Файл: Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 127

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

На рис. 23 представлены экспериментальные данные И. Орнста [200, 201].

Параболическая кривая разделяет диаграмму на две части: об­ ласть появления вскипа при заливке формы с образованием газо­

вых

раковин

в

отливках — над

кривой

и

область

спокойной

заливки — под

кривой.

Разделяющая

парабола

 

описывается

уравнением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦІ =

\DKt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(27)

где

qK

— критическая

газотворность

смеси;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DK

— критическая

газопроницаемость

смеси;

 

 

 

природы

 

|

— коэффициент,

зависящий

от типа

отливок,

 

 

 

связующего,

напора

металла

и многих

 

технологиче­

 

 

 

ских

факторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

23.

Зависимость

ме­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

жду

критическими

значе­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ниями

газопроницаемости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

газотворности

смесей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

напоре

металла:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

40

мм;

б

— 10 — 12

мм

 

0

80

160 240320400

0

80 160 240 320 Ш

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

Газопроницаемость

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для условий опытов И. Орнста коэффициент \

составлял

30,7

и 8,2 при напоре металла соответственно 40 и 10—12

лш и при тем­

пературе

заливки чугуна

 

1320° С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разумеется,

уравнение

 

(27)

не

является

универсальным

и

его

область

применения

ограничивается

узкой

 

номенклатурой

отливок, форм

и стержней.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К. Рош

[207] предлагает

использовать

в качестве

критериаль­

ной некоторую величину 9, представляющую отношение газо­ проницаемости смеси К и ее газотворности V (за первые 10 сек), т. е.

8 = - f .

(28)

Величина 6 не является теоретически обоснованной и ее можно использовать только в сравнительных целях для оценки свойств смеси, но не газового режима

Разница между формулами (27) и (28) заключается в том, что в первой придается большее значение газотворности, а во второй оба фактора считают равными по их влиянию на образование газо­ вых раковин.

Критическая величина газопроницаемости зависит от многих технологических факторов и условий производства отливок, по­ этому невозможно дать рекомендации на все случаи практики.

50


Ответ на вопрос: какая должна быть минимальная газопроницае­ мость смеси? — теоретически может быть дан лишь для конкретных условий литья.

В общем случае могут быть указаны только широкие пределы газопроницаемости. В табл. 8 приведены в сопоставлении с факти­ ческими расчетные значения необходимой минимальной газопро­

ницаемости

Кт[п

Для различных форм

и стержней.

 

 

Из расчета Ктщ (для приведенных в табл. 8 условий произ­

водства) следует,

что при отсутствии

вентиляционных

устройств

только

в оболочковых стержнях и формах

безусловно

обеспечи­

вается

направление газового

потока от отливки

в

атмосферу.

 

 

Значения

Ктш Д л я различных форм и стержней

Таблица 8

 

 

 

 

 

при литье чугуна и стали ( а = 0,7;

рф =

12

гс/см2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г а з о п р о н и ц а е м о с т ь

 

 

 

 

в

см

 

 

 

расчетна я

 

ф а к т и ч е с к а я

 

 

 

 

 

а в

 

 

 

Ф о р м а и

 

 

 

хз

в

смЧ(г-сек)

 

 

 

 

 

 

 

 

с т е р ж е н ь

 

 

 

см/сек1/2

в сек

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

Б

 

 

 

А

 

Б

 

см*

в с т а н ­

 

 

 

 

 

 

 

 

(г-сек)

д а р т н ы х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

единицах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К л а с с с л о ж н о с т и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с т е р ж н е й :

400— 100—500

4 - 6

 

7,3—158

 

 

 

 

 

 

 

I

3 - 2 5

1,8-40

1 . 6 - 7,0

100-420

 

 

2000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II

200—800

50—200

3,5 - 5, 5

3 - 2 5

3,2—60

0,8 - 15

1,6 - 6,0

100 - 360

I I I

100—300

30—120

3,0 - 5, 5

10 - 4 0

1,1—12

0,4 - 4, 8

1,3 - 5,0

80—300

I V

50-120

20—50

2,5—5,5

15 - 60

0,4 - 4, 0

0,15 - 1,7

1,3-4,0

80—240

V

20-60

 

