Песчаные стержни – вспомогательные элементы, с помощью которых происходит формирование внутренних, а иногда и наружных поверхностей отливки. Все стержни разделяют на 5 классов в зависимости от сложности, массе, способу упрочнения.
1 класс – Сложные ажурные, тонкостенные стержни. Чаще всего применяют для формирование полостей, поверхности которых не подвергаются мех. обработке.
2 класс – центровые стержни сложной формы. Возможны выступы, наличие тонких частей. Необходима высокая сухая прочность подобного стержня.
3 класс – стержни для формирования полостей отливок средней и несложной формы. Должны иметь высокую сырую прочность.
4 класс – несложные стержни, имеющие стержневые знаки малого сечения. К шероховатости формируемых поверхностей не предъявляют особых требований.
5 класс – массивные, крупные, объёмные стержни. Должны быть податливыми.
| Классификация | |
| Мелкие | <= 8 кг, <=5 дм3 |
| Средние | <= 100 кг, <= 75 дм3 |
| Крупные | >100 кг, >75 дм3 |
| Способ упрочнения | |
| Сырые | Не подвергают сушке |
| Сухие | Подвергают сушке в сушильных печах при температуре 130—400° С |
| Холодного твердения | Твердеют за счет химического взаимодействия компонентов смеси самопроизвольно или при продувке смеси газом |
| Горячего твердения | В нагретый стержневой ящик насыпается слой смеси, который твердеет за счет химического взаимодействия компонентов смеси при нагреве стержневого ящика |
Классификация стержней по размерам
От 200*160*100 до 630*400*400 мм — Мелкие стержни
От 630*400*400 до 1600*1000*600 мм — средние стержни
Более 1600*1000*600 мм – Крупные стержни
Рис. 1. – Стержень в литейной форме
Так как жидкий металл, залитый в литейную форму, оказывает давление на стенки самой формы, а также на стержни,то необходима жесткая фиксация стержня в литейной форме. Для этого стержни выполняют вместе со стержневыми знаками. Их размеры регламентируются ГОСТом, однако на практике, при проектировании стержней, размеры стержневых знаков проставляют исходя из опытных соображений. Также боковые грани стержней выполняют с небольшим уклоном, что значительно облегчает установку стержней в полость литейной формы.
Установка стержней
Установка стержней является одной из самой главной операцией, так как неправильная простановка стержня приводит к браку формы, что крайне нежелательно. Установку стержней, в зависимости от их массы и габаритов производит вручную или с помощью манипулятора.
Манипулятор позволяет проставлять стержни при литье двигателя, коробки передач и т.д. Ручная установка стержней наиболее распространена.
Покраска стержней
Во избежание образования повреждений стержней при соприкасании стержня и жидкого расплава их предварительно красят специальной краской.
Контроль стержней
Стержни контролируются на этапе изготовления,после изготовления, а также на этапе простановки в литейную форму.
Стержневая оснастка
Материал стержневой оснастки обычно не отличается от материала модельной оснастки, а чаще всего является её частью. При единичном и мелкосерийном производстве оснастка выполняется из дерева. Такие модели обычно красят специальной краской, чтобы оснастка не изменила свои размеры под действием внешних факторов.
При серийном производстве стержни чаще всего производятся на стержневых автоматах немецкой фирмы Laempe в холодном ящике по методу cold-box amin.
Способы изготовления стержней
В литейных цехах серийного и массового производств изготовление стержней следует предусматривать на автоматических машинах с отверждением в оснастке. (ОНТП-07-86). Рассмотрим технологические процессы изго- товления стержней. Наиболее часто применяемыми способами изготовления стержней являются способы отверждения в горячей и холодной оснастке (Рис. 2).
Рис. 2 Классификация способов изготовления стержней[7].
Отверждение стержней в нагреваемой получило название Hot-Box процесс. Температура нагрева оснастки составляет 250-300С.
Несмотря на преимущства данного процесса (геометрическая и размерная точность, высокая прочность и хорошая газопроницаемость) из-за высоких энергозатрат и из-за низкой экологичности многие производственные предприятия отказываются от данного процесса. Широкое применеие находит cold-box процесс с продувкой газообразными реагентами[8].
