Очистка отливок
Очистка отливок — это операция по удалению остатков керамики с поверхностей отливок, каковые остались на них по окончании прошлого неотёсанного удаления керамической оболочки.
Отливки очищают химическим либо механическим методами. Обе эти разработки имеют собственные недостатки и технические преимущества. В литейных цехах с громадной производственной номенклатурой время от времени нужно применять все указанные методы, используя их в зависимости от потребности.
Рис. 1. Бункер с решеткой для приема использованного наполнителя
Преимущество химического метода очистки отливок от остатков керамики пребывает в том, что не ухудшается уровень качества поверхности отливок по окончании литья.
Выщелачивание отливок в расплавах едкого натра. Отливки, с которых удалена главная часть керамики механическим методом, выщелачивают в расплавленных растворах едкого натра при 400—500 °С. В свежеприготовленном растворе остатки керамики растворяются весьма скоро — за 2—5 мин (в зависимости от количества остатков и величины отливок керамики).
Реакция проходит время от времени так бурно, что может привести к кипению расплава едкого натра. Исходя из этого на отливках не должно быть более чем 2% керамики.
Громадный количество пара приводит к эффекту кипения ванны, происходит вспенивание едкого натра, и он может переливаться через край ванны.
Когда насыщение ванны кремнеземом достигнет 8—10%, расплав начинает густеть, время выщелачивания удлиняется. Для сокращения времени выщелачивания направляться повысить температуру расплава. Со дна ванны нужно систематически отбирать отстой (осадок), которым в сущности есть загустевший силикат натрия, сода и песок.
Осадок удаляют по окончании отстаивания его в спокойной ванне и при охлаждении едкого натра до 350° С. По окончании удаления осадка в ванну додают едкий натр.
Расход едкого натра велик, он зависит от количества растворяемой керамики, и от массы NaOH, остающегося на отливках при извлечении их из ванны. На 1 кг керамики расходуется около семи килограмм едкого натра, либо на 1 т отливок от 90 до 150 кг.
Количество уносимого едкого натра из ванны зависит от температуры ванны (со понижением температуры увеличивается вязкость расплава); от содержания силиката натрия (с увеличением его содержания ванна густеет, увеличивается вязкость); от формы тары, в которую загружены отливки, и от конфигурации самих отливок.
Неоспоримое преимущество для того чтобы метода очистки — ликвидация и быстрота дополнительной механической очистки. Недочёты метода — довольно громадные затраты на такую очистку и в известной мере опасность работы.
Длительность выщелачивания возможно значительно сократить предварительным подогревом отливок до 400 °С в отдельной печи. Отливки по окончании выщелачивания, уже без керамики, охлаждают на воздухе до 100 °С; оставшийся на отливках слой едкого натра удаляют растворением в горячей воде.
Рис. 2. Ванна с расплавленной щелочью для очистки отливок
В Соединенных Штатах на нескольких фабриках для удаления остатков оболочек комбинируют выщелачивание в расплавленном щелочном едком натре с травлением в кислотах.
В расплаве щелочной гидроокиси возможно удалять керамику из циркона, муллита, молохита, каковые вторыми химическими методами удалить запрещено. Корундовую керамику не удается удалить из расплава. Отливки из цветных и алюминиевых сплавов выщелачивать в таких ваннах запрещено.
Выщелачивание отливок в растворах щелочных гидроокисей. Удалить керамику со металлических отливок возможно в водных тёплых растворах щелочных гидроокисей. Наряду с этим прежде всего растворяется аморфный кремнезем связующего геля; кристаллический кремнезем реагирует с гидроокисями существенно медленнее. Как правило кристаллический кремнезем, высвобожденный от аморфной связки, отделяется от отливок, падает на дно и есть главной составляющей плотного осадка.
Удаление остатков керамики в водном растворе щелочных гидроокисей из отливок с глубокими отверстиями, пазами и т. п. неимеетвозможности производиться без механического действия. При действии вибрации, трения, удара разрушается размягченная керамика и удаляется с поверхности отливок.
Длительность выщелачивания зависит в первую очередь от концентрации раствора, от его температуры, от конфигурации отливок. Керамика не хорошо удаляется из сквозных отверстий и глухих малого диаметра, из пазов и т. п.
