Способы очистки отливок по выплавляемым моделям подразделяют на механические и химико-термические. Кроме того, известны комбинированные способы, например галтовка отливок в кипящем щелочном растворе. Использование какого-либо одного способа очистки для всей номенклатуры отливок, как правило, нерационально, а иногда и практически невозможно. Поэтому для окончательной очистки следует применять поочередную, ступенчатую очистку, например щелочение и дробеструйную обработку. К механическим способам относят очистку дробью, металлическим песком, гидроабразивную в галтовочных барабанах.
Для некоторых отливок простой конфигурации применение механического способа может быть достаточным для полной очистки их. Учитывая высокую трудоемкость, длительность и повышенную стоимость химических способов очистки, можно рекомендовать проводить предварительную механическую очистку перед химической. В этом случае трудоемкость химической очистки резко снижается.
Очистка металлическим песком или дробью в дробеметных или дробеструйных установках рациональна при условии применения дроби размером не более 0,3 мм. Очистка крупной дробью ухудшает поверхность отливок. Обычно очищают отливки, отделенные от литниковой системы, в установках периодического или непрерывного действия.
На рис. 8.4, а показана полуавтоматическая дробеструйно-галтовочная установка. Отливки очищают во вращающемся барабане 4, облицованном резиной. В нижнем бункере 1 находится дробь, которая сжатым воздухом по шлангам попадает в два пистолета 3, направляющих струю дроби на очищаемые отливки. При вращении барабана через отверстия в нем дробь вновь попадает в бункер через металлическую сетку 2. В верхней части установки смонтирована система, вытяжной вентиляции 5. В барабан загружают до 30 кг отливок и очищают их за 10—20 мин при вращении барабана с частотой.
4 об/мин.
Рис. 8.4. Схемы дробеструйных установок.
.
В камере мод. 44612 СКВ завода «Амурлитмаш» (г. Комсомольск-на-Амуре) (рис. 8.4, б) можно очищать отливки обдувкой-металлическим песком во вращающемся колоколе 8 или при необхо-димости сохранения острых кромок на неподвижной решетке внутри камеры. Детали загружают вручную через герметично закрываемое’ окно 7. Рабочая зона камеры освещается двумя светильниками, уста-новленными на потолке камеры. Для включения и отключения пистолета служит педаль 6.
Способ гидроабразивной очистки значительно лучше, чем способ очистки сухими абразивами, так как при его применении не образуется пыль. Однако из-за более сложной конструкции гидроабразивных установок и менее стабильной работы их этот способ применяют реже.
По принципу подачи гидроабразивной смеси (пульпы) на очищае-; мые отливки установки подразделяют на три тила: с эжектированием пульпы, с выдавливанием ее из сосудов сжатым воздухом и применением струйного аппарата, с подачей пульпы насосами к струйному аппарату и последующим ускорением ее сжатым воздухом.
Для установок первого типа используют сильно разбавленную пульпу с содержанием до 30 % твердой составляющей. При увеличении последней работа нарушается из-за образования в шлангах абразивных пробок.
В установках, выполненных по первым двум принципам, нельзя использовать пульпу с концентрацией абразивного материала более.
25 % (по объему), в то время как увеличение концентрации его до 50 % значительно повышает производительность очистки. Кроме того, на этих установках приходится использовать абразивный материал постоянной концентрации, которым заряжен расходный бункер.
Иногда же в процессе очистки концентрацию абразивного материала в пульпе требуется изменять, например, при попеременной очистке отливок из твердых сплавов и из мягких цветных сплавов. В этом случае приходится выкачивать жидкость и заменять ее новой или же подбирать необходимую концентрацию.
Такие недостатки устранены на установках, в которых использован принцип подачи пульпы к струйному аппарату насосами с последующим ускорением ее сжатым воздухом.
В качестве абразивного материала в отечественной промышленности чаще всего используют обычный кварцевый песок. В зарубежной практике применяют для очистки корунд, карбид кремния; из металлических очистных материалов — мелкую рубленую проволоку, чугунную дробь с сорбитообразной структурой после специальной термической обработки. На заводе «CHOINDEZ» (Швейцария) применяют абразивный материал Wikorun, получаемый из доменных шлаков с добавкой в них перед гранулированием специальных компонентов, повышающих износостойкость гранул.