Сold-box-процесс нашёл широкое применение за рубежом и в РФ. В настоящее время наи- более часто используемым процессом в ненагреваемой стержневой оснастке является сold-box- амин-процесс[16]. По сравнению с другими процессами сold-box-амин-процесс отличается высо- кой текучестью стержневой смеси, высокой прочностью и точностью стержней. Основной недос- таток сold-box-амин-процесса – органическая основа применяемых связующих, а также необходи- мость применения специального оборудования для нейтрализации аминов (катализаторов смеси в стержневых машинах) и газов, выделяемых во время заливки, охлаждения и выбивки форм.
Помимо cold-box-амин-процеса, можно выделить «CO2», «Фуран-SO2», «Эпокси-SO2»- процессы и др. Но ни один из перечисленных способов не выдерживает конкуренции с Cold-box- амин-процессом. По этой причине доля, которую каждый из этих методов занимает в мировом производстве стержней, не превышает 4…8% [16].
О.А. Беликов в [11] утверждает, что наиболее распространённым способом изготовления стержней является cold-box-амин процесс. Это видно по графику на рис. 8.
Рис. 3 — Динамика использования способов отверждения стержней в литейном производстве [11].
Далее рассмотрим эти процессы с технологической, экономической, экологической точки зрения.
Технологические требования
Сравнительный анализ наиболее распространённых процессов получения стержней представлен в таблице 8.
Таблица 8 – Сравнительный анализ [13]
| Процесс | Живучесть смеси, ч | Прочность на изгиб | Газотворная способность, см3/г | Выбиваемостьпо 5-ти бальной шкале. | |
| 30 с | 24 ч | ||||
| Hot-box | Более 4 | 1.8 | 5.4 | 7.0 | 2 |
| Croning | Практически не ограничена | 2.0 | 6.0 | 12.0 | 3 |
| Coldbox-амин | 3..4 | 3.2 | 5.8 | 3.4 | 3 |
| Epoxy-SO2 | Более 24 | 2.8 | 5.2 | 6 | 1 |
| CO2-процесс | 3..6 | 0.6 | 1.8 | 8.2 | 1 |
Экологические требования
Экологические требования: показатель условия труда рабочих, возможнсть утилизации отходов, кинетика газовыделения и другие факторы приведены в таблице 9.
| Процесс | Токсичностьпо 5-ти бальной шкале |
| Hot-box | 3 |
| Croning | 3 |
| Cold-box-амин | 2 |
| Epoxy-SO2 | 2 |
| CO2-процесс | 2 |
Экономические требования
Экономические требования: производительность процесса, себестоимость отливок, стойкость и надёжность оснастки, возможность регенерации смеси (Таблица 10).
| Процесс | Относительная стоимость |
| Hot-box | 1.3 |
| Croning | 1.3 |
| Cold-box-амин | 1 |
| Epoxy-SO2 | 1.2 |
| CO2-процесс | 1.1 |
Таблица 10-Экономические требования. [13].
Данный сравнительный анализ показывает, что целесообразно применять холодные способы отверждения, особенно при крупносерийном производстве. Среди холодных способов отверждения большую перспективу имеет технология сold-box-амин процесс. К основным преимуществам данного процесса можно отнести:
1)Технология проверена многолетней практикой и хорошо изучена теоретически;
2)Технология может применяться для стали, чугуна и цветных металлов;
3)Получаемые отливки отличаются высоким качеством;
4) Cold-box-амин процесс отличается высокой экономичностью;
В настоящее время ведутся работы по повышению экологичности Cold-box-амин процесса за счёт применения новых материалов, с целью снижения газовыделений.
По данным фирмы IMF (Италия) для совместной регенерации с бентонитовыми смесями хорошо подходят стержни, изготовленные по «Амин-процессу», т.к. они имеют нейтральную среду.
Вывод: рассмотрев ряд наиболее распространённых в РФ процессов изготовления стержней методом продувки газами и катализаторами, можно сделать вывод, что в нашем случае наиболее применим cold-box амин процесс. Благодаря продолжительной живучести, хорошей выбиваемостью, текучестью, высокой прочностью на изгиб [4]. К недостаткам можно отнести высокую токсичность амина, но при соблюдении всех санитарно-гигиенических требований этот недостаток исчезает.
ГОСТ3212-92 (стержни) http://www.complexdoc.ru/pdf/ГОСТ%203212-92/gost_3212-92.pdf