Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
а2= Ьу . (5.18)
В этом и состоит арочный эффект в узких сечениях формы из песка. Уравнение (5.17) известно как уравнение Янсена, полученное им в 1895 г. для расчета нагрузок на подземные сооружения, однако в уравнении Янсена ф является внутренним коэффициентом трения грунта (песка), а в данном случае это коэффициент трения материала формы о стенки опоки.
Для подтверждения теоретического анализа сил, действующих в форме при ЛГМ, были проведены специальные исследования на стенде, имитирующем ЛГМ-процесс в форме из сухого кварцевого песка (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Стенд для моделирования процесса литья по газифицируемым моделям в форме из кварцевого песка
На жестком основании смонтирован контейнер, передняя стенка которого выполнена из оргстекла. Боковые стенки 4 съемные и могут устанавливаться от модели 2 на различном расстоянии. Кроме этого, стенки 4 и 1 могут быть как газопроницаемыми, так и газонепроницаемыми. Полый выступ 3 имел перфорированный верх. Через трубопровод 7 в полость 3 подавали газ С02, который имел вязкость, близкую к вязкости газа термодеструкции модели из пенополистирола. Газ С02 через отверстия поступал в зазор между моделью 2 и выступом 3, который имитировал металл. Водяным манометром б измеряли давление в зазоре, а манометром 5 — давление в стенках формы на различных расстояниях от зазора. Высота формы изменялась в экспериментах от 300 до 375 мм.
209
208
Песок в контейнере уплотняли вибрацией, плотность песка определяли делением объема контейнера на массу песка в нем. В полость выступа 3 подавался газ под давлением 0,05 МПа, и затем модель выдвигалась для образования зазора 10-20 мм. В зазоре устанавливали определенное давление, которое удерживало песчаную стенку в равновесии (без обрушения). В дальнейшем при одних и тех же зазоре и давлении проводили два эксперимента. Сначала давление в зазоре уменьшали до величины, при которой происходило разрушение одной из стенок формы. Это означало, что давление со стороны формы было больше, чем силы фильтрации газового потока. Затем при равновесии системы давление в зазоре повышали до тех пор, пока не происходило повторное разрушение стенки формы. В этом случае фильтрационные силы газового потока превосходили давление со стороны формы. Таким образом определяли минимально допустимое Ртт и максимально допустимое Ртах давления, при которых сохранялось равновесие системы форма—зазор. На рис. 5.6 показано распределение давления по сечению формы при газонепроницаемых стенках контейнера и давлении в зазоре Ртт (кривая 1) и Ртах (кривая 2).
& 350 г
0 40 80 120 160
мм
Рис. 5.6. Распределение давления газа по сечению формы при газонепроницаемых стенках опоки
210
На рис. 5.7 представлены диаграммы распределения давления в сечении формы, проходящей через зазор в двух измерениях, при газопроницаемых и газонепроницаемых стенках контейнера, где видно, что во втором случае в углах модели образуются зоны повышенного давления; это должно привести к более быстрому разрушению песчаной стенки формы в районе зазора. Сравнение теоретических расчетов и полученных экспериментальных данных о влиянии фильтрационных сил газового потока на равновесие в системе форма—зазор 8 показало их полное совпадение.
б
Рис. 5.7. Диаграммы распределения давления газа в форме в плоскости зазора 8 при стенках опоки а) газопроницаемых; б) газонепроницаемых
20 50 100 148 -> мм
211
Исследование термодеструкции модели (табл. 3.3) показало, что при температуре заливаемого металла 700 °С выделяется более 85 % жидких продуктов, значительная часть которых нелетуча при температуре формы и конденсируется в ее холодных слоях. Следовательно, возможно, что при литье алюминиевых сплавов эта фракция сконденсируется в песке на границе металл—форма и будет препятствовать обрушению формы в процессе продвижения фронта взаимодействия модели с металлом; в дальнейшем под действием температуры металла она может испаряться, деструги-ровать на паро- и газообразные составляющие и частично конденсироваться в более глубоких слоях формы. Для проверки предполагаемого механизма упрочнения формы были проведены специальные исследования [21]. На рис. 5.8 представлена схема проведения эксперимента при заливке формы алюминиевым сплавом с температурой 750 °С.
к ЭВМ
Рис. 5.8. Схема определения слоя конденсации при заливке алюминиевого сплава: 1 — опока; 2 — песок; 3 — модель из пенополистирола; 4 — литниковая чаша; 5 — стопорная пробка; б — стеклянная трубка; 7 — электрический контакт
212
Форма заливалась алюминиевым сплавом через чашу 4 из-под пробки 5. Трубка 6 перекрывалась с обеих сторон металлической сеткой, песок в трубке 6 уплотнялся. Время извлечения трубки
Рис. 5.9. Уточненная физическая модель при литье низкотемпературных сплавов: 1 — опока; 2 — песок; 3 — модель; 4 — расплав; 5 — упрочненный слой формы из песка; б — литниковая чаша; I — зона прогревания модели и ее усадка; II — зона плавления модели и начало деполимеризации; III — зона термодеструкции; IV — зона термодеструкции жидкой фазы на зеркале металла; V — температура металла
