Ливење у песку

Ливење у песку је један од поступака у технологији ливења при коме се израђују калупи за ливење чији је саставни део и песак. Ови калупи су за једнократну употребу и израђују се од мешавине песка, везива и додатака. Најчешће се употребљава мешавина кварцног песка и глине. При томе се додаје и вода како би се добила жељена својства која омогућавају обликовање, али и задржавање облика. Ливење у песку по моделу је један од најстаријих поступака, који се највише примењује код одливака сложених конструкција произведених у малим серијама. Међутим, квалитет одливака је слабији у односу на друге технолошке поступке, због мале брзине кристализације. Зато се користи за ливено гвожђе и ћелични лив, али не и за обојене и лаке метале.

Процес ливења гвожђа у калуп од песка

Песак

За израду калупа користе се следеће врсте песка:

• Кварцни песак (SiO₂) се користи најчешће као основна сировина за израду калупа за калуповање сивог лива, темпер лива, нодуларног лива, а и за ливење челика, обојених и лаких метала. Температура топљења износи 1720°Ц.
• Оливински песак је магнезијум-гвожђе-ортосиликат и састоји се од форстерита (Mg₂SiO₄) и фајалита (Fe₂SiO₄). Користи се за калупе за ливење сивог лива. Температура топљења је висока; 1865°Ц.
• Хромитни песак, односно хромит (Cr₂O₃) је веома квалитетан и у неким ливницама служи као замена за кварцни песак. Температура топљења је 1900°Ц.
• Цирконски песак је оксид цирконијума и силицијума (ZrSiO₄), који има врло високу ватросталност са температуром топљења која износи од 2200 - 2600°Ц. Употреблајва се за израду мањих језгара које су дуже време у додиру са растопљеним металом. Веома се употребљава и као цинконски премаз.

Важне особине песка који се користи су величина, површина и облик зрна, као и отпорност према високим температурама. Такође, важно је и у ком проценту садржи штетне састојке. С обзиром да са величином зрна расте пропустљивост за гасове и постојаност на високим температурама, пречник зрна не сме бити већи од 0,75 mm. Зато се врши подела врста песка према величини зрна и бира се онај песак који је најпогоднији. То подразумева и да је највећи број зрна у песку једнаке величине, пошто неравномерност у величини зрна смањује пропустљивост гасова.

Глине

Глина међусобно везује зрнца песка и даје калупној мешавини чврстоћу и пластичност. Врсте глина које се употребљавају у ливницама као везиво су ватросталне глине и бентонити. Прве се употребљавају за израду сушених калупа због веће ватросталности. Бентонити су пластичне глине настале распадањем вулканског пепела и састоје се од минерала монтморилонита (Ал₂О₃ • 4СиО₂ • Х₂О • нХ₂О). Бентонитне глине дају већу чврстоћу од каолинитних глина и користе се за израду сирове (несушене) калупне мешавине.

Припрема калупне мешавине

Основне особине калупне мешавине су:
Калупљивост је особина калупне мешавине (песка) да се уопште може обликовати и да свој облик сачува. Расте са порастом количине глине и смањењем зрна песка.
Чврстоћа је особина песка да се супротставља деформацијама због статичких и динамичких притисака при ливењу. На чврстоћу песка утичу врста и количина глине, величина и облик зрна, садржај влаге, начин припреме и степен сабијености калупа.
Пропустљивост је способност песка да пропушта гасове. Пропустљивост се повећава уколико су зрна равномерно распоређена и да буду истих величина, али се смањује ако се садржај повећава.
Термостабилност је особина калупне мешавине да на вишим температурама не дође до синтезовања (слепљивања) и да се око одливка не ствара тврда кора од песка. Термостабилност зависи од минеролошког, односно од хемијског састава песка.

За израду калупа се користе различите врсте калупних мешавина, али су најважнији тзв. нови песак, што је заправо неупотребљив песак који не садржи додатке и примесе и стари калупни песак који се добија истресањем калупа. Према начину примене разликују се моделни, допунски и јединствени калупни песак. За једну тону одливка потребно је од 2 до 10 тона песка.

Према начину израде и врсте калупа разликују се следеће калупне мешавине:

• мешавина за израду сирових калупа,
• мешавина за израду сувих калупа,
• мешавине за израду језгара.

