Wydział Odlewnictwa II rok Grupa 3 Semestr pierwszy (zimowy)	Przedmiot Tworzywa na formy odlewnicze Temat ćwiczenia Oznaczanie wlaściwości mas rdzeniowych wykonywanych technologią SMS (no-bake) Wykonujący ćwiczenie Oleksandra Samarska	Data wykonania 16.01.2012

1. Wstęp teoretyczny

Do danego ćwiczenia będziemy sporządzać sypką masę samoutwardzalną (SMS) z żywicą furfurylową. Ten rodzaj masy należy do grupy mas samoutwardzalnych (w danym przypadku ze spoiwami organicznymi).SMS stanowią ważną grupę mas formierskich i rdzeniowych. SMS mają następujące zalety:

- wiązanie w temperturze otoczenia,

- dobra płynność i wybijalność,

- zmniejszona pracochłonność oczyszczania odlewów,

- dobra jakość powierzchni,

- duża dokładność wymiarów odlewów.

Ze wzgłedu na to, że do mieszarki dodaje się wszystkie składniki masy (w tym także utwardzacz), proces utwardzania zaczyna się już w czasie mieszania, wynikiem czego jest stosunkowa krótka żywotność masy. Stąd wynika szybka potrzeba wykonania kształtek do wykonania ćwiczenia. Z drugie strony, ze względu na dobrą żywotnośc nasy te nie wymagają intensywnych procesów zagęszczania. Zazwyczaj z mieszarki masa bezpośrednio wsypywana jest do formy lub rdzennicy, w których zagęszcza się pod wpływem siły grawitacji; w niektórych przypadkach stosuje się dodatkowo proces wubracji.

SMS mają też cechy negatywne:

- szkodliwość dla otoczenia,

- zwykle krótka żywotność przy krótkim czasie utwardzania i wydłużający się czas utwardzania przy dłuższej żywotności,

- wysokie koszty (są droższe niż SMS ze spoiwami nieorganicznymi).

Sypkie masy samoutwardzalne (SMS) z żywicami furfurylowymi mają największe zastosowanie wśród SMS z żywicami syntetycznymi. Ich zaletami są:

- mogą być użyte do sporządzania jak form, tak i rdzeni; o różnej wielkości i kształcie; do odlewów ze wszystkich tworzyw odlewniczych,

- możłiwość uzyskania odlewów o wysokiej dokładności wymiarowej,

- możliwość wykonania z nich skomplikowanych rdzeni bez konieczności dzielenia rdzeni na części,

- dobra wybijalność i zmniejszona pracochłonność oczyszczania odlewów,

Zmniejszona pracochłonność wykonania form i rdzeni,

Wiązanie w temperaturze otoczenia,

- mała zawartość spoiwa.

Do cech ujemnych należą:

- stosunkowo długi czas wiązania,

- krótka żywotność,

- szkodliwość wydzielających się gazów,

- stosunkowo wysoki koszt masy.

Osnowę masy stanowi piasek kwarcowy o minimalnej zawartości lepiszcza (do 0,2%) oraz możliwie najmniejszej ilości frakcji pyłowych (zwiększają powierzchnię właściwą osnowy piaskowej, co powoduje większe zapotrzebowanie w spoiwie). Przy sporżadzaniu dantch mas występuje konieczność wykorzystania piasków dobrze dobranych i uszlachetnionych przez płukanie i sortowanie. Stosuje się piaski o ziarnach kulistych lub owalnych o średniej wielkości ziarna d_L=0,15-0,35mm. Zawartość wilgotności nie może przekraczać 0,25%. Czasem stosowane są także piaski cyrkonowe (ich oboętny charakter powoduje, że do masy można dodawać kwaśnt utwardzacz). Ntomiast mieszanina złożona z 25% piasku cyrkonowego i 75% kwarcowego daje bardzo pozytywne wyniki bez pokrywania form powłoką ochronną. Temperatura osnowy powinna mieścić się w granicach 20-35˚C ( w temperaturze poniżej 20˚C żywica zwiększa swoją lepkość).

Spoiwem (materiałem wiążacym) są ciekłe żywice syntetyczne zwane ogólnie furfurylowymi, wśród których wyróżnia się:

- mocznikowo-formaldehydowo-furfurylowe,

- fenolowo-formaldehydowo-furfurylowe,

- mocznikowo- fenolowo-formaldehydowo-furfurylowe,

- formaldehydowo-furfurylowe.

Żywice te zazwyczaj zawierają 30-85% alkoholu furfurylowego. Do grupy żywic furfurylowych należą także żywice modyfikowane alkoholem furfurylowym, opracowane dla obniżenia ceny typowych żywic furfurylowych. Obecnie są one bardzo rzadko stosowane.

