Мастерство литейного песка: экспертное руководство по литью в зелёный песок

Как сделать зелёный песок для металлического литья

Формовочный песок — сердце процесса песочного литья. Он должен хорошо держать форму и улавливать тонкие детали отливки, но быть достаточно газопроницаемым, чтобы газы могли выходить. Под нагрузкой при извлечении модели из формы или во время заливки он не должен рассыпаться или оседать. Перевёрнутый вверх дном он не должен терять форму: части формы должны оставаться верными, пока они зажаты вместе.

В большинстве случаев «зелёный» песок достаточно для обеспечения этих свойств. Зелёный песок не называется так из-за цвета — эти материалы могут быть широкого спектра цветов в зависимости от состава и использования. Название происходит от того, что он влажный, как зелёное дерево.

Механические аспекты песка измеряют перед использованием на литейном полу. Технологи или инженеры литейного цеха уплотняют цилиндры песка и проводят тесты. Всё чаще эти тесты выполняют компьютеризированные приборы, способные на множество точек точности.

Газопроницаемость песка — это «вентиляционная мощность» материала — сколько газа он позволит выйти из формы. Предел сжатия на зелёном песке фиксирует, какое сжатие песок может выдержать перед началом рассыпания. Предел сдвига на зелёном песке измеряет прочность против структурного разрушения под сдвигом: это сила, вызывающая скользящее разрушение параллельно своему направлению. Пески также тестируют на сухую прочность, так как они обычно теряют влагу в процессе заливки. Горячая прочность (поведение при высоких температурах) также проверяют. Вызовет ли высокое тепло литья разрушение формы?

Часто проводят несколько вспомогательных тестов, включая влажность, глинистость и исследование размера зёрен. Инженер литейного цеха доверяет контроль свойств песка и может сделать несколько корректировок за жизнь песка, чтобы держать его в хорошем рабочем состоянии.

Особая смесь, создающая литейный песок, обеспечивает нужное поведение. Главный ингредиент — минеральный песок с постоянным размером зёрна. Размер зёрна песка влияет на финиш отливки, но также иногда на газопроницаемость и пористость формы. Одного этого ингредиента недостаточно: добавляют связующий материал, обычно глину, и смесь увлажняют водой.

Естественно связанные пески — смеси кварца и глины, добытые из недр, хотя часто с некоторыми правками пропорций для получения правильных свойств песка. Естественно связанные пески используют в литье серого чугуна, вязкого чугуна, вязкого железа и цветных литейных цехов (кроме магния). Синтетически связанные пески производят комбинацией безглинистого песка с точными количествами глины или бентонита. Они более однородны, чем естественно связанные, но требуют более тщательного смешивания и контроля. Стальные литейные цеха, литейные цеха серого чугуна и вязкого железа, и магниевые литейные цеха используют этот тип песка. Для сердечников или других песков, которые должны достаточно затвердеть, чтобы быть объектом, который можно поднимать или перемещать, синтетическая связка обычно необходима.

Существует несколько вариантов, доступных литейному цеху при смешивании рецепта для песочного литья.

Минеральные пески

Смесь на литейных цехах обычно 75-85% песка, остальное — глина, вода и другие добавки. Песок можно найти естественным образом, обычно из озера, или создать после добычи и стандартизации безглинистых минералов.

Оливин

Традиционно оливиновый песок использовался для металлического литья в ферристых и неферристых литейных цехах. Этот песок мог давать тонкий финиш за счёт быстрого охлаждения металла, и создавал очень маlopыльную среду, не опасную для дыхания. Считали его «прощающим» литейным песком, хорошо принимающим модели и не расширяющимся при нагреве, но его прочность на разрыв не очень высока. Кварцевые пески всегда предпочитали для сердечников. Некоторые оливиновые пески имели очень слабый зелёноватый оттенок, но это совпадение — как и всё остальное, они могут быть «сухими» или «зелёными».

Оливиновые пески больше не добываются в США, поэтому, по крайней мере в Северной Америке, это больше не первичный источник литейного песка.

Кварц (Silica)

Ферристые литейные цеха (работающие с железом и сталью) обычно используют кварцевый песок, иногда известный как кварцевый песок. Кварцевый песок давно использовался в изготовлении сердечников, поэтому переход на использование того же заполнителя во всём процессе литья упростил управление литейными запасами.

Литейные цеха, использующие этот продукт, принимают некоторые дополнительные меры предосторожности против силикоза — заболевания, которое может сформироваться в лёгких тех, кто вдыхал много кварцевых частиц. Иногда используют респираторы или фильтрующие маски.

Глина в зелёном песке

Зелёный песок обычно содержит 10% бентонитовой глины. На молекулярном уровне эта глина содержит абсорбирующую смесь кремнезема и алюминия, и обычно также имеет калий, натрий или кальций. Кальциевая бентонита — самая распространённая глина в процессе зелёного литья.

