Основы дизайна. Художественная обработка металла. Учебное пособие - Михаил Ермаков

Формовочные глины. Формовочные глины – это горная порода, которая после смачивания становится очень пластичной. Поэтому их применяют в качестве связующего частиц наполнителя при изготовлении прочных формовочных смесей.

Формовочные глины в зависимости от минерального состава делятся на виды, по пределу прочности при сжатии во влажном состоянии – на группы, а в сухом состоянии – на подгруппы.

Связующие. Это вещества, скрепляющие зерна песка в формовочной смеси. Самой распространенной является глина. Но ее применение имеет много недостатков. Она увеличивает пригар формовочной смеси на стенках отливок, уменьшает податливость, газопроницаемость, текучесть смеси.

Для того чтобы этого избежать применяют в качестве связующих особые материалы – крепители. Их вяжущая способность характеризуется удельной прочностью, под которой понимается прочность сухого образца, приготовленного из смеси с испытуемым крепителем, приходящаяся на 1 % содержания его в смеси.

Лучшими крепителями для стержней считаются растительные масла (льняное, конопляное), а также приготовленные из них олифы. Стержни, приготовленные из таких смесей, обладают высокой прочностью (в сухом виде), хорошо выбиваются из отливки, что очень важно при художественном литье.

В связи с тем, что масляные крепители дорого стоят, применение их ограничено. Большое распространение получили крепители П, сульфитно-спиртовая барда СП и СБ, декстрин, жидкое стекло.

Вспомогательные формовочные материалы. Стенки формы прогреваются до очень высокой температуры (1400 °C), вследствие чего происходит быстрое испарение влаги, содержащейся в формовочной смеси, и выгорание связующих материалов с образованием паров и газов при заливке расплавленного металла. Он может просачиваться в поры формы между зернами песка, часто сплавляя их. Все это отрицательно сказывается на качестве отливаемого изделия. Например, продолжительный нагрев стенки формы может привести к образованию в ней трещин и появлению их отпечатков на поверхности отливок; пары и газы могут проникнуть и остаться в металле, образуя в стенке отливки газовые раковины.

Образование шероховатостей поверхности отливки происходит из-за просачивания металла и вследствие этого пригара песка к ее стенкам. Пригар песка иногда приводит к неисправимому браку.

Для предупреждения подобных явлений применяются вспомогательные формовочные материалы. К ним относятся различного рода добавки, припылы, краски, натирки, формовочные клеи, разделительный песок и пр.

Добавки. Добавки – это опилки, молотый каменный и древесный уголь, конский волос, чугунная дробь. Их используют при изготовлении крупных форм и стержней, подвергающихся сушке перед заливкой металла. Для уменьшения пригара смеси к стенкам отливки добавляют от 3 до 6 % каменноугольной пыли. В производстве крупных архитектурных отливок во избежание образования трещин, которые появляются при сушке, в формовочную смесь добавляют конский волос. Для быстрого охлаждения массивных частей отливки применяют чугунную дробь, которую добавляют в формовочную смесь.

Припылы. Припылы – это порошки, наносимые на внутреннюю поверхность сырой формы. Это делается для того, чтобы расплавленный металл не смачивал стенки формы. Также предупреждается образование пригара на отливке.

В зависимости от размера изделия и толщины его стенок в качестве припыла применяют древесноугольный порошок, серебристый или черный графит, цемент и маршаллит.

Другие вспомогательные материалы. В сухих формах защитную пленку путем окрашивания стенок и стержней специальными формовочными красками. В их состав входят растворитель (вода или спирт), наполнитель (основной огнеупорный материал) и связующее вещество. Когда нужно получить особо чистую поверхность отливки, стержень натирают защитной пастой.

Для разделения одной части формы от другой применяют разделительный песок. Он не должен содержать глину, так как она обладает клеящим свойством. Используют обычно кварцевый песок. При изготовлении небольших форм применяют древесноугольный порошок, используемый для припыла. Стержневой клей используют для склеивания попарно частей больших и сложных частей. Иногда их склеивают раствором белой глины.