Proces utwardzania SMS zależy od:

- ilości i jakości żywicy i utwardzacza,

- temperatury osnowy piaskowej,

- temperatury otoczenia,

- temperatury i współczynnika przewodzenia ciepła materiału, z którego jest wykonany model czy rdzennica,

- warunków i czasu mieszania masy,

- wilgotności piasku,

- względne wilgotności powietrza.

Jako utwardzacz stosowane są:

- kwas ortofosforowy(V) – H₃PO₄ i mieszanki kwasu ortofosforowego i siarkowego(VI),

- kwas paratoluenosulfonowy,

- niekiedy także inne kwasy.

Dodatek utwardzacza może się mieścić w szerokich granicach i wynosić 20-70% ilości wporwadzanej żywicy. Wraz ze wzrostem zawartości żywicy należy zwiększać dodatek utwardzacza.

Do masy dodaje się też czasem tlenki żelazaw celu zabezpieczenia przed powstaniem nakłuć w odlewach, a także w celu polepszenia jakości powierzchni odlewów.

Masy charakteryzują się krótką żywotnością (10-30min), dobrą wybijalnością i podatnością, dostateczną płynnością.

Pomieszczenia, w których wykonywane są rdzenie, formy powinne mieć sprawne wentylację i klimatyzację. Proponuje się nawet wzbogacanie ozonem powietrza nawiewanego na stanowiska pracy, który powoduje reakcje rozkładu i utlenienia części szkodliwych substancji.

SMS z żywicami stosowane są do sporzadzania form i rdzeni do odlewów ze wszystkich stopów odlewniczych. Rdzenie z tych mas wykonuje się przede wszystkim w produkci jednostkowej i małoseryjnej.

1. Wykonanie ćwiczenia

Dla wykonania ćwiczenia sporządzamy masę o składzie:

- piasek kwarcowy, 100 części wagowych,

- żywica furfurylowa, 1,1 części wagowych,

- utwardzacz (mieszanina kwasów), 0,55 części wagowych.

Otrzymujemy masę: 5kg piasku kwarcowego, 55g żywicy i 27,5g utwardzacza.

Odważoną i wysuszoną porcję piasku kwarcowego wsypujemy do mieszarki, dodajemy itwardzacza i mieszamy przez 1,5 minuty, następnie dodajemy żywicę i mieszamy przez kolene 1,5 minuty. Masę wysypuemy z mieszarki i bezzłocznie dostarczamy do urządzenia do wibracji LUZ-1sporządzoną masę lużno wsypujemy do foremki z nadstawką i rozgarniamy do wysokości ramki. Mastępnie całość mocujemy na wibratorze i uruchamiamy go na 14 sekund (zagęszczenie). Po zagęszczeniu zdejmujemy zestaw foremek wraz z płytą mkntażową i przenosimy na stół laboratoryjny. Zdejmujemy ramkę i nadstawkę z foremki i przy użyciu zgarniacza ścinamy naddatek masy z foremki. Po zwolnieniu docisku elementów foremki wyjmujemy kształtki i ustawiamy na specjalnej podkładce. Pomiaru wytrzymałości na zginanie (kształtki podłużne) i rozciąganie (kształtki ósemki) dokonujemy na aparacie do pomiaru wytrzymałości mas formierskich typ LRu-2e odpowiednio po 1 kształtce z każde palety po 15, 35, 55, 75 i 95 minutach.

Z doświadczeń na wytrzymałość na zginanie kształtek podłużnych otrzymaliśmy następujące wyniki:

Wartości wytrzymałości na zginanie kształtek podłużnych, MPa
Numer próbki
1
2
3
Średnia

Z powyższej tabeli możemy sporządzić wykres zależności wytrzymałości na zginanie kształtek podłużnych od czasu suszenia na powietrzu:

.

Z doświadczeń na wytrzymałość na rozciąganie kształtek ósemek otrzymaliśmy następujące wyniki:

Wartości wytrzymałości na rozciąganie kształtek ósemek, MPa
Numer próbki
1
2
3
Średnia

Z powyższej tabeli możemy sporządzić wykres zależności wytrzymałości na rozciąganie kształtek ósemek od czasu suszenia na powietrzu:

.

1. Wnioski

Z powyższych tablic i wykresów możemy zauważyć, że ze wzrostem czasu odstawania kształtek, ich wytrzymałość na rozciąganie i zginanie zwiększa się. Zauważyć też można, że w w iekszości wypadków wartości wytrzymałości sa najniższe dla kształtek z ostatniej palety (nr 3), gdyż wykonane zostały ako ostatnie, a więc leżały najkrócej.

Wniosek z danego ćwiczenia jest następujący: wytrzymałość wzrasta w miarę odstawania zagęszczonej masy, przy czym przebieg tego procesu jest różny i dla danego typi mas zależy od rodzaju żywicy oraz rodzaju, ilości i stężenia utwardzacza.