После гидроабразивной очистки во избежание коррозии отливки промывают и сушат сжатым воздухом. В качестве промывочных средств используют 2%-ный раствор кальцинированной соды или 5—10 %-ный нитрит натрия. Раствор должен быть подогрет до 60— 95 °С для улучшения качества промывки и ускорения высушивания отливок.
Хнмико-термические способы очистки получили распространение в связи с тем, что очистка механическими способами в большинстве случаев не обеспечивает надежного удаления оболочки из полостей и отверстий отливок. Химико-термическую очистку в горячих растворах или расплавах щелочей и солей часто совмещают с механическими способами (щелочение в галтовочных барабанах). При очистке в растворах щелочей следует ориентироваться на раствор едкого кали (КОН), так как время щелочения в таком растворе значительно меньше, чем в растворе едкого натра.
В процессе очистки отливок-в растворе протекают две основные реакции
Скорость образования K
Si0
намного превышает скорость образования КгС0
. При интенсивном перемешивании кипящего 50 %-ного раствора щелочи, в котором постоянно присутствует кремнезем оболочки, жидкого стекла образуется примерно в 5 раз больше, чем КгС0
. Уменьшение в растворе свободной щелочи компенсируется увеличением жидкого стекла, так что общая щелочность раствора остается примерно одинаковой. Следовательно, определение
Рис.8.6. Параметры процесса очистки отливок от остатков оболочки в растворах КОН.
общей щелочности раствора в данном случае не является показателем, на основании которого можно судить о качестве очищающего действия раствора.
Увеличение в растворе жидкого стекла и К
С0
замедляет процесс очистки. При одном и том же содержании общей щелочи время очистки будет различно. Например, при работе с растворами, содержащим^ 50 % свободной щелочи без жидкого стекла, продолжительность выщелачивания составляет 1 ч (точка Б, рис. 8.5), в то время как раствор, содержащий 13 % КОН и 51 % K
Si0
, очищает те же отливки за 2 ч (точка А). Содержание общей щелочи в обоих случаях спставляет 50 %.
Основным фактором, определяющим скорость очистки отливок, является содержание свободной щелочи. В процессе работы содержание свободной щелочи падает и возрастает количество жидкого стекла. Испарение воды в ванне приводит к увеличению процентного.
еодержания общей щелочи, свободной щелочи и жидкого стекла. Пополнение раствора водой до прежнего объема приводит к первоначальной общей щелочности раствора. Унос раствора с извлекаемыми из ванны отливками и пополнение водой приводит к уменьшению общей и свободной щелочи и жидкого стекла, а при доливке ванны щелочным раствором содержание общей и свободной щелочи увеличивается, жидкого стекла уменьшается.
Оптимальная концентрация КОН 45—55 %. Дальнейшее увеличение концентрации сокращает цикл очистки, но такой раствор неудобен из-за его кристаллизации при понижении температуры.
Все рассмотренное выше по очистке отливок щелочью относится к кипящим растворам. При кипении происходит интенсивное омыва-ние отливок раствором и время очистки сокращается. Достаточно сказать, что 30 %-ный кипящий раствор щелочи эффективнее очищает отливки, чем 50 %-ный раствор при той же температуре. Однако температура кипения раствора не может служить параметром, определяющим работоспособность ванны, так как температура кипения раствора с различной свободной щелочью одинакова при соответствующем содержании пассивного жидкого стекла (см. рис. 8.5).
Теоретически расход щелочи, вычисленный по реакции
составляет 1,87 кг на 1 кг оболочки. Практически расход КОН составляет 1,3—1,4 кг на 1 кг оболочки, так как при щелочении часть оболочки отваливается от очищаемых отливок и оседает на дно, где реакция между КОН и Si0
протекает медленно вследствие малого притока свежего раствора. Аналогичное явление происходит и на отливках, поверхность которых скрыта от раствора КОН образовавшимся жидким стеклом. Интенсивное перемешивание раствора или перемещение отливок в растворе заметно ускоряет процесс очистки.