Длительность выщелачивания в растворе едкого натра уменьшается с повышением концентрации щелочи, но лишь до содержания 50% NaOH. Выщелачивание лучше происходит в гидроокиси калия, к каким относятся все растворы КОН, и наряду с этим растущая концентрация уменьшает время удаления керамики (рис. 53). Это, возможно, возможно растолковать тем, что растворимость калия выше, чем растворимость силиката натрия в соответствующих гидроокисях.
Образование углекислого калия от действия КОН с С02 воздуха идет медленнее, чем образование углекислого натрия в ванне с NaOH. Оптимальная концентрация едкого калия 50—55%, температура кипения 145—150° С. При кипении раствора происходит независимое перемешивание всего содержимого ванны и продукты реакции не концентрируются на выщелачиваемых отливках. Перемешивание ванны оказывает громадное влияние на эффект очистки сложных отливок и отливок с несквозными отверстиями.
На протяжении выщелачивания ванна насыщается карбонатами и силикатами калия. В свежей ванне растворение керамики длится в течение 1 ч, но по окончании насыщения до 50% силикатом калия растворение происходит в течение 2 ч. Скорость выщелачивания зависит в первую очередь от количества свободного едкого кали, количество которого нужно пополнять.
При концентрации едкого кали более 60% условия работы становятся нетехнологичными: быстро уменьшается время выщелачивания, появляется опасность (при понижении температуры) выпадения щелочи из пересыщенного раствора. Работа с высококонцентрированной щелочью приводит к опасности травматизма трудящихся, поскольку из ванны вылетают брызги щелочи.
Расход едкого кали зависит от степени предварительного механического удаления керамики и образовывает от 100 до 140 г на 1 кг отливок. С экономической точки зрения выщелачивание в растворе едкого кали довольно дорого, поскольку едкое кали примерно в 2 раза дороже едкого натра. Преимущество применения растворов щелочей содержится в довольно несложной механизации либо автоматизации процессов выщелачивания.
Такие механизированные устройства для выщелачивания в растворах щелочей применяют в литейных цехах СССР.
Изучениями, совершёнными в Высшем училище текстильного машиностроения в Либерце (ЧССР), было обнаружено, что добавка некоторых органических кислот либо их щелочных солей в водный раствор щелочных гидроокисей содействует ускорению процесса очистки. Так, к примеру, присадка 0,5% щавелевой кислоты либо 1 % муравьиной кислоты в 500 см3 раствора едкого кали уменьшает время очистки в два раза. Эти присадки воздействуют, возможно, как катализаторы растворения кремнезема в гидроокиси калия.
Присадка муравьиной кислоты разрешает максимально применять свободную щелочь.
Растворы щелочей действуют так же враждебно, как и расплавы, исходя из этого в них нельзя выщелачивать цветные сплавы.
Очистка в кислотных ваннах. Для удаления керамики возможно применять плавиковую кислоту, кислые фториды либо смеси этих веществ. силикаты и Кремнезём растворяются в плавиковой кислоте любой концентрации. Скорость реакции растворения зависит от концентрации плавиковой кислоты и от температуры.
Для травления применяют разведенные растворы плавиковой кислоты, поскольку пары фтористого водорода HF высокой концентрации над концентрированными растворами плавиковой кислоты крайне вредны для дыхательных органов человека. При низкой концентрации плавиковой кислоты скорость растворения керамики довольно низкая. Так, к примеру, в 5%-ном растворе плавиковой кислоты очистка отливок, имеющих сквозные отверстия, продолжается 4 ч, а очистка отливок с глухими отверстиями до 8 ч.
При увеличении концентрации фтористого водорода длительность растворения керамики значительно уменьшается. Так, в кислоте, содержащей 36% HF, отливки очищаются от керамики за 1 ч. Для травления в большинстве случаев применяют плавиковую кислоту, содержащую 10% HF. При травлении в таких разведенных кислотах отливок с отверстиями имеет значение положение их в ванне.
Не обращая внимания на то, что образующиеся силикаты фтора довольно легко смываются, все же при спокойном состоянии раствора распадающаяся керамика в наружных слоях оболочки затрудняет доступ кислоты к внутренним слоям оболочки. Самый легко и скоро очищаются сквозные отверстия в отливках, в случае если оси этих отверстий расположены вертикально по отношению к уровню раствора в ванне.
Как правило при травлении в разведенной плавиковой кислоте нельзя обойтись без дополнительной механической очистки. При травлении в данной кислоте нужно учитывать коррозию железа, которая возрастает с увеличением концентрации HF до 64%.
