До формувальних матеріалів відносяться всі матеріали, що застосовуються для виготовлення разових ливарних форм і стрижнів. Розрізняють вихідні формувальні матеріали і формувальні суміші.
Основними вихідними матеріалами для більшості разових форм є пісок і глина, допоміжними - сполучні і добавки: 1) протипригарних, 2) збільшують газопроникність, піддатливість, плинність і пластичність сумішей; 3) зменшують прилипання сумішей і ін.
Формувальні суміші готують з вихідних формувальних матеріалів і з сумішей, раніше вже перебували у вживанні ( "відпрацьовані формувальні суміші). Вихідні формувальні матеріали завод отримує ззовні.
Мал. 1. Опока для формувального автомата: 1 - напрямні планки; 2 - штир для гвинтівки опоки; 3 - втулка еліпс-ва; 4 - втулка кругла; 5 - вентиляційні отвори
Залежно від призначення суміші поділяють на формувальні суміші, стрижневі суміші та допоміжні склади.
Правильний вибір формувальних сумішей в ливарному виробництві має дуже велике значення, так як формувальні суміші впливають на якість одержуваних виливків. Відомо, що близько половини шлюбу лиття виникає з вини формувальних матеріалів.
Найважливіші властивості сумішей можна розділити на 4 групи властивостей: I - теплофізичних; II - механічних; III - пов'язаних з газообменом; IV - технологічних.
I. Теплофізичні властивості. Від теплофізичних констант формувальних сумішей залежить швидкість кристалізації металу, залитого в форму, і швидкість його подальшого охолодження. Значення цих констант необхідно для розрахунку теплових процесів, що відбуваються в формі після заповнення її металом.
До числа основних констант відносять питому теплоємність, коефіцієнт температуропровідності; теплопровідність і коефіцієнт теплоаккумулирующей здатності.
Питома теплоємність сф може бути віднесена до одиниці об'єму форми сфуф ккал! М3 град. Формувальні суміші, основою яких є кварцовий пісок, мають в ущільненому стані досить значною теплоємністю в середньому сфуф = = 340 ккал! М3 град.
Теплопровідність Я. Теплопередача від гарячого остигаючого металу до нагрівається формі може здійснюватися кондукцией, конвекцією і радіацією. Передача тепла конвекцією і радіацією в ливарних формах відносно мала. У розрахунки вводять ефективний коефіцієнт теплопровідності форми КФФ ккал! М-я-град, при цьому умовно вважають, що все тепло передається кондукцией. Теплопровідність формувальних сумішей на основі кварцових пісків низька, але її в деякій мірі можна збільшити, застосовуючи замість кварцових пісків інші, більш теплопровідні матеріали, наприклад хромомагнезіт, хромовий залізняк, цирконові піски і ін. Теплопровідність формувальних сумішей у великій мірі залежить від пористості форм і стрижнів , чим менше пористість, тим більше їх теплопровідність.
II. Механічні властивості. Великий вплив на технологічний процес виготовлення відливок надають механічні властивості формувальних сумішей. До них відносяться міцність, обсипальність, пластичність і податливість.
Міцність - здатність форми (стержня) не руйнуватися від зовнішніх зусиль. Форми (стрижні) не повинні руйнуватися під дією власної ваги і від поштовхів при складанні та транспортуванні. Форма повинна витримувати статичний тиск заливається металу і динамічний вплив його струменя. Залежно від геометричних особливостей виливки і форми практичне значення має межу міцності сумішей при стисненні, розтягненні, зрізі, вигині і інших видах навантаження. Стандартними випробуваннями є визначення меж міцності при стисненні і розтягуванні. Так як ливарні форми застосовують або безпосередньо після виготовлення у вологому стані, або після висушування, то міцність формувальних сумішей визначають також чи у вологому стані, або висушеному. Фактори, що зумовлюють міцність сумішей, залежать від складу сумішей і методів їх переробки.
Міцність суміші у вологому стані визначається, головним чином, властивостями рідких або напіврідких полон, що покривають зерна піску (вода, волога глина, розчин рідкого скла та ін.); вона залежить також від розмірів однорідності і від форми зерен піску.
Межа міцності при стисненні сирих сумішей зазвичай становить 0,2-0,7 кгс / см2, сухих сумішей - в 3-4 рази більше, що пояснюється зміцненням при сушінні полон сполучних, які перебувають на зернах піску.
Поверхнева міцність (обсипальність) - здатність форми (стержня) чинити опір истирающим зусиллям рухається струменя металу. Недостатня поверхнева міцність форми (стрижнів) викликає появу дефектів у виливках, зокрема, засмічення, тобто в виливок потрапляють частинки формувального матеріалу. Необхідність спеціально контролювати поверхневу міцність пояснюється тим, що при сушінні форми або в період збирання і зберігання перед використанням вологих форм поверхневі і глибинні шари форми знаходяться в різних умовах. Зовні зменшення поверхневої міцності проявляється у вигляді Обсипальність, тобто здатності зовнішніх зерен піску легко відділятися при невеликому терті.