Операцию выщелачивания отливок из-за ее вредности следует максимально механизировать. Полностью механизированные установки бывают двух типов: конвейерные и — наиболее часто применяемые — барабанные. На установке, используемой на ПО ЗИЛ отливки загружают в 35 корзин подвесного конвейера. Во время движения в ванне с 50 %-ным раствором КОН корзины вращаются, совершая 23 об/мин, что ускоряет процесс очистки. На выходе из ванны корзины с отливками промываются горячей водой. Производительность установки 200—450 кг/ч.
Значительно интенсифицируется очистка во вращающихся барабанах (мод. 695). Барабан разделен на два отсека. В первый отсек наливают 30—40 %-ный раствор щелочи, во второй — воду. Содержимое барабана подогревают газовыми горелками. Медленно вращаясь, барабан винтовыми спиралями перемещает отливки вдоль оси от места их загрузки к перегрузочному устройству, перебрасывающему их во второй промывочный отсек вместе со шламом. Из промывочного отсека отливки и шлам разгрузочным устройством выбрасываются в перфорированную приставку, в которой шлам смы-
Рис. 8.6. Съемный очистной барабаи.
вается с отливок. Производительность установки 300—350 кг отливок в час.
В цехах с меньшей производительностью используют барабаны периодического действия (рис. 8.6). Барабан обслуживается краном-балкой. Внутри теплоизолированного кожуха 2 установлена ванна 3 с раствором КОН. На раме 4 смонтированы разъемные подшипники, в которых вращается перфорированный барабан 5. Ванну подогревают газовыми горелками 1. В барабан через секторное окно 7 загружают 300—450 кг отливок и устанавливают в ванну, где он вращается с частотой 10—12 об/мин. Ванна оборудована бортовым отсосом 6. После очистки барабан с отливками погружают в ванну с горячей водой для промывки. Скорость очистки значительно возрастает при загрузке в барабан вместе с отливками металлической дроби.
В таких барабанх отливки разных наименований перемешиваются, что требует последующей разборки, а также забиваются острые кромки отливок. Для исключения этих недостатков применяют барабан мод. 6Б95 (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Автомат выщелачивания керамики мод. 6Б95.
Отливки из бункера 1 по рукаву попадают в барабан 2, заполненный кипящим щелочным раствором. Раствор подогревают газовыми горелками 8. Барабан разделен на шесть секций, в которых можно очищать отдельные партии отливок, не смешивая их. Барабан с помощью электродвигателя 7 поворачивается в обе стороны на 270°. После определенного времени выщелачивания, определяемого особенностями технологического процесса, барабан поворачивается на 360° и отливки передаются в следующие секции. Отливки из последней (крайней правой) секции перегружают по лотку 4 в секцию, в которую по трубе 5 подведена горячая вода для промывки. В следующих двух правых крайних секциях отливки промывают холодной водой и по лотку 6 подают в тару. Вместе с отливками из секции в секцию передается шлам, который попадает в барабан 3, загруженный шарами, которые измельчают шлам, не давая ему превратиться в монолитную массу. В каждую секцию загружают ~80 кг отливок.
При использовании в качестве рабочей среды 100 %-ной щелочи, т. е. расплава ее с температурой 500 °С, время выщелачивания сокращается до нескольких минут.
Отливки выщелачивают в тигельных печах с электрообогревом или же в ваннах типа закалочных бачков с солевыми расплавами.
Для безопасной работы с расплавленной щелочью количество оболочки, одновременно вносимой в ванну с отливками, не должно превышать 2 % массы расплава. В противном случае образующаяся в большом количестве при очистке вода интенсивно превращается в пар, что вызывает бурное пенообразование, в результате возможно переливание содержимого ванны через край.
Обработка отливок в расплавленной щелочи позволяет удалять с них не только остатки оболочки, но и окалину. При высокотемпературном выщелачивании отливки корродируют и покрываются рыжеватыми, пятнами ржавчины. Иногда налет ржавчины сплошь покрывает всю поверхность отливки, что объясняется высокой активностью воды, выделяемой в процессе щелочения отливок. Для у луч- шения поверхности отливок и предупреждения коррозии в щелочь добавляют 2—4 % желтой кровяной соли.
