Саратовский Государственный Технический Университет
Методическое указание
к лабораторной работе
«Испытание формовочной смеси на газопроницаемость»
по курсу
«Технология металлов»
Саратов 2006
Цель работы: ознакомление студентов с основными технологическими свойствами формовочных смесей, методами их приготовления, а также путем исследования газопроницаемости смеси определить, для какого вида литья пригодна данная смесь.
Общие сведения
Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям и их свойствам.
Чтобы обеспечить получение годной отливки, формовочные материалы должны обладать свойствами, отвечающими определенным требованиям: 1)технологии изготовления форм и стержней; 2)условиям взаимодействия формы с жидким металлом при заливке формы, затвердевании и охлаждении отливки; 3)технологии приготовления формовочной смеси и стержневой смеси; 4)условиям выбивки форм и удаления стержней.
Пластичность- способность смеси деформироваться под действием приложенной нагрузки. Формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью, чтобы точно воспроизводить конфигурацию модели в форме. Таким свойством обладают материалы, которые могут пластически деформироваться под действием слабых усилий, например, нажатия руки. Формовочные смеси имеют структуру, состоящую из зерен кварца, покрытых оболочкой связующего. Благодаря силам сцепления, зерна кварца прочно соединяется между собой. Для отделения их друг от друга или перемещения необходимо приложить усилие сдвига, которое будет тем больше, чем выше вязкость связующего. Таким образом, чем выше вязкость связующего, тем менее пластична формовочная (стержневая) смесь.
Прочность. Литейная форма (стержень) должна обладать определенной прочностью, которая достигается уплотнением формовочной (стержневой) смесей в процессе изготовления формы (стержня).
Огнеупорность- способность формовочных (стержневых смесей)противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Стенки полости формы при заливке металла нагреваются до температур, равных температуре металла. При заливке стали эта температура составляет 158О~155О°С, чугуна I34O~I4OO°G, алюминиевых сплавов 7ОО-730°С. Вследствие этого температура плавления материала Формы должна быть выше температуры заливаемого металла, т.е. формовочная смесь должна обладать высокой огнеупорностью -способностью выдерживать высокие температуры без расплавления. Благодаря высокой температуре и протекающим химическим реакциям на границе металл-форма могут образоваться легкоплавкие силикаты металла, проникающие в поры песчаной Формы. В результате на поверхности отливок образуется пригар, ухудшающий чистоту ее поверхности.
Кроме температуры и химических реакций, на величину пригара влияет пористость формы, а также продолжительность теплового воздействия жидкого металла на стенки формы. Чем выше огнеупорность формовочной (стержневой) смеси и чем более инертна она к химическим реакциям при высоких температурах, тем меньше пригар на отливках. Во многих случаях стержни со всех сторон окружены жидким металлом и прогреваются им на всю толщину, поэтому стержневые смеси должны приготовляться из более огнеупорных песков.
Гигроскопичность- способность формовочной (стержневой) смеси поглощать воду из воздуха. Гигроскопичность зависит главным образом от свойств связующего, входящего в состав смеси. Гигроскопичность смеси должна быть минимальной, так как влагонасыщение поверхности Формы (в процессе сборки и выдержки на воздухе) может быть причиной образования газовых раковин в отливке.
Долговечность- способность смеси почти не терять своих свойств при многократном использовании. Долговечность формовочной смеси является важной характеристикой, определяющей экономичность ее использования,
Формовочная (стержневая) смесь после заливки в Форму металла частично теряет свои первоначальные свойства. Такие смеси называются отработанными. Отработанные смеси подвергают регенерации -специальной обработке, при которой удаляются пыль, остатки связующих и т.д. При дальнейшей переработке смеси для повышения прочности в нее добавляют глину. Повторное использование отработанных формовочных смесей, их регенерация значительно снижают расход свежих формовочных материалов и повышают экономичность производства.
Газотворность и газопроницаемость. При нагревании стенок формы (стержня) жидким металлом влага, входящая в состав формовочной смеси, связующие, добавки (опилки, уголь) образуют большое количество паров и газов. Свойство смеси выделять при нагревании пары и газы называется газотворной способностью, пары и газы, образующиеся в слоях формы, соприкасающихся с жидким металлом, под действием тепла расширяются и перемещаются как внутрь формы (по каналам между песчинками) так и через металл. Если сопротивление движению паров и газов по каналам между песчинками будет больше сопротивления движения газов через металл, то в отливке могут появиться газовые раковины. Для получения отливок без газовых раковин формовочная (стержневая) смесь должнаа пропускать газы, т.е. обладать высокой газопроницаемостью. Из стержней, выполняющих полости и отверстия в отливках, газы,образующиеся при разложении связующего, выделяются более интенсивно. Это способствует образованию газовых раковин в отливке. Поэтому стержневые смеси должны обладать особенно малой газотворной способностью и высокий газопроницаемостью. Газопроницаемость смесей зависит от величины и формы зерен песка, от содержания глины я влаги, а также от степени уплотнения смеси при формовке.
В литейном производстве пористости и газопроницаемости смеси часто придают одинаковый смысл. Можно приготовить образцы с высокой пористостью, вместе с тем эти образцы не будут газопроницаемы, поэтому можно считать, что в отношении отвода газов имеют значение только те поры и каналы, которые соединяют внутреннюю часть формы с ее поверхностью. Формовочная смесь является газопроницаемой, если через нее при заданном давлении в течение определенного времени проходит определенное количество газов.
