книги из ГПНТБ / Абрамов, Н. П. Новые методы определения свойств формовочных смесей

Ленинградская организация общества «Знание» РСФСР ЛЕНИНГРАДСКИЙ ДОМ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОПАГАНДЫ

УДК 621. 742.08:621.742.24

Н. П. АБРАМОВ, Ю. Н. ГОЛУБЕВ

НОВЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СВОЙСТВ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ

С е р и я — Прогрессивное формообразование, металловедение и термообработка

Л е н и н г р а д - 1974

А б р а м о в Николай Петрович, Г о л у б е в Юрий Николаевич

Новые методы определения свойств формовочных смесей. ЛДНТП, 1974.

32 с. с илл. 4500 экз. 16 коп.

В брошюре предложены методики количественной оценки каче­ ства формовочных песков и песчано-глинистых смесей, даны реко­ мендации по штатам, производственным площадям, оборудованию, приборам, количеству анализов, структуре и функциям лаборатории формовочных материалов как подразделения ЦЗЛ по группам за­ водов.

Брошюра предназначена для руководства заводов, ЦЗЛ, работни­ ков научно-исследовательских и заводских лабораторий, а также для технологов литейных цехов.

УДК 621. 742.08 : 621.742.24

Ленинградская организация общ. «Знание» РСФСР. ЛДНТП,

В В Е Д Е Н И Е

Директивами XXIV съезда КПСС предусмотрены мероприятия, обеспечивающие снижение материалоемкости машин за счет внед­ рения прогрессивных технологических процессов литейного произ­ водства. Важную роль в решении поставленных задач играют за­ водские технологические службы и лаборатории.

Применение песчано-глинистых смесей характеризуется непре­ рывным развитием технологии формовки. В настоящее время в ли­ тейном производстве СССР с помощью разовых песчано-глинистых форм создается более 85% общего выпуска отливок, для изготов­

определяются природой, свойствами исходных материалов, услови­ ями их приготовления и технологией. Суммарный брак отливок в 1973 г. составил примерно 1 млн. т, около 80% брака прямо или косвенно связано с формовочными материалами: в некачественных формах нельзя получить высококачественную отливку, а без конди­ ционных формовочных материалов и смесей — хорошую форму.

Дальнейшее соцершенствование технологии песчано-глинистой формы связано с широкой механизацией и автоматизацией формов­ ки, а также с резким улучшением и стабилизацией качества фор­ мы. Для этого потребуются, с одной стороны, специально подготов­ ленные формовочные материалы (обогащенные, сухие и классифи­ цированные пески, активированные бентониты в порошке), с дру­ гой— разработка и внедрение необходимых материалов и смесей, не регламентированных пока стандартами и не применяемых в про­

изводстве.

Важное значение имеют система контроля формовочных сме­ сей, применяемая на предприятии, структура и штаты заводских лабораторий, оснащенность их оборудованием и приборами.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ФОРМОВОЧНЫХ ПЕСКОВ ПО ЗЕРНОВОМУ СОСТАВУ

Отсутствие в стандарте на испытание формовочных песков объективной количественной меры угловатости зерен и удельной поверхности, потребность такой оценки ввиду повышенных тре-

3

бований к качеству песка требуют разработки обоснованной мето­ дики оценки формы зерен (экспресс-метода) и расчета удельной поверхности безглинистых формовочных песков по зерновому со­

ставу.

Для сценки угловатости геометрически правильных частиц с изменяющимся соотношением их длины и наибольшего попереч­ ного сечения предлагается отношение поверхности этих частиц н

шара при условии равенства их объемов — коэффициент углова­ тости Ку.

Угловатость частиц увеличивается по мере роста их сплющен­ ности или удлиненности (рис. 1), т. е. с ростом отклонения от изометричной формы, при которой она минимальна. Наибольшая уг­ ловатость характерна для срощенных угловатых частиц (напри­ мер, пять срощенных кубиков с перекрытием граней на одну чет­ верть имеют Ку = 2,0).

