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

будут незначительны. Силы, возникающие при перемещении отливки относительно стенок формы во время усадки, фиксируются датчиками и через усилитель записываются на регистрирующем приборе типа ЭПП-09. На этом же приборе одновременно записы­ ваются показания термопары 7, установленной в полости формы для регистрации температуры в центре отливки. Перемещение отливки в форме определяется по индикатору 8 через специальный металлический стержень.

Образец представляет собой брусок длиной 400 мм с прямо­ угольным поперечным сечением 20x50 мм. Часть образца длиной 335 мм соприкасается со стенками формы.

К потенциометру

При определении сил трения между отливкой и формой по указанному методу необходимо учитывать, что возникающие в отливке напряжения не всегда являются следствием собственно трения, зависящего, например, от шероховатости формы. В период затвердевания отливки и прогрева формы вокруг отливки обра­ зуется толстый слой пригоревшей формовочной смеси. В процессе усадки отливка вместе с пригоревшим слоем смеси перемещается относительно нижерасположенных слоев формы. Таким образом, формовочная смесь будет работать на сдвиг, который произойдет в плоскости (слое смеси) с минимальной прочностью. Поэтому сила трения, регистрируемая прибором, будет увеличиваться с увеличением общей прочности смеси. Плоскость минимальной прочности определяется составом и свойствами каждой смеси. Для сырых форм наиболее вероятно расположение плоскости сдвига в пределах зон с повышенной влажностью, так как проч­ ность смеси с высокой влажностью невелика.

Г л а в а Х Ш

ВЫБИВАЕМОСТЬ СМЕСЕЙ

Выбивка стержней и остатков формы из отливки является трудоемкой операцией в общем процессе производства отливок. При изготовлении отливок для металлургического оборудования на долю выбивки стержней приходится 10—15% общей трудоем­ кости. Кроме того, образование большого количества пыли при выбивке стержней пневматическим или механическим инстру­ ментом создает неблагоприятные условия труда для рабочих и является причиной заболеваемости силикозом. Методы гидро­ выбивки еще недостаточно широко распространены и, помимо того, не всегда могут быть пригодны, например при производстве мелкого литья и использовании стержней, изготовленных из смесей с жидким стеклом; эффективность установок гидровыбивки очень мала, поэтому задача улучшения выбиваемости смесей является чрезвычайно важной для литейного производства.

Под выбиваемостью смеси на практике понимают степень труд­ ности удаления стержней или частей формы из остывшей отливки. Выбиваемость есть технологическое свойство смеси, зависящее от многих физических факторов.

До последнего времени наибольшее распространение имели смеси с органическими связующими или песчано-глинистые смеси; первые очень легко удалялись из отливок при выбивке, выбиваемость песчано-глинистых смесей облегчалась, как пра­ вило, введением каких-либо выгорающих добавок (например, древесных опилок). Стержни и формы из этих смесей окраши­ ваются противопригарными красками и затем в течение продол­ жительного времени высушиваются при сравнительно высоких температурах (до 350° С для песчано-глинистых смесей), поэтому добавка в смесь выгорающих веществ не сказывается на качестве

смеси применяются и как стержневые, и как формовочные для всех видов сплавов. Причиной быстрого распространения этих смесей явилась возможность резкого сокращения времени высу­ шивания форм и стержней, а при использовании углекислого газа для затвердевания смеси (С02 -процесс) — возможность пол­ ного исключения операции сушки. Эти обстоятельства позволили значительно увеличить производительность формовочных и стерж­ невых участков в литейных цехах. Кроме того, уменьшился при­ гар на отливках и брак литья по засорам.

В последние годы получили широкое распространение жидкие самотвердеющие смеси, еще в большей степени увеличивающие производительность труда стерженщиков и формовщиков. Свя­ зующим в этих смесях является также жидкое стекло. Однако все жидкостекольные смеси обладают существенным недостатком, во многих случаях тормозящим внедрение их в производство, — это сильное спекание жидкостекольных смесей при заливке формы жидким металлом и в процессе последующего охлаждения отливки под воздействием высокой температуры. Спекшиеся смеси обла­ дают прочностью, в несколько раз превышающей исходную проч­ ность. Во внутренних стержнях и зажимаемых частях отливок при достаточном прогреве смесь превращается в монолитную камнеобразную массу, выбить которую из отливок бывает трудно, а иногда и невозможно. Объясняется это тем, что при высоких температурах расплавленный силикат натрия (твердая составля­ ющая жидкого стекла) энергично взаимодействует с наполни­ телем смесей — кварцевым песком. Интенсивность взаимодей­ ствия силиката натрия с кварцем и растворения последнего в силикате возрастает с увеличением температуры стержня или формы.

Затрудненная выбивка жидкостекольных смесей снижает про­ изводительность труда обрубных цехов, ухудшает условия труда рабочих-выбивщиков. В связи с этим были начаты исследования факторов, влияющих на выбиваемость смесей, а следовательно, предприняты попытки найти количественное выражение выбиваемости как технологического свойства.

Предложено несколько методов оценки выбиваемости смесей. Некоторые из них носят качественный характер, другие — коли­ чественный. Однако целесообразнее классифицировать и рас­ сматривать их не с точки зрения качественного или количествен­ ного характера оценки, а с точки зрения объекта, служащего для оценки. В этом случае появляется возможность разделить все известные методы определения выбиваемости на две группы: 1 — по технологическим пробам; 2 — по стандартным образцам.