Расход щелочи при высокотемпературной очистке достигает 170 кг на 1 т годного. Очистку в расплавленной щелочи можно совместить с термообработкой .отливок, для чего расплав нагревают до 800—900 °С. Однако следует учитывать, что при этом щелочь активно испаряется.
Алтайским научно-исследовательским институтом технологии машиностроения (АНИТИМ, г. Барнаул) разработан процесс очистки отливок в расплавах солей, используемый на Алтайском моторном заводе. На автоматической линии (рис. 8.8) процесс очистки совмещен с термообработкой в расплаве кальцинированной соды с 15 % КС1 и 3 % NaF. При температуре выше 900
С сода энергично растворяет оболочку с выделением углекислого газа
Рис. 8.8. Линия очистки и термообработки отливок в расплавах солей.
.
Корзины 2 на подвесках загружают отливками дозатором 1 и перемещают конвейером 3 с приводной станцией 10 в печь подогрева.
4. Нагретые до 200—250 °С отливки поступают в печь 6 с расплавленной содой. Расплав (около 2 т) нагревается электродами, которые соединены с понижающими трансформаторами 5. Продолжительность очистки можно регулировать в пределах 11—45 мин. Для предупреждения обезуглероживания в расплав вводят 0,1—0,3 % древесного угля. Очищенные отливки переносят в печь — ванну 8 изотермической обработки при 650—680 °С в эвтектическом расплаве солей Nа
С0
и КС1. В ванне установлены механические мешалки — активаторы для выравнивания температуры. В камере 9 отливки охлаждаются и предварительно отмываются потоком проточной воды. Завершают технологический процесс в трех барабанах: барабане-накопителе 11, барабане 12 для осветления отливок в ингибированной 15—20 %-ной соляной кислоте и барабане 13 с горячей (80—90
С) водой. Все четыре ванны 4, 6, 8 и 9 установлены на рельсах 15. Для ремонта их выкатывают из-под кожуха линии. Под ваннами 6 и 8 находятся приямки 14 с емкостями для периодического слива отработанного состава и аварийного слива расплава. Корзины переносят из ванны в ванну с помощью перекидных устройств 7.
Производительность линии 400—800 кг/ч. Расход соли на 1 т отливок 100 кг.
Высокая химическая стойкость алюмосиликатов (муллит, шамот) не позволяет использовать растворы и расплавы щелочей для очистки отливок от оболочки из этих материалов. В НИИТАвтопроме разработаны специальные составы, в которых растворяются алюмосиликаты. Полная и быстрая очистка происходит в расплаве соды и буры. При оплавлении буры с содой последняя разлагается с выделением углекислого газа Na
C0
-> Na
0 + С0
. Газ растворяется бурой и вытесняет избыток борного ангидрида В
0
, который вступает в реакцию с А1
0
оболочки
Одновременно сода реагирует с Si0
оболочки с образованием Na
Si0
, которая образует с борным ангидридом комплексные боро-силикаты.
Минимальное содержание буры в расплаве 15 %, оптимальное 28—32 %. Время очистки отливок 5 мин при температуре расплава 950—970 °С и содержании буры 30 %. По мере насыщения расплава продуктами разрушения шамота продолжительность очистки увеличивается.
Продукты реакции не смываются с отливок водой, поэтому для их удаления используют второй расплав, состоящий из 50 % соды и 50 % хлористого калия. В этом составе при 650—670 °С отливки полностью очищают, а затем промывают горячей проточной водой. Такая технология обеспечивает одновременную очистку и термообработку отливок.
По пат. 610494 (США) сплавы на никелевой и кобальтовой основах очищают от цирконовой и алюмосиликатной оболочки в 48—70 %-ной плавиковой кислоте за 1—2 ч. Для удаления окислов с отливки используют раствор из 2 об. ч. 42 %-ной HN0
; 2 об. ч. 48—70 %-ной HF; 0,02 36 %-ной НС1 и 1 об. ч. Н
0 с последующей промывкой водой.