Фурановые смолы в литейном производстве

ХТС — это технология создания литейных форм и стержней на основе кварцевого песка и связующего: синтетических смол и катализаторов. В отличие от традиционного метода литья, например, в песчано-глинистые формы, в методе ХТС для получения прочной формы не нужно сильное уплотнение. В отличие от применяемых ранее песчано-смоляных современные формы со смолой и катализатором приобретают достаточную прочность просто на воздухе. Не требуется нагрев или их сушка.

Прочность и твёрдость формы достигается за счёт затвердения смеси на воздухе и происходит это буквально за 10 – 20 минут.

В результате этих двух факторов:
- отсутствие громоздкого оборудования для силового уплотнения
- отсутствие дополнительных печей для нагрева форм

Метод ХТС пользуется большой популярностью у производственников. Кроме того, основное преимущество ХТС – это возможность получения отливок высокого качества и точности. Например, если литьём в песчано-глинистые формы можно получить отливки 12 класса точности, то ХТС – позволяет повысить точность до 8 класса.

Преимущества ХТС

1. Высокая точность отливок — ХТС позволяет создавать формы для тонкостенного литья сложной геометрической формы. Это происходит благодаря высокой текучести смеси до затвердевания и точному копированию поверхности модели.

2. Высокая прочность — за счёт применения химических катализаторов форма твердеет на воздухе за несколько минут, ускоряя цикл производства и позволяя получить точное крупное литьё.

3. Энергоэффективность — процесс получения форм не требует применения мощного энергоёмкого оборудования с высокими температурами или мощными фундаментами, что снижает потребление энергии и расходы на производство.

4. Гибкость применения — технология подходит для отливки различных типов металлов: чугуна, стали, цветных металлов и сплавов.

5. Экономичность и экологичность — регенерация использованных формовочных смесей снижает затраты на сырьё и уменьшает количество отходов.

Какие отливки можно получать с помощью ХТС

Технология ХТС используется для производства сложных и высокоточных отливок. Она применяется в следующих областях:

• Машиностроение — производство корпусов, блоков цилиндров, деталей трансмиссий и других компонентов с высокой точностью.

• Авиационная и оборонная промышленность — отливки сложной геометрии, требующие высокой прочности и термостойкости.

• Энергетика — элементы турбин, насосов, клапанов, трубопроводной арматуры.

• Судостроение — крупногабаритные отливки, требующие повышенной коррозионной стойкости и механической прочности.

• Промышленное оборудование — детали для прессов, станков, двигателей и других механизмов, где критичны точность и надёжность.

• Железнодорожное литьё – ответственные и востребованные сейчас крупные детали для ходовой части вагонов – рамы и балки.

ХТС позволяет производить как мелкие партии, так и крупные объёмы продукции, мелкое литьё и крупногабаритные ответственные отливки.

Виды связующих смол, применяемых в ХТС для получения форм

В технологии холодно-твердеющих смесей (ХТС) основным связующим компонентом являются синтетические смолы. От их состава зависит качество формы, прочность отливок и технологические характеристики процесса. В литейном производстве используются несколько типов смол, каждая из которых имеет свои особенности и преимущества для различных типов отливок.

1. Щелочные фенольные смолы применяются для Альфа-сет-процесса и отверждаются сложным эфиром. В их составе нет фосфорных и серных соединений, что положительно сказывается на качестве стальных отливок.

2. Смолы на полиуретановой основе используются в Пеп-сет-процессе. Работа с ними отличается хорошей управляемостью – легко получить форму нужного качества.

3. Фурановые смолы – связующие на основе фенолформальдегидных, карбамидоформальдегидных полимеров и фурфурилового спирта, используются в так называемом фуран-процессе ХТС. Для отверждения применяются кислоты. ХТС на фурановых смолах отличается высокой возможностью регенерации песка.

Виды фурановых смол, применяемых в ХТС

Получение форм методом ХТС на основе фурановых смол – самый распространённый вариант технологии ХТС в литейном производстве.

Их свойство твердеть на воздухе в присутствии катализаторов как раз и используется для получения ХТС-форм. Фурановые смолы относятся к термореактивным веществам, которые при затвердевании превращаются в твёрдый и неплавкий полимер с трёхмерной сетчатой структурой. Таким образом, при добавлении в смесь свежего песка и регенерата фурановой смолы с отвердителем, получается формовочная смесь и прочная литейная форма для стального и чугунного литья.

Фурановые смолы могут содержать от 45 до 95 % основного действующего вещества – фурфурилового спирта. Обычное содержание, подходящее для использования смол в литейном производстве – это 55 – 75 % фурфурила.

Кроме фурана, в составе смолы могут быть и другие вещества, тогда смола называется, соответственно, феноло-фурановая, карбамидо-фурановая.

Содержание азота в фурановой смоле контролируется от 0 до 8 %.

Скорость отверждения формы можно регулировать. Это достигается применением различных видов кислот – катализаторов. В качестве отвердителей для фурана используются органические и неорганические сульфокислоты.

Особенности регенерации фурановых смесей ХТС

Регенерация фурановых смесей — важный процесс, позволяющий снизить затраты на производство и минимизировать отходы. Ведь значительная часть формовочной смеси ХТС может быть использована повторно после регенерации. Это не только экономически выгодно, но и экологически оправдано.

Однако при регенерации фурановых смесей есть следующие нюансы.

1. Механическая очистка смесей не достаточна для полного удаления из отработанной смеси образовавшихся вредных примесей.

2. В частности, в регенерате присутствует повышенное содержание углерода. Это недопустимо при использовании форм ХТС для получения стальных отливок.

3. Для окончательного удаления органики, оставшейся после механической регенерации, смесь необходимо подвергнуть термическому обжигу. В результате термической регенерации выгорают остатки смол и катализатора.

4. Оценить качество регенерата можно по цвету: после механической регенерации он чёрный, после термической, в результате окончательного удаления коксовых остатков – светло-серый.

5. Однако не стоит надеяться только на визуальное впечатление, гораздо надёжнее контролировать в лаборатории показатель потерь при прокаливании (ППП).

Основное оборудование для ХТС

Для смешивания фурановых и других смесей ХТС применяются специализированные смесители. Они обеспечивают равномерное распределение компонентов, предотвращают преждевременное затвердевание и способствуют получению качественной формовочной смеси.

Типы смесителей:

• Непрерывного действия — используют для крупных производств, где необходима высокая производительность. Эти смесители работают без остановки, подавая готовую смесь в нужных объёмах.

• Периодического действия — применяются для малых и средних партий отливок. Смесь замешивается в определённых объёмах с точной дозировкой, что позволяет контролировать процесс более гибко.

Для точного дозирования смол и отвердителей применяются автоматические дозаторы. Для уплотнения готовой смеси ХТС в форме используется вибростол, на котором идёт заполнение опоки смесью, уплотнение вибрацией и подача опоки на позицию затвердевания. В современном оборудовании сила и время вибрации регулируется, и все эти этапы автоматизируются в соответствии с технологическими требованиями.

Кроме перечисленных основного оборудования, в технологии литья ХТС необходимы: манипуляторы, тележки, кантователи, выбивные решётки, сепараторы, пылеуловители и т.п.

Разобраться в том, какое оборудование необходимо для решения ваших задач, выбрать процесс ХТС, подобрать материалы и необходимые реагенты, оснастить лабораторию – вам помогут специалисты СЛТ. К нам также можно обратиться для разработки проекта цеха или завода по интересующей технологии.