Поверхнева міцність вологих форм зменшується при тривалому очікуванні заливки. Поверхнева міцність залежить від змісту і якості глини або інших сполучних вологості суміші і режиму сушки форм (стрижнів).
Пластичність - здатність суміші передати формі (стрижня) точні обриси моделі (стрижневого ящика) під впливом зовнішніх сил і зберігати прийняту форму після видалення моделі (стрижневого ящика). Найбільшою пластичністю володіють суміші, що містять багато глини. Пластичність залежить від розмірів і форми зерен піску, вологості суміші, способів її приготування і зберігання.
Піддатливість - здатність суміші скорочуватися в обсязі під дією стискаючих зусиль виливки при її охолодженні. У разі недостатньої податливості суміші в литві утворюються тріщини. Податливість вологих форм залежить від міцності, пластичності і пористості формувальних матеріалів; чим менше міцність і більше пластичність і пористість, тим більше піддатливість. Податливість форм (стрижнів) після висушування залежить від міцності і пористості.
III. Властивості, пов'язані з газообменом. В процесі заповнення форми металом і в період його охолодження в формі виділяються гази, обсяг яких у багато разів більше обсягу залитого металу. Повітря, що знаходиться в порожнині і порах форми, сильно розширюється; волога в тонкому шарі формувальної суміші, прогрітому до високих температур, перетворюється в пар, органічні речовини частково згоряють, а частково піддаються сухій перегонці, розкладаються кристалогідрати, карбонати та інші нестійкі мінерали, що входять до складу формувальних пісків і глин. Ці процеси підвищують газовий тиск в порах форми і впливають на умови затвердіння виливки.
Якщо до моменту виникнення в формі високого газового тиску на поверхні виливки не встигла утворитися міцна кірка твердого металу, а гази не мають можливості вільно проходити через стінки форми, то вони спрямовуються в рідкий метал, утворюючи в затверділої литві газові раковини або бульбашки. Здатність суміші пропускати гази через товщу форми називається газопроницаемостью. Різні суміші порівнюють за величиною коефіцієнта газопроникності К.
Газопроникність формувальної (стрижневий) суміші залежить від вологості, розмірів і однорідності зерен піску, від змісту глини і ступеня ущільнення суміші.
Кількість газів, що утворюються при нагріванні суміші, характеризується коефіцієнтом питомої газовиділення. Коефіцієнт питомої газовиділення тим вище, чим більше органічних і інших газообразующих матеріалів містить суміш і чим нижче температура газифікації цих матеріалів.
Коефіцієнт питомої газовиділення залежить від складу суміші, ступеня просушування форм (і стрижнів), властивостей сполучних, температури і кількості залитого в форму металу.
V. Технологічні властивості. Технологічними властивостями називають властивості, що визначають робочі якості сумішей, ко-орие не можуть бути кількісно виражені характеристиками, «тримають в собі певні поєднання загальновідомих фі-чеських і хімічних параметрів. Кожне технологічне властивість є функцією багатьох параметрів матеріалу. Технологічні властивості оцінюють зазвичай експериментально.
Плинність - здатність суміші під дією зовнішніх сил заповнювати порожнини в стрижневих ящиках або обтікати моделі. Плинність формувальних сумішей повинна бути такою, щоб тиск, вироблене на суміш, викликала переміщення частинок піску не тільки в напрямку дії спочатку прикладеної сили, але також і в інших напрямках ... При цьому повинно виходити належне однакове ущільнення і однакова міцність у всіх частинах форми або стрижня , при мінімальній витраті зусиль. При поганій плинності суміші на робочій поверхні форми (стержня) утворюються пухкі місця або порожнечі, що знижують якість виливків. Плинність суміші залежить від природи і кількості сполучного, змісту глинистих складових і їх вологості, розмірів і форми зерен піску і від методів приготування суміші.
Негігроскопічна - здатність суміші тривалий час після сушіння не поглинати вологу з навколишнього середовища, в тому числі з вологого повітря.
Гігроскопічні форми (стрижні), якщо вони тривалий час на заливаються металом, втрачають поверхневу міцність, що збільшує шлюб виливків. Гігроскопічність в основному залежить від властивостей сполучних.
Вибіваемость - здатність формувальних (стрижневих) сумішей легко віддалятися з виливків після їх охолодження. Виживання залежить від властивостей сполучного. Для забезпечення гарної вибіваемость сполучні після оформлення виливки повинні втрачати міцність.
Термохімічна стійкість або непрігораемость - здатність суміші не оплавлятися при зіткненні з рідким металом і не вступати з ним або з його оксидами в хімічну взаємодію. Недостатня термохімічна стійкість сприяє утворенню на поверхні виливки іноді трудноотделімой металокерамічного пригару.
Довговічність - здатність формувальних (стрижневих) сумішей зберігати властивості після багаторазового використання. Це властивість залежить від їх здатності протистояти дії високих температур.