литейных цехах применяют специальные установки периодического и непрерывного действия, имеющие стационарный, передвижной и переносный варианты исполнения.

Стационарные установки периодического действия для приготовления ЖСС моделей 19113, 19П4 и 19115 позволяют использовать их в качестве самостоятельных единиц или в составе поточных механизированных и полуавтоматических линий.

ко большое их число продолжает эксплуатироваться в действующих литейных цехах. Производительность этих установок соответственно 3, 6 и 12 т/ч.

Установка модели 19114 состоит из следующих механизмов (рис. 5.18): смесителя с приводом, шнековых дозаторов шлака и пека, бункеров и контейнеров для них, питателя-дозатора

Рис. 5.18. Общая комбинированная схема установки приготовления ЖСС модели 19114:

/ — пневмоцнлнндры, 2 — смеситель, 3 — редуктор, 4 — клиноременная передача, 5 — элек тродвигатель, 6 — насос шестеренчатый, 7, 8, 9, 10, 11, 14, 28 — трехходовые краны, 12 — пробковый кран с пневмоцилиндром, 13 — дозатор жидкой композиции, 15—уровнемер НКС 2Н. /( — емкость для хранения жидкой композиции, 17 — уровнемер УКМ, 18 — бун кер, 19 — шнек (/5—100, S=85, п=77 об/мин), 20 — шнек (0—100, S*=85, я=32 об/мин), 21 выключатель конечный ВВК501-24, 22 — контейнер шлака, 23 — бункер шлака, 24 — бун кер пека, 25—контейнер пека, 26 — мотор-редуктор, 27 — выключатель конечный ВПК2-111

песка и регенерата и бункера для них, дозатора жидкой композиции и емкости для ее хранения. Песок и регенерат подаются на установку ленточным транспортером.

Установки моделей 19413 и 19415 входят в гамму унифицированных установок непрерывного действия, конструкция которых позволяет использовать их самостоятельно или в составе поточных и полуавтоматических линий.

Комплект оборудования для приготовления смесей включает помимо самой установки лопастную мешалку, насосную установку и двухмашинный агрегат постоянного тока.

Ниже приведена краткая техническая характеристика таких установок:

Рис. 5.19. Установка приготовления жидкой композиции модели 18113

Установка для приготовления жидкой композиции для масс модели 18113 (рис. 5.19) представляет собой комплекс оборудования, состоящий из смесителя I, емкости хранения жидких компонентов 2, насосов-дозаторов 3 и 4, функциональных трубопроводов с запорной, исполнительной и сигнальной арматурой, пневмооборудования и электрооборудования с системами управления 5, сигнализации и блокировок 6 и 7.

Область применения установки ограничивается приготовлением жидкой композиции, состоящей из жидкого стекла, поверх- ностно-активного вещества ДС-РАС и воды. Ниже приведена техническая характеристика установки модели 18113:

Производительность, т/ч                            6

Объем загрузки, м3                            2,2

Давление воздуха в пневмоцилиндрах,

МПа                            0,4-0,6

Установленная мощность, кВт ....              23,8

Габаритные размеры,              мм                            5150X4000X2750

Масса, кг                            4320

Наибольшая эффективность изготовления стержней из ЖСС достигается при изготовлении их на комплексно-механизированных поточных линиях. Одной из таких линий является поточная линия модели и Л600Ж для изготовления средних и крупных стержней из ЖСС массой до 600 кг. Приготовление ЖСС производится в установках периодического или непрерывного действия. Заливка смесью стержневых ящиков может осуществляться непосредственно из установки или передаточной емкостью. Ниже приведена техническая характеристика комплексно-механизированной линии:

Производительность линии,              съемов/ч              15

Габаритные размеры стержневых ящиков, мм:

минимальные                            600X500X450

максимальные                            1500X1200X750

Масса стержня, кг:

минимальная                            170

максимальная                             600

Установленная мощность,              кВт              ....              121

Габаритные размеры, мм                            54              000X19000X6500

Масса, кг                            180