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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 124

Скачиваний: 1

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

сложной технологической задачи, как обеспечение гарантии полу­ чения отливок без газовых поверхностных и объемных дефектов. Действительно, могут быть случаи, когда при сравнительно вы­ сокой газопроницаемости величина пропускной способности формы или стержня окажется недостаточной для отвода образующихся газов (сложные стержни с малым значением F и большим значе­ нием /) и, наоборот, даже при небольшом значении газопроницае­ мости (мелкие пески и большая плотность) тонкостенные оболоч­ ковые формы и стержни будут иметь сравнительно высокую про­ пускную способность.

Рис. 19. Схема фильтрации газов:

а, б — п л о с к о п а р а л л е л ь н о й ;

в, г — р а д и а л ь н о й ; д — в п у с т о т е л о м

с т е р ж н е ; е — в ф о р м е

Во многих формах и стержнях газовый поток не будет плоско­

параллельным. В формах

возникает расширяющийся газовый

поток, а в стержнях — сужающийся. Это означает, что при равной газопроницаемости пропускная способность форм выше пропуск­ ной способности стержней. Последнее обстоятельство и более тя­ желые условия работы стержней могут быть объяснением того

факта, что причиной образования

газовых раковин

в отливках

в большинстве случаев являются стержни, особенно

I — I I I клас­

сов сложности по классификации

И. Б. Куманина.

 

Для расчета пропускной способности необходимо знать среднее или приведенное сечение газового потока Fnp. В общем случае формула для определения приведенного сечения газового потока

форм

и стержней при установившейся фильтрации имеет

вид

[17]

 

 

 

 

 

 

Fnp =

- r L

>

 

 

 

 

(17)

 

 

 

 

 

 

 

J

F{1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

где

/ — длина

пути фильтрации

газа;

 

 

 

 

 

F

(/) — функция

изменения

площади

газового потока

в зави­

 

 

симости от

/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для круглых цилиндрических стержней типа «в»

(рис.

19)

формула

(17) принимает

вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

2it (гх — r2) L

Si — S 2

 

 

 

/1 о\

 

 

i

n p

~

In/-! — 1пл2

~~ \nS1

— \nS2

'

 

 

{ 1 0 )

где

5 2 — величина

входной поверхности

(поверхности

контакта

 

 

металла

со

стержнем);

 

 

 

 

 

 

 

S2 —

величина

выходной поверхности (знака);

 

берется

 

L — длина

рабочей

части стержня;

для

расчета

 

 

 

максимальная длина пути фильтрации газа в целом по

 

 

стержню.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для шарообразного стержня диаметром 2i?i с точечным отво­

дом (радиус отверстия R2)

газа

из центра

шара

(Rx > R2)

приве­

денное сечение

газового

потока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fnp=

* ] ~ R * = 4 я а д , .

 

 

 

(19)

 

 

 

 

 

 

f

dR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4nR2

 

 

 

 

 

 

 

В телах произвольной формы (см. рис. 19, д, е) нахождение

точного

значения

Fnp

затруднительно из-за невозможности

рас­

крытия функции F (/). В этом случае формула (18) дает прибли­

женные

значения

Fnp.

 

 

метод графического

определе­

 

Иногда оказывается пригодным

ния приведенного сечения газового потока. Для этого необходимо знать конфигурацию полей фильтрации газа. Поверхность сечения газового потока изменяется по пути фильтрации газа / от рабочей поверхности стержня до знака, проходя через ряд промежуточных поверхностей F{ (рис. 20), которые вместе с плоскостью знака образуют семейство геометрических тел. Если есть возможность

вычислить величину поверхности F'

Ft, то можно вычислить Fnp

по приближенной формуле

 

Для шарового стержня (рис. 2 ) поверхность Ft- можно при­

нять

за

сферы, опирающиеся

на

знак размером 2г0 ;

поверх­

ность

Ft

можно вычислить, зная Д/г и г0 . В стержне-параллеле­

пипеде

поверхность

Ft можно

принять за усеченную

призму,

а в стержне-конусе

— за полный

конус.

 

44

В табл. 6 приведены результаты графического расчета Fnp для трех семейств стержней, имеющих одинаковую поверхность знака (с учетом высоты знака). Наибольшую скорость уменьшения Ft при уменьшении высоты стержня имеет шаровой сегмент, а наи­ меньшую — конус.