Формовочные смеси и их свойства. Если мы хотим получить отливку со сложным рисунком и тонкими стенками, то нужно обратить внимание на качество формовочной смеси при приготовлении литейной формы. Ее свойствами является прочность, пластичность, газопроницаемость, огнеупорность, податливость, состав зерен, теплопроводность. Коротко характеризуем каждое из них.

Прочность. Зависит от количества в ней глины и влаги, от формы и поверхности зерен песка смеси и степени уплотнения ее в форме. Чем больше глины и чем шероховатее поверхность зерен, тем лучше склеивание между собой и тем прочнее формовочная смесь.

Пластичность формовочной смеси зависит от размера зерен песка, количества содержащейся в ней глины, влаги и способа приготовления смеси.

Газопроницаемость. При заливке формы образуется большое количество паров и газов. Они препятствуют нормальному заполнению металлом полости формы. При повышенном давлении газ может проникать в металл, образуя газовые раковины в отливках. Способность формовочной смеси пропускать через стенки формы пары и газы, образующиеся при заливке, называют газопроницаемостью.

Огнеупорностью называют свойство смеси сопротивляться оплавлению под действием температуры заливаемого металла. Она зависит от размеров зерен песка и его химического состава. Чем крупнее зерна, тем труднее металлу оплавлять их, тем меньше пригорит смесь к стенкам отливки. Чем меньше в смеси легкоплавких составляющих, тем выше ее огнеупорность.

Залитый в форму металл при кристаллизации и охлаждении уменьшается в объеме, и готовая отливка будет иметь несколько меньшие размеры, чем полость формы. Такое явление называют усадкой отливки.

Литейная форма не должна сопротивляться усадке металла. Иначе в стенках отливки могут образоваться трещины из-за напряжений, возникающих в металле.

Свойство формовочной смеси, характеризующее сопротивление усадке отливки в форме, называется податливостью.

Разновидности формовочных смесей. При получении художественных отливок мы применяем формовочные смеси, которые делятся на несколько видов:

1. По типу использования – облицовочные, наполнительные, единые;

2. В зависимости от применяемых при приготовлении смеси песков – природные, или естественные, и искусственные, или синтетические;

3. По роду применяемого для отливки металла – для чугунного литья и для цветного;

4. По состоянию формы перед заливкой – для форм, заливаемых в сыром виде, и для заливания после сушки;

5. Специальные формовочные смеси.

Облицовочной смесью называют такую смесь, которую используют для изготовления рабочего слоя формы, соприкасающегося с моделью. Она первой принимает на себя температурные воздействия и должна обладать хорошей прочностью, пластичностью, огнеупорностью и газопроницаемостью.

Наполнительная – это такая смесь, которой заполняется форма после нанесения облицовочной.

Единые смеси применяются при машинной формовке. При изготовлении цветных отливок и тонкостенных ажурных и чугунных применяют природные формовочные смеси.

Искусственные, или синтетические, смеси представляют собой смесь песка или нескольких видов песка и глины с отработанным составом.

Для форм чугунных отливок используется смесь, обладающая хорошей огнеупорностью и газопроницаемостью, из-за высокой температуры чугуна, заливаемого в форму.

При производстве литейных форм для отливок из цветных металлов и сплавов (алюминиевые сплавы, бронза, латунь) применяют мелкозернистые формовочные смеси.

В формах, заливаемых по-сырому, применяются смеси крупных песков. Отработанную смесь используют при заливке форм после сушки. Освежается она за счет облицовочной смеси. В процессе художественного литья бывают моменты, когда применяют специальные формовочные смеси. Они бывают жидкими и песчано-смоляными.

Материалы для отливок. При художественном литье металлы в чистом виде практически никогда не применяют, так как их свойства не соответствуют требованиям, предъявляемым к отливкам. При соединении двух и более элементов в определенных пропорциях получаются сплавы. Они бывают нескольких разновидностей: цветные (медь, олово, алюминий, свинец, цинк, магний и т. д.), черные сплавы (чугун и сталь). Наибольшее распространение получили медные сплавы в производстве монументальных отливок, а серый литейный чугун – при отливке малых форм.