Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
213
при заливке металлом формы фиксировалось электрическим контактом 7. После извлечения трубки четко фиксировался упрочненный слой песка толщиной 6 мм, прочность которого на сжатие составляла около 65 г/см2. Расчеты показывают, что такая прочность может выдержать боковое давление песка высотой 400 мм. Эксперименты Батлера [3] оказались неудачны, т. к. наличие упрочненного слоя определялось после заливки формы металлом, когда тяжелые продукты термодеструкции под действием тепла затвердевающей отливки разрушали данный слой.
На рис. 5.9 представлена физическая модель ЛГМ при заливке формы низкотемпературными сплавами. Упрочненный слой формы 5 уже через 2 с начинает разрушаться и теряет свою прочность, а через 20 с он полностью разрушается. Полученные результаты не изменяют принципиально математическую модель процесса ЛГМ низкотемпературных сплавов в форме из песка, т. к. газовое давление в зазоре металл—модель, формируя фильтрационный поток, дополнительно препятствует обрушению формы на границе форма—зазор. Поэтому основное уравнение равновесия системы форма—зазор (5.10) сохраняет свое значение, но следует дополнительно учитывать прочность упрочненного слоя а, кг/см2:
у2\? 45 <Рф+<5<у!щ
45° Л 2)
5.2. Исследование структурно-механических
и теплофизических свойств кварцевых песков
Песок кварцевый представляет собой сыпучее несвязанное тело. Уплотнения его можно достичь статическим и динамическим способами. При статическом прессовании закон уплотнения в теории механики грунтов выражается уравнением [9]
е1-е1=а(Р2-Р1)9 (5.19)
где 81 и ?2 — коэффициенты пористости соответственно при давлении Р\ и Р2; а — коэффициент уплотнения (является величиной переменной и определяется тангенсом угла наклона компрессионной кривой) (рис. 5.2). В соответствии с уравнением (5.19) в случае применения неуплотненных форм при ЛГМ под действием
214
фильтрационных сил газового потока и гидростатического напора металла на границе металл—зазор—форма произойдет деформация песчаной стенки. При этом коэффициент бокового давления будет равен единице и, следовательно, давление песчаной стенки в направлении зазора 8 и металла резко возрастет, что приведет к необратимой деформации формы на границе зазор—металл— форма и к браку отливки. Предотвратить деформацию формы можно только в том случае, если форма будет предельно уплотнена, т. е. если приращение 81 - е2 = 0. Однако применение пенополисти-рола исключает статические методы уплотнения формы, т. к. это приведет к деформации модели.
Единственным способом уплотнения литейной формы из сыпучих материалов при ЛГМ является динамическое уплотнение вибрацией или встряхиванием. Виброуплотнение сыпучих материалов зависит от массы материала и ускорения частиц при вибрации, которые определяют инерционные силы. Исследования показали, что уплотняемость песка не зависит от направления вектора колебаний и при постоянной частоте зависит только от амплитуды [10]. Дифференциальное уравнение виброуплотнения сыпучих материалов имеет вид:
— = Р(е-е00), (5.20)
ап
где п — отношение ускорения колебаний к ускорению силы тяжести; — пористость при предельном уплотнении грунта; р — коэффициент виброуплогняемости песка.
Интегрирование уравнения (5.20) при начальных условиях 8|л=о ~ 8о' гДе ?о — максимальная пористость сыпучего материала, дает окончательный вид уравнения уплотняемости песка:
е = ев+(80-8ао)е-р\ (5.21)
Уплотняемость песчаной формы В характеризуется изменением пористости:
?> = А^-. (5.22)
?0-?оо
215
С учетом (5.21) формула (5.22) запишется:
?> = 1-е_р\ (5.23)
Коэффициент (3 определяется опытным путем по кривым виброуплотнения:
Р = -^^-, (5.23, а)
tgao
где tgao — угол наклона кривой 8 = е(у) при п = 0.
При определенных значениях п несвязанные сыпучие материалы приобретают свойства тяжелой жидкости и переходят в псевдожидкое состояние. Внутреннее трение сыпучих материалов в псевдожидком состоянии характеризует вибровязкость материала. Вибровязкость кварцевого песка марки 1К02А составляет 0,63 гк-с/см2 [10].
Среди сыпучих материалов наибольшее применение для ЛГМ находят кварцевые пески. Структурно-механические свойства их зависят от минералогического состава, размера и формы зерен, влажности. Глинистая составляющая уменьшает газопроницаемость песка, влага увеличивает напряжение сдвига, т. к. появляются силы сцепления. Влажные глинистые пески плохо уплотняются вибрацией и имеют низкую газопроницаемость. Поэтому для литейной формы при ЛГМ применяются кварцевые малоглинистые (менее 2 % глины) пески. Структурно-механические и технологические свойства таких песков зависят главным образом от гранулометрического состава и формы зерна [11].
В табл. 5.1 приведены характеристики трех наиболее распространенных марок кварцевого песка.
Таблица 5.1
Характеристики некоторых марок кварцевого песка
Наименование горно-обогатительного комбината Марка песка по ГОСТ 2138-56 Глинистая составляющая, % Форма зерна
Гусаровский Т04Б 2,76 Округлая
Ореховский 1К016А 0,26 Полуокруглая
Часов-Ярский 1К016А 0,26 Остроугольная
