Файл: Медведев Я.И. Технологические испытания формовочных материалов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 157
Скачиваний: 1
Г л а'в а I X
ГАЗОВОЕ ДАВЛЕНИЕ В ФОРМАХ И СТЕРЖНЯХ ПРИ ЗАЛИВКЕ МЕТАЛЛА
ОБЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ
Величина газового давления, возникающего в формах и осо бенно в стержнях при заливке их металлом, может достигать более 0,3 кгс/см2 [73, 95, 96]. Как следует из формул (6), (24) и (25), газовое давление зависит не только от свойств формовочной смеси, но и от других технологических факторов. Возникая в ре зультате превышения скорости газообразования над скоростью газоотвода, газовое давление, действующее на поверхности кон такта смеси с жидким металлом, является непосредственным фак тором, вызывающим проникновение газа в жидкий металл и обра зование раковин (и других дефектов) в отливках.
Формирование газового давления в формах и стержнях проис ходит во времени и связано с режимом заполнения форм металлом.
Практически все формы заполняются металлом в течение неко торого конечного интервала времени. В небольших формах про должительность заливки нижних горизонтальных участков и очень мелких стержней является почти мгновенной. Средние и крупные стержни, а также вертикальные участки средних и круп ных форм заливаются в течение значительного интервала времени, пренебречь которым при рассмотрении газового режима нельзя.
Наличие интервала погружения стержней в металл вызывает последствия, связанные с газовым давлением. Установление кон такта с металлом начинается в нижних частях форм и стержней (за исключением местных контактов с металлом, выходящим из литниковой системы). При постепенном подъеме уровня металла все новые участки поверхности форм и стержней погружаются в металл, причем скорость подъема металла зависит от весовой (объемной) скорости заливки и живого горизонтального сечения формы (отливки). В результате неодновременного погружения стержня в металл скорость газообразования на отдельных участ-
ках поверхности в период заливки будет неравномерной, а филь трация газа неупорядоченной, характеризуемой появлением про тивоположных потоков. Один поток направляется «естественным» путем через знак стержня, а другой — по пути наименьшего сопро тивления, т. е. через открытую, еще не залитую металлом поверх ность, расположенную вдоль линии контакта с металлом (рис. 101).
Газ удаляется через открытую поверхность формы (или стержня) по кратчайшему расстоянию (0,1—3 см), поэтому в пе риод неупорядоченной фильтрации давление газа невелико. Оно существенно повышается только в конце процесса погружения в металл стержня, когда большая часть его поверх ности покрывается метал-
р г с/см2
J
|
0 |
у |
100 |
1—< ~ г |
|
|
50 |
150 |
200 мм _ |
||
|
Уровень металла в |
форме |
|||
|
|
|
в) |
|
|
Рис. 101. |
Изменение газовых потоков и давления в различных точ |
||||
ках стержня при постепенном погружении |
его |
в металл: |
|||
а — с х е м а |
г а з о в ы х п о т о к о в ; б — и з м е н е н и е |
г а з о в ы х |
потоков |
по высоте |
|
с т е р ж н я ; в — г а з о в о е д а в л е н и е в р а з л и ч н ы х точках |
с т е р ж н я |
||||
лом, а плотность газового потока становится высокой. Отсюда следует, что в период погружения стержня в металл часть образующихся газов не участвует в фильтрации через знак. Только после полного погружения стержня весь образующийся газ (если достаточно противодавление металла) начинает перемещаться «естественным» путем — через знак стержня.
По мере подъема уровня металла в стержнях и вертикальных стенках форм последовательно сменяются три газовых потока (рис. 101, а): поток, направленный в полость формы в результате испарения влаги с поверхности формы и частично в результате
176
неустановившейся фильтрации (зона В), поток от неустановив шейся фильтрации из участков поверхности, только что погрузив шихся в металл (зона Б), и поток в зоне у установившейся фильтра ции (зона А). Эта схема фильтрации может быть (при нарушении направленности газового потока) усложнена потоком газов, про никающих в металл, если противодавление с его стороны недоста точное.
Отмеченная «утечка» газа снижает его давление в стержне, которое учитывается в формуле (6) величиной т 3 и коэффициентом а. При отсутствии утечки газа (мгновенная заливка) его давление определяется по формуле [96]
Таким образом, при погружении стержня в металл в интер вале времени газовое давление уменьшается по сравнению с давле нием при мгновенной заливке в 5—80 раз.
Результаты экспериментов, приведенные на рис. 101, в, позво ляют уяснить специфику формирования газового давления в раз личных участках поверхности стержня. Давление в точке / воз никает после того, как уровень металла в форме поднимется на 10—12 мм и достигает максимального значения, когда уровень ме талла повышается примерно до 50 мм. С этого момента фильтрация газов в точке / принимает упорядоченный характер, т. е. все газы будут фильтроваться по пути U, который обеспечит меньшее со противление движению газов, чем путь h (h > /і)-
Заметное давление в точке 2 появляется, когда уровень металла поднимется несколько выше 100 мм. По мере дальнейшего подъема металла давление увеличивается. Фильтрация газов из точки 2 станет упорядоченной только после погружения стержня в металла,
так как /2 > /г, т. е. газы из точки 2 будут фильтроваться все время через незалитую часть поверхности стержня. Максимальное газо вое давление в точке 2 появляется после полного погружения стержня, когда газ начнет двигаться в направлении 1ч.