Область фильтрации в реальных формах состоит из нескольких участков, которые могут быть расположены последовательно (стержень + форма), параллельно (стержень с двумя знаками) или в смешанном порядке (стержень с двумя знаками + форма).

Рис.

20.

К расчету Fnp в

различных

стержнях:

F і — и с т и н н о е п о л о ж е н и е

п о в е р х н о с т и

г а з о в о г о

потока;

F

— п р и б л и ж е н н о е п о л о ж е н и е

г а з о в о г о потока; Ндн

— высота з н а к о в о й части

с т е р ж н я ;

А1

— р а с с т о я н и е м е ж д у д в у м я

п о с л е д о в а т е л ь н ы м и

п о л о ж е н и я м и п о в е р х н о с т и F'

Каждый участок имеет индивидуальное значение Mt; в целом они образуют единое поле фильтрации, характеризующееся некоторым общим (приведенным) значением пропускной способности.

При последовательном расположении обратная величина при­ веденной пропускной способности М П Р равна сумме обратных ве­ личин пропускных способностей М І отдельных элементов [95], а определяющим элементом является элемент, имеющий наимень­ шее значение М ( :

1=1

При параллельном расположении газовых потоков общая про­ пускная способность складывается из пропускных способностей отдельных направлений фильтрации, а определяющим является направление с наибольшим значением Mt

M „ p = S %

(22)

Таблица 6

Геометрические характеристики области фильтрации некоторых стержней (высота знака 10 см)

Т и п с т е р ж н я и п р и б л и ж е н н а я в е л и ч и н а F ( . ( р и с . 20)

Прямоугольный

параллелепипед

 

 

 

 

 

 

 

4 / 2

 

 

 

 

Fi=L*

+

\-H;

L m n < L < L Q

L

— сторона

 

L 0 =

40 см

призм F',

малого основания

 

F",

. . .,

F"

,

 

 

 

Полный

круглый

прямой

конус

 

 

^ - =

я ' о ] Л о + л 2

;

0^h<H

 

 

 

 

 

г0

=

22,5 см

 

h — высота конусов

F',

F", . . ., F"

Шаровой

сегмент

 

 

 

 

FI

=

Ыг2

— 2nrh;

h=

r — y

r2 — r20

 

 

 

 

 

r0

=

22,5 см

 

• h — высота сегментов п

В ы с о т а с т е р ж н е й Н в см

Г е о м е т р и ч е с к а я

 

 

 

 

 

х а р а к т е р и с т и к а

 

 

 

 

 

0

10

20

40

80

120

Z-о,

СМ

40,0

28,4

23,0

18,0

13,0

11,1

S,

см2

1600

3200

4800

8000

14 400

20 800

FПр, см2

1600

1780

1880

2260

3 200

3 780

^max, СМ

10

24,3

34

54

93

131

^ щ / ' т а х > СМ

160

73,0

55,3

41,8

34,5

28,9

S,

см2

1600

1730

2120

3240

5 840

8 600

'max, СМ

10

20

30

50

90

130

Fnp, см2

1600

1615

1660

1830

2 460

3 030

FnplIJHI см

160

80,7

55,4

36,6

27,4

23,4

S,

см2

1600

1980

2820

6400

22 630

46 650

' ш а х, см

10

20

30

50

90

130

Fпр* см2

1600

1670

1780

2130

3 180

4 460

Fпр-тах СМ

160

83,5

59,4

42,6

35,4

34,4

'max — м а к с и м а л ь н а я д л и н а п у т и ф и л ь т р а ц и и газа в с т е р ж н е о п р е д е л я е т с я г р а ф и ч е с к и .

Наряду с пропускной способностью в качестве важнейшей геометрической характеристики области фильтрации газа в форме или стержне является приведенная длина стержня 1пр:

 

 

 

/П р = 4 ^ -

 

 

 

(23)

 

 

 

" пр

 

 

 

 

Для стержней

различных классов

сложности

1пр

изменяется

в широких

пределах:

 

 

 

 

 

Класс

сложно­

 

 

 

 

 

сти стержня

I

II

II I

IV

 

V

1пр в см . .

>1000

400—1000 150—400

50—150

До 50

У обычных форм (сырых и высушиваемых) 1пр

=

5ч - 30 см, а

у оболочковых и тонкостенных 1пр = 0,5ч-10 см.

