ФЕНОПЛАСТЫ

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.

Сырье

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 ~ ~ —