Неупорядоченный режим фильтрации в точке 3 существует в течение небольшого промежутка времени при подъеме металла от уровня примерно 195 мм. После полного погружения стержня в металл поток газа меняет направление, при этом длина пути
газа |
возрастает с Із до |
/3 (в данном случае примерно в 20 раз); |
так |
же резко возрастает |
и газовое давление. |
Из исследования механизма формирования газового давления
встержне следует, что неупорядоченный режим фильтрации газов
впериод заполнения металлом формы влияет положительно на снижение газового давления во всех точках стержня (и соответ ственно формы). С увеличением продолжительности существования неупорядоченного режима положительный эффект его действия усиливается, причем кривые газового давления теряют резко
12 Я . И. М е д в е д е в |
177 |
выраженный первый максимум. Для каждой точки поверхности стержня длительность существования неупорядоченной фильтра ции зависит от ее положения, конструкции стержня, скорости подъема металла в форме, длины знаков и некоторых других фак торов.
Дополнительной особенностью газового режима стержней при постепенном погружении их в металл является наличие некоторой условной поверхности, делящей стержень на две части: нижнюю А (по отношению к поднимающемуся в форме металлу) и верхнюю Б (рис. 101, б). В различных точках нижней части стержня первый максимум газового давления и изменение направления фильтрации газа достигаются неодновременно и до момента полного погруже ния стержня в металл. В верхней части максимум давления и изме нение направления фильтрации для всех точек достигаются одно временно в момент перекрытия металлом свободной поверхности стержня (в данном случае рассматривается направленный газовый поток, при котором исключается внедрение газа в металл). Ука занная линия раздела на поверхности стержня представляет собой геометрическое место точек, характеризуемых одинаковым сопро тивлением движению газов по пути 1А и 1Б.
Расположение участков стержней, где возникает максимальное газовое давление, зависит от геометрии и конструкции стержня, положения его в форме, условий заливки и других факторов техно логического порядка. Наличие неупорядоченной фильтрации еще в большей степени затрудняет нахождение «опасных»точек стержня. Однако во многих случаях таковыми будут участки, имеющие мак симальную длину фильтрации газа (точка 3 рис. 101, б) или наи большую скорость газообразования (например, тонкие выступаю щие части стержня). Минимальное давление возникает в точках рабочей поверхности, прилегающей к знаку стержня (точка 1, рис. 101, б).
В формах период неупорядоченной фильтрации также суще ствует: по времени для плоской стенки он равен примерно интер валу подъема металла от рассматриваемой точки на поверхности контакта на высоту, равную толщине формы.
Из схемы фильтрации газов следует, что, во-первых, избыточ ное газовое давление в стержнях (и формах) возрастает от нуля в начале заливки до некоторого конечного значения, и, во-вторых, по поверхности контакта и по объему формы и стержня газовое давление распределяется неравномерно.
МЕТОДЫ ЗАМЕРА ГАЗОВОГО ДАВЛЕНИЯ
При экспериментальном определении газового давления необ ходимо учитывать следующие специфические особенности газового режима форм.
1. Давление газов действует в небольших по объему порах смеси, поэтому любые емкостные (инерционные) методы замера давления дают более или менее значительные ошибки, особенно
в случае быстротекущих импульсов; эти ошибки сглаживают кри вую давление—время.
2. Наибольший интерес представляет определение газового давления непосредственно на поверхности раздела металл—форма, что, однако, практически невозможно выполнить, так как для этого необходимо устье трубки датчика вывести к поверхности жидкого металла. Поэтому газовое давление в смеси замеряется на рас стоянии 2—10 мм от поверхности отливки. С некоторым допуще
нием можно принять, что для расчета |
истинного |
давления газов |
||||||
на |
поверхности раздела |
металл—форма |
подходит |
формула |
||||
|
|
|
|
Р Ф |
= Р Ф |
— j — , |
|
|
где |
Рф — давление |
газа |
па |
поверхности раздела |
металл—форма |
|||
|
в |
гс/см2; |
|
|
|
|
|
|
|
рф — давление |
газа |
на |
расстоянии |
z от поверхности раздела |
|||
|
металл—форма |
в |
гс/см2; |
|
|
|||
|
I — расстояние (по линии |
тока |
газа) от места установки |
|||||
|
(устья) трубки датчика до места выхода газа в атмосферу |
|||||||
|
в |
см. |
|
|
|
|
|
|
|
Для тонкостенных и оболочковых форм и стержней при неболь |
|||||||
шой величине / эта поправка |
может быть значительной, а при боль |
|||||||
ших величинах / поправка не имеет существенного значения. |
||||||||
|
3. Внедрение газов в отливку происходит в сравнительно малом |
|||||||
интервале времени — от |
начала |
установления контакта жидкого |
||||||
металла с поверхностью формы до момента образования в отливке относительно прочной затвердевшей корочки. Отсюда следует, что наибольшую ценность представляет изучение газового давления
вначальной стадии установления газового режима формы.
4.Поскольку газовое давление зависит от многих факторов, то при проведении экспериментальных работ по исследованию влия ния отдельных факторов необходимо строго^соблюдать постоян ство прочих условий проведения опытов.
5.Газовое давление, особенно в стержнях с закрытыми для выхода газов знаками, может достигать значительных величин, по этому, учитывая возможность образования взрывоопасных газовых смесей, следует соблюдать необходимые меры предосторожности при проведении экспериментальных работ.
На основании изложенного можно сформулировать требования, которые должны выполняться при выборе того или иного метода замера газового давления в формах и стержнях: небольшая инер ционная емкость манометров, возможность замера давления при высокой температуре в непосредственной близости от жидкого металла, а также регистрации и записи быстроменяющегося давле ния, сравнительно высокая точность и безопасность работы.
В наиболее ранних исследованиях в качестве регистрирующих приборов использовали обычные водяные манометры,. которые, обладая значительной инерцией, не обеспечивали требуемой чув-
12* |
179 |