10-25

2,0 - 5, 5

15--120

0,1—1,8

0,04—0,9

1,0 - 3,0

60—180

Ф о р м ы :

5 - 20

 

 

 

 

0,12—3,2

 

 

 

 

 

 

сырые

 

3 - 8

12,0-22

10 -120

0,08—1,3

0,4*—1,5

20 *—90

с у х и е

10-50

 

5 - 1 5

2,0 - 6, 0

10--120

0,05—2,1

0,05 - 0,8

0,8 - 2, 5

50—150

О б о л о ч к о в ы е

0 , 5 - 3

 

0,5 - 3

3,0—6,0

10 -30

0,01-0,12 0,01—0,12

1,6—6,0

100-360

формы и

с т е р ж н и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е ч а н и е .

А — б е з в е н т и л я ц и о н н ы х

каналов;

Б

— с в е н т и л я ц и о н ­

ными

каналами .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

Д л я форм, у п л о т н е н н ы х п р е с с о в а н и е м

пр и высоком

д а в л е н и и .

 

 

При вентиляционных устройствах направленность газового потока обеспечивается в сухих формах и стержнях IV—V классов слож­ ности. В сложных стержнях I — I I классов сложности вентиля­ ционные каналы не всегда могут полностью исключить вскипы в пе­ риод действия первого максимума газового давления, что под­ тверждается специальными исследованиями газового давления в таких сложных чугунных отливках, как головка блока трак­ торных двигателей [73, 95].

Следует отметить, что вскипы в период заполнения формы металлом не всегда приводят к образованию газовых раковин в отливках.

Даже для одного класса стержней и форм величины Ктп мо­ гут изменяться в 5—20 раз (табл. 8), что еще раз говорит о необ-

4*

51


ходимости очень тщательного подхода к вопросу оценки газового режима форм и стержней конкретных отливок. Исключение со­ ставляет технология изготовления отливок в оболочковых формах.

Приведенные

в табл.

8 значения

газопроницаемости

являются

теоретическими;

они не

учитывают

разницы величин

газопрони­

цаемости смеси

по воздуху и по газу, выделяющемуся в форме, а

также возможности снижения газопроницаемости после заливки формы. В практических условиях могут быть изменения как в боль­ шую, так и меньшую сторону. Следует иметь в виду, что интен­ сивность воздействия металла на отдельных участках форм и стержней может быть различной. В стержнях V класса сложности отдельные выступающие части работают как стержни I I или I I I классов, и наоборот, отдельные участки стержней I и I I классов работают как стержни IV и V классов.

Совершенная вентиляция стержней, а также пониженная газотворность смеси могут компенсировать недостаточную газопро­ ницаемость смеси. На газовый режим, а следовательно, на ве­ личину К, оказывают влияние другие факторы, полностью не учитываемые формулой (6). Имеют значение, например, располо­ жение знаков в стержне и положение стержня в форме по отноше­ нию к зеркалу подымающегося металла, а также местные условия, характерные для каждого литейного цеха: состав и качество при­ готовления смеси, способы уплотнения, режим сушки и хранение стержней, температура заливки металла, режим заливки, ско­ рость охлаждения отливки, квалификация рабочих, атмосферные условия и другие факторы, роль которых может быть выяснена

полностью

при

проведении систематических

экспериментов

с реальными

отливками.

 

 

 

Газопроницаемость Кт1п (табл. 8)

рассчитана

по формуле

(6)

для момента

т =

т3 при минимальном

противодавлении со

сто­

роны металла. Следовательно, приведенные значения газопро­ ницаемости исключают возможность вскипа.


Г л а в а I I I

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СМЕСЕЙ

Механические свойства формовочных и стержневых смесей являются одним из главных факторов, определяющих возмож­ ность получения качественных отливок. Это, по-видимому, и объясняет тот факт, что из многочисленных методов испытаний, применяемых в литейном производстве, большое внимание уде­ ляется методам определения механических свойств смесей, под которыми подразумеваются главным образом общая и поверхност­ ная прочности и твердость.