Рис. 3. Зависимость времени растворения керамики от концентрации плавиковой кислоты HF
Так как плавиковая кислота растворяет и окислы железа, то с отливки удаляются не только остатки керамики, но и окалина. Исходя из этого для отливок из легированных сталей, каковые не нуждаются в термообработке, очистка в плавиковой кислоте есть конечной операцией по поверхностной обработке.
Скорость очистки возможно повысить добавкой к разведенной плавиковой кислоте соляной кислоты, наряду с этим скорость растворения металла отливки понижается. Оправдала себя ванна, складывающаяся из одного количества 10%-ной плавиковой и одного количества 10%-ной соляной кислоты; длительность очистки в таковой ванне 4,5 ч.
Возможно кроме этого очищать отливки от остатков керамики в растворах кислых фторидов. самые приемлемыми являются кислый кислый фторид и фторид аммония калия. Раствор кислого фторида аммония при постоянных условиях (концентрации и температуре) разрушает остатки керамики на отливках в 3 раза стремительнее, чем раствор кислого фторида калия. Кислый фторид аммония взаимодействует с материалом отливок.
Оптимальная его концентрация 30%; температура 85—100 °С; длительность очистки до 1 ч; окалина не растворяется.
Крайне важно по окончании очистки отливок в плавиковой кислоте и в кислых фторидах шепетильно удалить эти вещества из пор отливки. Следы этих веществ на отливке приводят к последующему ржавлению отливок. Так как остатки кислот удалить весьма тяжело, отливку нужно шепетильно промыть, погружая ее в кипящую воду не меньше чем на 30 мин.
По окончании предварительной промывки направляться снова промыть отливки в тёплой чистой воде, а после этого в тёплом пассивирующем растворе, к примеру в 1%-ном растворе AlkonR либо в 2%-ном растворе фосфорной кислоты. Затем отливку нужно прекрасно высушить в сушиле.
Химические методы удаления керамики с правильных отливок имеют следующие преимущества:
а) разрешают удалять керамику из труднодоступных мест, где механическими методами такое удаление нереально;
б) травленые поверхности имеют лучшее уровень качества если сравнивать с поверхностью, обработанной дробеструйным способом;
в) поры, трещины и другие пороки отливок по окончании химической обработки прекрасно выявляются, в то время как по окончании дро-бейструйной обработки очень тяжело;
г) в некоторых случаях наровне с керамикой удаляется и окалина; унос материала меньше чем при дробеструйной обработке.
Недочёты очистки правильных отливок химическими методами:
а) растворение керамики в водных растворах щелочей либо кислот проходит довольно медлительно и не всегда полно, исходя из этого отливки направляться дополнительно очищать механическими методами;
б) остатки кислот и щелочей в порах отливок тяжело удаляются и являются обстоятельством последующей коррозии отливок;
в) все методы химической очистки требуют особого оборудования, безопасности правил труда и соблюдения гигиены на рабочих местах.
Очистка абразивным материалом. Увлекательной есть очистка керамики с отливок химическим методом совместно с механическим действием. В соответствии с изучениям при таковой очистке возможно существенно снизить время, нужное для удаления керамики, повысить производительность и снизить производственные затраты.
Сухой абразивный материал возможно использовать не всегда, поскольку струя абразива очищает керамику лишь с дешёвых ровных мест. Помимо этого, при сухой абразивной очистке скругляются острые кромки отливок.
Гидроабразивная очистка (абразив + вода) не снабжает удаления керамики из глубоких карманов, труднодоступных мест и отверстий.
При абразивной же очистке в растворах щелочных гидроокисей достигается значительное сокращение времени очистки отливок. Так, к примеру, время очистки в 45%-ном растворе щелочи с чугунной дробью уменьшается с нескольких часов до 10—40 мин в зависимости от рода материала (рис. 55).
Но все преимущества этого метода очистки на практике еще не распознаны, поскольку на данный момент нет достаточно пригодных устройств, каковые делали бы требования механизации процесса таковой очистки и нужной безопасности труда.
Очистка дробью. Этим методом возможно удалять не только остатки крпямичргкпй гЪопмкт г птлмгшк но и отлелывять повепх-ность отливок до требуемой ее чистоты и однородного внешнего вида.