Мешавине за израду сирових калупа

Сирови калупи се израђују непосредно пре ливења. Предности су им да одливци имају глатку и чисту површину, ливење је економичније јер нису потребне пећи за сушење калупа, а штеди се и на простору за одлагање калупа, јер се ливење врши одмах након калуповања. Такође, калупи се лакше истресају, брже се хладе. Сирови калупи се примењују за ливење свих материјала при ливењу на аутоматским линијама. Мешавина песка и бентонита се подешава према захтевима производње.

Мешавине за израду сувих калупа

Суви калупи се пре ливења суше у пећима на температури која зависи од врсте лива. Иначе се користе за ливење великих и тешких одливака. Као мешавина се користи она која има већу термостабилност; кварцни песак са додатком каолитне глине.

Мешавина за израду језгара

Језгра су више него калуп изложена деловању растопљеног метала и високим температурама, па зато морају да буду чвршћа, пропустљива за гасове, термостабилна и да пружају могућност истресања из одлива након очвршћавања. Ове особине се постижу употребом грубозрнастог песка без глине, са тим да чврстоћу језгрима дају одређена прикладна везива, која могу бити органска и неорганска. Органска везива могу бити растворљива (везива биљног порекла на пр.) и нерастворљива (вештачке смоле и меласа на пр.) у води. Додатком ових везива песак очврсне због процеса полимеризације или поликондензације. Најважније поликондезацијске смоле (из којих се при очвршћавању излучује вода) су фуранске и формалдехидне смоле. Честа неорганска везива су водено стакло и цемент. Избор везива је прилагођен сложености и величини језгара, а додаје се у количини 3-5%.

Припрема ливарског песка

Припрема ливарског песка се састоји у растресању старог и новог песка, чишћењу и мешању са додацима да би се добила жељена мешавина. Потребно је сушење песка, јер се у влажном песку стварају грудве чиме је отежана хомогенизација смеше, али и тачно одмеравање влаге. Оно се изводи у ротационим пећима под нагибом или у вертикалним пећима. Након сушења, песак се просејава разним вибрационим ситима, а онда се врши истресање калупа, дробљење и сепарација песка. Одливци се ваде на решеткама за истресање из калупа, које вибрирају, па се калуп распадне и песак пропада кроз решетку. Отвори решетке су величине 40 - 80 mm. Одливак се даље транспортује на чишћење. Преостали метални комади у песку се из њега ваде и тако одстрањују магнетима у магнетним сепараторима. Стари песак се пребацује у дробилице које разбијају грудве песка ваљцима. Сама организација припреме песка може бити индивидуална, полумеханизована и аутоматизована. За разлику од механичке, где су све радње аутоматизоване, код полумеханизоване утовар и транспорт је ручни.

Контрола калупне мешавине

Контрола може бити:

• Погонска контрола на сваких 1 - 2 сата, при којој се одређује удео влаге, пропустљивости итд. Она се врши преносним инструментима.
• Дневна контрола, при којој се одређује удео активног или неактивног бентонита, пХ вредност итд. Она се одвија у централној лабораторији.
• Контрола сваких 15 дана при којој се проверава цео процес припреме мешавине мерењем количинских удела разних састојака у мешавини и брзина пропустљивости повратне мешавине. Она се врши у самом погону.

Додаци и премази

Лоша површина одливка може да се добије уколико између калупа и растопљеног метала долази до међусобне реакције или метал обавија зрнца песка. Да би се то спречило, употребљавају се средства за површинску заштиту калупа као посипи, додаци или премази. У ту сврху се радне површине сирових калупа посипају прахом дрвеног или каменог угља или графитом. Премази се најешће израђују од графитног праха и алкохола или од цирконског праха и ацетона. У новије време купују се готови премази у облику пасте, који се пре употребе разблажују са водом или неким другим средством.

Израда пешчаних калупа и језгара

Израда пешчаних калупа може бити ручна или машинска. Постоји више поступака за добијање језгара као што су поступак цолд боx, поступак хот боx, поступак са сумпор- и угљен-диоксидом итд.

Литература

Анић, З. 2003. Технологија ливења (скрипта). Виша техничка школа. Суботица.