Рис. !. Влияние отношения длины к максимальному по­ перечному сечению частиц на коэффициент угловатости: I — эллипсоиды вращения; 2 — цилиндры; 3 — па­ раллелепипеды; 4 — пирамиды

Коэффициент угловатости — самостоятельная важная харак­ теристика качества формовочных песков. Пески с крупными круг­ лыми гладкими зернами лучше уплотняются, чем пески с мелки­ ми зернами неправильной формы. В рыхлом состоянии максималь­ ная пористость наблюдается у осколочных зерен, в уплотненном — у округлых [2]. Повышение угловатости приводит к большей не­ однородности плотности смеси, усиливает осыпаемость формы, снижает величину упругой деформации песков при различных дав­

4

лениях прессования. Смеси на более угловатых песках характе­ ризуются меньшей надежностью свойств и требуют повышенного расхода связующих и пластифицирующих добавок, чтобы за счет утолщения их оболочек можно было сгладить углы зерен. Проч­ ность холоднотвердеющих смесей на основе песков разных карье­ ров с примерно одинаковой зернистостью, с одним и тем же содер­ жанием смолы (1,8%) и отвердителя (0,6%) при применении пес­ ка с округлыми зернами, имеющими гладкую поверхность, оказа­ лась в два раза выше, чем при использовании весьма угловатого песка [3]. Песчано-глинистые смеси на основе песков с малым зна­ чением Ку характеризуются наиболее высокими показателями те­ кучести, уплотняемости и прочности. Газопроницаемость в мень­ шей мере зависит от формы зерен.

вочных песков необходимы точная оценка их действительной удель­

тального участка зависимости удельной поверхности от пористости

(рис. 2).

5

Замер фактической удельной поверхности (Я) реальных зерен промышленных формовочных песков, эталонных шаров, оливина и карборунда, срощенных кубиков каменной соли (табл. 1) под­ твердил корректность предлагаемой числовой меры формы зерен:

Линейный размер фракций £>ш устанавливался эксперимен­ тально ' — трехкратным отсчетом значительного числа зерен (400 — 2000 шт.) с последующим взвешиванием на аналитических весах. По измеренному удельному весу, числу зерен и их весу вы­ числялся усредненный объем зерна как представителя конкретной фракции. Этот объем приравнивался к объему абстрактного шара и по нему рассчитывался диаметр Dm. Таким образом, Dm— диа­ метр условного шара, объем которого равен среднему значению объемов реальных зерен, составляющих данную фракцию.

Обнаружено, что ЯШ= ЯВ, если Яв=1,26 Da и Яш=1,26~0’5 DB, если Яв=1,262 DHl где Ds и Ds — размер ячеек верхнего и нижне­

6

кварцевых песков по их зерновому составу:

8 г

Рис. 3. Внешний облик эталонных зерен формовочных песков:

а — округлые зерна (Ку = 1,2); б — полуокруглые зерна (Ку=1,3); в — остроугольные зерна (/0 = 1,5); г — осколочные зерна (/0 = 1,8)

2. Наблюдением под бинокулярной лупой и сопоставлением с эталонами рис. 3 визуально оценить коэффициент угловатости ос­ новных фракций песка.

8

3. С помощью множителей М (табл. 2) вычислить внешнюю удельную поверхность песков по формуле

П = 2 KyiMigiCM2la,

i

где g; — весовая доля фракции.

Таблица 2

Знание удельной поверхности формовочных песков и коэффи­ циента угловатости необходимо для расчета составов и технологи­ ческих свойств формовочных и стержневых смесей, а также для оценки и обоснования эффективной взаимозаменяемости песков.

УПЛОТНЯЕМОСТЬ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ

Повышение качества отливок, оптимизация расхода формовоч­ ных материалов и режимов приготовления песчано-глинистых сме­ сей могут быть достигнуты введением непрерывного или дискрет­ ного испытания последних на уплотняемость. Уплотняемость явля­ ется комплексной характеристикой состава и состояния смесей, мерой оптимальности их рабочего состояния и готовности к ис­ пользованию, мерой соответствия смесей способу уплотнения и формовочной машине. От уплотняемости и достигаемой степени уплотнения формовочных смесей зависят призводительность тру­ да формовщиков и качество отливок. Недоуплотнение смеси вле­ чет распор, механический пригар, усадочные раковины; переуп­ лотнение — ужимины, горячие трещины.

С целью выявления путей снижения материало- и энергоемко­ сти процессов изготовления форм рассмотрено влияние состоя­ ния воды в песчано-бентонитовых формовочных смесях на уплот­ няемость их, показана связь уплотняемости с прочностью. Изме­ нение состояния воды достигалось изменением влажности и содер­ жания бентонита различных сортов. Состояние воды оценивалось методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Использование ЯМР позволило установить, что вода в формо­ вочных смесях находится в виде двух фаз: граничной (Г) и объ­ емной (О). Под фазой понимается определенная часть резони­ рующих ядер образца, характеризующаяся собственными време­ нами релаксации и населенностью. Граничная вода малоподвиж­

9