Рис. 4. Зависимость качества очистки отливок в 45%-ном растворе NaOH от времени
Дабы сохранялось высокий уровень качества поверхности, не нужно использовать для дробеструйной обработки неотёсанную железную дробь, поскольку при таких условиях поверхность правильной отливки приближается к поверхности отливок, отлитых в разовых песчаных формах. Шероховатость правильных отливок из конструкционных либо инструментальных сталей по окончании литья образовывает от 3 до 6 мкм, а шероховатость отливок из аустенитных сталей и стеллитов 1—2 мкм.
При назначении режимов дробеструйной обработки нужно учитывать исходную шероховатость отливок, уровень качества дроби (к примеру, металлической сечки либо небольшой круглой дроби) и производительность дробеметного оборудования.
Дабы при дробеструйной обработке была удовлетворительная и производительная работа, нужно иметь в распоряжении соответствующее производительное дробеметное оборудование (в ЧССР оно не изготовляется).
Из зарубежных моделей самый пригоден барабанный дробе-метный аппарат типа WsO производства компании Georg Fischer. Данный дробеметный аппарат с малым размером территории действия дроби (ширина барабана около 400 мм) снабжен весьма действенным метательным колесом. Если сравнивать с дробеструйными аппаратами барабан данной компании имеет намного большую производительность.
При обработке отливок потоком дроби в барабане возможность повреждения их незначительна, поскольку в барабан облицован резиновым материалом.
Другие методы очистки правильных металлических отливок. В соответствии с литературным источникам для выщелачивания в расплаве едкого натра возможно применять постоянный электрический ток. Компании Kolene Corporation (Детройт, США), Degussa (ФРГ) изготовляют устройства для электрической очистки отливок от пригара формовочной смеси. Метод именуется Kolene — процесс по заглавию компании, создавшей эту разработку.
Ванна складывается из расплава едкого натра (рабочая температура 450° С) с присадками фторида натрия, буры и хлористого натрия, каковые содействуют ускорению окислов металлов и растворения кремнезёма.
Напряжение на электродах 6—8 В, ток попеременно изменяется: отливка поочередно делается то анодом, то катодом, благодаря чему очистка существенно ускоряется. В определенных случаях данный метод не только нужен, но и экономически удачен.
Фир ма Detrex Corporation использует для очистки отливок ультразвук. Устройства складываются из генератора с осциллятором и нужными регулировочными и защитными механизмами. Отливки сперва непродолжительно выщелачивают в кипящем растворе едкого натра, быть может, и с применением электрического тока, а после этого погружают в бак с водой, где находится источник ультразвука.
Размягченная керамика на отливках под дей ствием ультразвука разрыхляется. Окончательную очистку создают в щелочной ванне. Данный процесс сверхсложный, устройства с позиций капитальных вложений весьма дорогие.
Уже пара лет испытывается метод очистки правильных отливок искровым разрядом большого напряжения. К двум электродам, загружённым в воду, подводят электрический постоянный ток. Ударная волна, появляющаяся при электрическом разряде, повышает давление в ванне до нескольких сотен мегапаскалей. Мощность электрического разряда зависит от величины источника тока.
Данный метод гигиеничен, недорог, но его недочётом есть шум, появляющийся в момент разряда. Необходимое условие при применении этого метода — тщательная изоляция всего устройства в звуконепроницаемой кабине. Помимо этого, нужна действенная защита для безопасности персоналаот большого напряжения.
Очистка отливок из цветных сплавов. Остатки керамических форм на отливках из цветных сплавов удается устранить фактически струйным методом дробью из известняка, циркона либо дробью из пластмасс или других мягких веществ при низком давлении воздуха. На отливках из цветных металлов керамика удерживается не так прочно, как на стали.
Удалить керамику с отливок из алюминиевых сплавов нетрудно, поскольку их заливают в холодные формы (около 100 °С) и керамику как правило удаляют вручную.
Поверхностная отделка правильных отливок по окончании термообработки. Как указано в главе о термообработке, правильные отливки стараются обрабатывать по таковой технологии, которая снабжает мельчайшее повреждение поверхности отливок. Потому, что отливки подвергают термообработке в ванне, на воздухе либо в засыпке, то их поверхность окисляется и исходя из этого должна быть очищена.
самые экономичным есть метод очистки в ваннах с минеральными кислотами. Так как при травлении в кислотах отливки не всегда имеют хороший товарный вид, довольно часто отдают предпочтение узкой струйной обработке либо оба метода совмещают. Методы травления в ваннах достаточно обрисованы в особой литературе.