В качестве единицы измерения газопроницаемости принимается количество см3 газа (воздуха), проходящего в I мин. через слой формовочной смеси площадью в 1 см и высотой в I см при разнице давления в I см водяного столба.
Определяется газопроницаемость пропусканием 2000 см3 воздуха комнатной температуры через стандартный образец диаметром, и высотой 5,0см. При этом фиксируют давление воздуха *р* перед образцом и время Т прохождения всего объема воздуха.
Величину газопроницаемости вычисляют по Формуле:
где V- объем воздуха, прошедшего через образец в см3, он равен 2000 см3;
h- выоота образца, в см, она равна 5 см;
F- площадь поперечного сечения образца в см2 , она равна
19,635 см2;
р - давление воздуха перед образцом в см водяного столба; Х- время прохождения через образец 2000 см3 воздуха в
мин.
Подставляя вместо буквенных выражений их значения, Формула примет вид:
Газопроницаемость смеси назначается для конкретных условий изготовления отливки.
В общем случае можно указать пределы изменения газопроницаемости, ориентировочные значения которых приведены в табл.1.
Таблица I
Значения газопроницаемости для различных условий Формовки
Металл |
Назначение смеси |
Масса отливки, кГ |
Газопроницаемость |
Чугун |
Для формовки: |
|
10-30 |
по сырому |
1 |
30-80 |
|
--- |
до 20 |
80-120 |
|
--- |
до 2000 |
80-150 |
|
по сухому |
до 10000 |
|
|
Сталь |
Для формовки: |
|
|
по сырому |
до 500 |
80-120 |
|
по сухому |
до 5000 |
80-120 |
|
Бронза |
Для формовки по сухому |
--- |
30-80 |
Все сплавы |
Стержни |
--- |
80-120 |
ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ И МАТЕРИАЛЫ
2.Лабораторный копер (рис.2.).
З. Весы с разновесами.
4.Металлическая гильза с поддоном.
5.Секундомер.
6. Коробка для смеси.
7.Прибор для определения газопроницаемости (рис .З.).
8.Мензурка.
9.Кварцевый песок.
10. Крепитель.
11.Вода.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ
На лабораторных бегунках приготавливают формовочную смесь следующего состава:
сухой песок -.90%
глина - 10 %
ВОДа - 3-5%
Сухой песок и глину загружают в лабораторные бегуны и перемешивают в течение 2 мин. Затем добавляют отмеренное мензуркой необходимое количество воды и продолжают перемешивать ещё 8 минут.
Смесь выгружают из бегунов и приступают к изготовлению стандартных образцов на лабораторном копре (рис.2). Металлическую гильзу 9 устанавливают в поддон 4, и в неё всыпают навеску(150- 170г) формовочной смеси; при этом следят за тем, чтобы поверхность насыпаемого слоя смеси была горизонтальной. Подъёмником 8 копра поднимают шток 2 и груз 3; на станину устанавливают поддон с гильзой, осторожно и плавно опускают боёк 7,закреплённый на штоке 2, в гильзу до соприкосновения со смесью.
После этого вращением рукоятки 6 и экецентрика 5 уплотняют смесь тремя ударами груза 3 весом 6,35 + 0,015 кг, падающего с высоты 50 + 0,25 мм. Высота образца в гильзе после уплотнения должна быть 50+0,8 мм. Эту высоту контролируют по трем горизонтальным рискам, нанесенным через 0,8 мм на стойке I станины. Совпадение верхнего торца штока 2 со средней риской соответствует высоте образца 50 мм. Крайние риски указывают на допустимые отклонения.
После уплотнения гильзу с поддоном снимают с копра, отделяют поддон от гильзы и образец вместе с гильзой готов к испытанию.
Определение газопроницаемости производятся на специальном приборе (рис.3).
Перед испытанием необходимо подготовить прибор. Для этого установить его с помощью установочных винтов в строго горизонтальном положении (горизонтальное положениe укажет «уровень»); шкалу манометра установить так, чгобы её «0» находился на уровне миниска трубки манометра.
Газопроницаемость образца, определяется следущим образом. Трехходовой воздушный кран 10 прибора ставят в положение «открыто» и осторожно поднимают колокол 3 до тех пор, пока отметка «X», имеющаяся на колоколе, не совпадет с верхней кромкой бака 5 после этого кран прибора переключают на положение "закрыто" Гильзу с изготовленным образном 7 вставляют в чашку 9 затвора к поворотом гайки плотно закрепляют. Кран 10 ставят на положение «испытание»; колокол 3 начинает опускаться. При совпадении отметки "О* на колоколе с краем 5 бака включают секундомер; при прохождении отметки 1000 фиксируют по манометру 12 давление воздуха «P» под испытываемым образцом, а при прохождении отметки 2000 останавливают секундомер и фиксируют время, в течение которого через образец прошло 2000 см3 воздуха. Трехходовой кран ставят в положение "закрыто".
Зная «Р» и «T» по Формуле находят газопроницаемость смеси. За показатель газопроницаемости принимают среднее арифметическое результатов испытания трех образцов. Если результат одного испытания отличается от среднего арифметического более чем на 10%, испытание повторяют на трёх новых образцах.
По значению полученной газопроницаемости из таблицы 1 определить, для какого вида литья пригодна смесь.