Условия работы формы и стержней во время заливки металла

изатвердевания отливки весьма разнообразны. Под действием металлостатического давления нижние горизонтальные и боковые части формы испытывают сжимающие (в случае «толстой» формы)

иизгибающие (в случае оболочковой формы) усилия. Внутренние стержни и выступающие в металл части^формы, стремясь всплыть, подвергаются изгибающим усилиям, а в жестко закрепленных знаковых частях стержней возникают при этом напряжения среза

ит. д. Кроме того, при заливке рабочие поверхности формы под­ вергаются динамическим ударам струи металла.

Таким образом, с целью исключения деформации и разрушения формы и стержней под действием статического и динамического давлений металла при заливке смеси должны обладать определен­ ной прочностью. Некоторую минимальную прочность смесь должна иметь и для того, чтобы во время изготовления, отделки, сборки и при транспортировании форм оказывать сопротивление внешним механическим воздействиям.

Следовательно, полный комплекс испытаний механических свойств формовочных и стержневых смесей должен включать как статические, так и динамические методы.

СТАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ

П. П. Бергом

предложена схема методов испытания

смесей

на прочность (рис.

24) [11]. Эта схема предусматривает

статиче­

ские испытания на сжатие, срез, изгиб и разрыв. В отечественной

практике контроля прочностных свойств смесей наиболее распро­ страненными являются два вида испытаний — на сжатие и раз­ рыв. В зарубежной практике часто проводят испытания сырых образцов смесей на срез и сухих образцов на изгиб.

Сопоставляя данные разных исследований, П. П. Берг [11] указывает, что между различными прочностными свойствами фор­ мовочных смесей имеется достаточно четкая зависимость. Так,

отношение прочности на сжатие к прочности на срез

укладывается

в пределы от 3,5/1 до 5,5/1.

 

 

 

 

 

осж

: оср

Некоторые

исследователи считают,

что

отношение

есть характеристика

хрупкости. Это

отношение колеблется

для

 

 

 

///

її

I

U

ш

 

11

 

 

 

 

±

 

 

 

 

 

-Li

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

Т

 

 

 

г т

 

 

 

 

а)

 

 

 

 

 

б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 24. Схемы механических испытаний сухих

(а) и влажных (б)

образцов:

/

— на

с ж а т и е ;

/ / —

на срез; / / /

— на

изгиб;

IV — на

р а з р ы в

 

более вязких смесей (стальное литье)

от 2,5

до 3,0;

для

хрупких

смесей (чугунное литье) — от 3,75

до

4,5.

 

 

 

 

Таким же образом было установлено, что отношение прочности

на разрыв к прочности на сжатие составляет

1/8—1/15, а отноше­

ние прочности

на изгиб

к прочности

на разрыв — около

1 : 3.

Имея такие данные, нетрудно найти отношение между любыми прочностями.

П. П. Берг указывает, что прочность смесей во влажном со­ стоянии имеет практическое значение для процессов, происхо­ дящих только до момента попадания первой капли металла в форму; кроме того, при длительном интервале между формовкой и залив­ кой форма высыхает, поэтому к ней применимы законы изменения прочности смеси в высушенном состоянии. Несмотря на это, характеристика механических свойств влажных смесей пред­ ставляет существенный интерес. Прочность смесей во влажном состоянии может определять по крайней мере сопротивляемость формы внешним динамическим воздействиям до начала заливки при сборке или транспортировании.

Прочность на разрыв имеет значение при выполнении наиболее важных технологических операций [205]: извлечении модели из формы (рис. 25, а и б), сборке формы (рис. 25, в), заливке (рис. 25, г и д). Рис. 25 свидетельствует о преобладании растягивающих на­ пряжений при данных операциях.

Прочность на сжатие. Предел прочности формовочных и стерж­ невых смесей при сжатии характеризуется величиной нагрузки, требуемой для разрушения образца,