Бентонитовую глину добывают и очищают перед использованием в различных приложениях. Хотя у неё много производственных и строительных применений, самыми распространёнными потребительскими применениями бентонита являются наполнители для кошачьих туалетов и косметические продукты вроде масок для лица, где её используют за абсорбирующие свойства.

Другие добавки для литья в зелёный песок

Влага — важный компонент во всём литье в зелёный песок. Воду обычно добавляют в 2-5% от веса смеси. Гидростатические связи между молекулами воды укрепляют песок: именно эти связи строят замки из мокрого песка на пляже, и те же силы работают в литейном цехе. Именно вода увеличивает способность зелёного песка выдерживать сдвиг и сжатие.

Специальные добавки могут использоваться в дополнение к базовому песку, глине и воде. К ним относятся зерновые, пич, каменный уголь, гильсонит, топливное масло, древесная мука, кварцевая мука, оксид железа, перлит, патока, декстрин и проприетарные материалы. Все они служат цели изменения конкретных свойств песка для получения желаемых результатов.

Лицевые пески (facing sands), для лучшей поверхности отливки, используют для серого чугуна, вязкого чугуна, стали и магниевых отливок. Железные пески обычно содержат каменный уголь, мелко помолотый уголь, который предотвращает прилипание песка к отливке за счёт генерации газовой плёнки при контакте с горячим металлом. Для литейных цехов, использующих каменный уголь во всех своих песках, смесь составляет около 5% угольной пыли. Гильсонит служит той же цели, производя газы для предотвращения прилипания песка или азотных пинхолей.

Стальные лицевые пески могут содержать кварцевую муку или другие очень мелкие высокоогнеупорные материалы для формирования плотной поверхности, которую металл не может легко проникнуть. Оливиновый песок также использовался для отливок из марганцевой стали, так как комбинация оливинвого песка и марганца давала хороший финиш.

Формовочные помывки (Mold washes) — покрытия, наносимые на поверхность формы или сердечника для улучшения финиша отливки. Их наносят мокрым или сухим способом. Обычная практика — кистью или распылителем для мокрых помывок, и кистью или натиранием для сухих. Графит или кварцевая мука, смешанные с глиной и патокавой водой, часто используются. Помывки обычно смешивают с водной или спиртовой растворителями. Спиртовые растворы могут поджигать пламенем, мгновенно отверждая форму. Водные растворы требуют времени сушки в печи, в течение которого помывка застывает и излишка влаги удаляется.

Подготовка и обработка песка

Песок готовят в маллерах (sand mullers), которые комбинируют песок, связующее и воду. Эти маллеры не просто перемешивают элементы литейного песка. Вместо этого нужно давление, чтобы равномерно покрыть каждое зёрно песка глиной или другим связующим материалом. Аэраторы затем используют, чтобы разрыхлить песок снова, делая его более подходящим для формовки.

Песочные резаки (sand cutters), работающие над кучей на литейном полу, могут использоваться вместо маллеров. Доставка песка на формовочный участок может быть самосвалами, ковшовыми погрузчиками или ленточными конвейерами.

В процессе литья песок формируют в формы, которые могут размещаться на полу или доставляться конвейерами на заливную станцию. После заливки отливки встряхивают из песка. Использованный песок, в свою очередь, возвращается в бункеры хранения ленточными конвейерами или другими средствами.

Переработка литейного песка

Литейный песок можно использовать много раз, прежде чем он станет отработанным и не поддающимся регенерации. Этот песок раньше уходил на свалку, однако переработка и утилизация стали точкой интереса. EPA предполагает, что использованный литейный песок из формовочного процесса может безопасно использоваться в почвах — как горшечная почва, так и искусственная верхняя почва. Его также можно использовать как основной слой для дорог или как заполнитель в производстве цемента.

Простой рецепт с множеством вариаций

Для зелёного песка дома нужно только песок, глина и вода. Агломерирующая глинистая наполнитель для кошачьего туалета — дешёвый источник бентонита, но потребует тонкого помола перед добавлением: тонко помолотый бентонит — более дорогой источник, продаваемый как косметический продукт. Мелкозернистый кварцевый песок доступен в большинстве строительных магазинов. 9 частей кварца к 1 части бентонита, плюс вода просто чтобы сделать влажной — легко запоминаемый домашний рецепт. Смешивание должно быть очень тщательным и включать много сжатия, давления и размазывания, чтобы покрыть каждое зёрно песка слоем глины.

Этот рецепт можно использовать для грубого песочного литья — или для лучших песочных замков на квартале!

Previous Post: Patternmaking Metal Casting Process Next Post: CoreMaking