Прежде чем перейти к описанию методов определения выби­ ваемости смесей, необходимо рассмотреть условия, которым должны отвечать отдельные методы, с тем чтобы в дальнейшем можно было бы более критически оценивать каждый из них.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МЕТОДАМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБИВАЕМОСТИ

Выбираемые методы определения выбиваемости должны позво­ лить исследовать все факторы, влияющие на трудоемкость вы­ бивки смесей из отливок. Условия испытания смесей также должны в максимальной степени соответствовать реальным условиям нагрева стержней и форм при заливке. Число факторов, опреде­ ляющих выбиваемость, довольно велико, поэтому остановимся на главнейших из них.

Температура нагрева смеси в процессах заливки и охлаждения формы оказывает решающее влияние на выбиваемость стержней из отливок и в основном определяет протекание тех или иных физических и физико-химических процессов, затрудняющих или облегчающих выбивку. Как известно, стержни и формы нагре­ ваются при заливке до температур, максимальных на поверхности и в местах непосредственного контакта с металлом и минимальных в центре (для внутренних стержней) или в наиболее удаленных от отливки точках (для наружных стержней и форм). Диапазон температур прогрева стержней довольно велик (от температуры цеха до температуры жидкого металла) и зависит от типа зали­ ваемого сплава, температуры заливки, толщины стенки и размеров отливки, массивности стержня, продолжительности заливки, теплофизических свойств смесей (теплопроводности, теплоем­ кости) и других факторов. Чтобы оценить выбиваемость, не­ обходимо получить представление о поведении смесей в ин­ тересующем интервале температур.

Выбиваемость стержней значительно изменяется при различ­ ных температурах прогрева, поэтому нельзя говорить о выби­ ваемости смеси вообще без указания конкретной температуры. Следовательно, испытания смесей необходимо проводить (а мето­ дики должны это позволять) после нагрева до различных тем­ ператур и охлаждения.

При заливке поверхностные слои форм и стержней подвер­ гаются резкому тепловому удару. Однако внутренние слои их нагреваются медленно, так как теплопроводность формовочных и стержневых смесей очень мала. По этой же причине нагретые смеси весьма медленно охлаждаются. Длительность выдержки смеси при заданной температуре и скорость охлаждения смесей существенно влияют на выбивку стержней из отливок, что сле­ дует учитывать при испытании смесей. Кроме того, нужно учи­ тывать продолжительность выдержки при различных температу­ рах, по-разному влияющую на выбиваемость.

Например, при определении выбиваемости смесей с жидким стеклом при температурах до 600° С, когда происходит удаление влаги из смесей, увеличение выдержки с 20 до 60 мин практически не влияет на выбиваемость. Изменение выдержки в тех же пре­ делах при температурах 800° С и выше увеличивает трудоемкость

выбивки, так как сравнительно медленный процесс растворения

цов также может существенно повлиять на выбиваемость смеси. Расхождения в результатах испытаний одинаковых смесей, при­ веденных в некоторых работах, часто и объясняются различ­ ными выдержкой смеси при данной температуре и скоростью охла­ ждения. Необходимая длительность выдержки смеси при данной температуре должна обусловливаться скоростью физико-хими­ ческих процессов, протекающих в смеси при высоких темпера­ турах.

В форме нагревающиеся и расширяющиеся стержни испыты­ вают сжимающие усилия в результате усадки затвердевающей отливки. В условиях сжатия свойства нагретых и охлажденных стержней будут отличаться от свойств смеси в условиях свобод­ ного нагрева и охлаждения. Для более полной оценки выбиваемости смесей необходимо учитывать фактор сжатия в период нагрева и охлаждения.

Последнее из основных требований, которым должны отве­ чать методы определения выбиваемости, — это оценка трудоем­ кости выбивки в таких единицах измерения, которые в макси­ мальной мере соответствовали бы затратам энергии на выбивку реальных стержней. Это одно из самых трудно удовлетворяемых требований, так как на практике применяют многообразные способы разрушения стержней в отливках. Стержни и остатки формы удаляются из отливок на встряхивающих решетках, вибра­ ционных машинах, пневматическими зубилами, в гидрокамерах. Силы, действующие на стержень, по своему характеру различны. Одновременно действуют скалывающие, изгибающие и растяги­ вающие усилия. В опытных образцах очень трудно осуществить разрушение испытуемой смеси, характерное для практики. Однако имеющиеся методы в большей или меньшей степени отражают истинный характер разрушения стержней, хотя мерой трудоем­ кости выбивки часто служат косвенные характеристики процесса.

Из изложенного следует, что создать метод определения выбиваемости, полностью моделирующий процессы, происходя­ щие в реальных стержнях и формах, очень трудно. Можно только говорить о той или иной степени приближения каждого метода к истинным явлениям, происходящим в смесях при нагреве, охлаждении, под действием сжимающих усилий и при выбивке.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЫ

Наиболее просто воспроизвести в испытуемой смеси реальные условия литейной формы, используя технологическую пробу, т. е. отливку упрощенной конструкции, в большей или меньшей степени моделирующую какую-то группу отливок. Форма и раз­ меры технологических проб могут быть произвольными, однако