 

 

Значения 1пр

относятся к стержням без вентиляционных уст­

ройств; при их выполнении (наколы, полые стержни) 1пр может уменьшиться в 5—20 раз [95]. Следовательно, вентиляционные устройства позволяют (с точки зрения газового режима) понизить класс сложности стержней и соответственно уменьшить величину газового давления в стержне (или потребную газопроницаемость смеси).

СВЯЗЬ МЕЖДУ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬЮ СМЕСЕЙ, ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ И КАЧЕСТВОМ ОТЛИВОК

Теоретическая зависимость между газопроницаемостью и усло­ вием образования газовых раковин выражается формулой (6)

Я- И. Медведева, а также формулами других

исследователей.

 

Формула А. А. Рыжикова и А. Ф. Спасского [125] для расчета

газопроницаемости в момент наступления

максимума давления

(т —> 0) имеет следующий вид:

 

 

 

т APmax

(24)

 

 

 

где

(д, — вязкость газа;

 

 

рн — нормальное

давление;

 

 

q — константа газообразования;

 

 

Т — температура

газа в °К;

 

 

m — пористость

смеси;

 

 

А/Ртах — допустимое

максимальное избыточное газовое дав­

 

ление, исключающее проникновение газовых пу­

 

зырьков из формы в отливку;

 

Ф (F0) — функция критерия Фурье (критерия гомохронности процесса).

и . Б. Куманин и Мын Шуан-Фынь предложили для значений т - > 0 следующую формулу:

 

 

 

 

К-

0,79

-

ю - у

^

-

д

2

 

 

 

 

(25)

 

 

 

 

 

 

m{p\-p\f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

рх

— давление газов на поверхности

раздела

металл—

 

 

 

стержень

в

кгс/см2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•ф — удельное

газовыделение

 

в

г/кал

(см. раздел

 

 

 

«Газотворность»);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ьф — коэффициент

теплоаккумуляции

формы

или

 

 

 

стержня

в

 

ккал/(м2-чУ2-град);

 

 

 

 

 

 

К — коэффициент

фильтрации

(газопроницаемости

 

 

 

в

см*/(г-сек);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т — пористость;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

їм и

їф

— температура

поверхности металла

и формы в °С;

 

 

р 2

— атмосферное

давление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пока еще нет достаточных сравнительных данных для оценки

точности

и области применения предложенных

формул

(6),

(24)

К

 

 

 

 

 

 

 

и

(25),

однако

учет

влияния

 

 

 

 

 

 

 

длительности

 

 

погружения

60

 

 

 

 

 

 

 

стержня

 

в металл в значитель­

 

 

 

 

 

 

 

ной степени

повышает

точность

 

 

 

 

I

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

формулы

(6), что

позволяет

ре­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

комендовать ее для расчета раз­

40

 

 

 

 

 

 

 

личных

 

параметров

газового

30

 

 

 

 

 

 

 

режима литейных форм.

 

 

 

 

 

п'•8%

 

Влияние

газопроницаемости

20

 

 

 

 

смеси

на

образование

газовых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6%

раковин

 

в

отливках

изучали

 

 

 

 

 

 

 

W

 

 

 

 

 

/, о/

многие

исследователи

[60,

Г92,

 

 

И

 

 

И/ =0%

200

и

др. ]. Однако некоторые

1200

то

то

то °с

выводы

 

этих

исследователей

носят

случайный

или

частный

 

 

Рис.

21. Образование

газовых

рако­

характер, так как условия про­

вин в зависимости от газопроницаемо­

ведения

 

опытов

полностью

не

сти

k, температуры заливки

металла

были

раскрыты

(величины

М,

 

и

влажности

формы:

 

 

 

/ —

о б л а с т ь

г о д н ы х отливок; / / — о б л а с т ь

т3 , а и другие

параметры).

 

 

На рис. 21 приведены экспе­

 

отливок

с газовыми

р а к о в и н а м и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

риментальные

данные

П.

П.

Берга [11] критических величин газопроницаемости смесей при различной их влажности и различной температуре заливки форм Из рис. 21 следует, что с повышением температуры заливки форм от 1200° до 1300° С требуемая величина критической газопрони­ цаемости смесей уменьшается в зависимости от влажности смесей в 2—4 раза.

Влияние величины пропускной способности форм и стержней М на первый максимум газового давления в стержне, наступающего в начале заливки, приведено в табл. 7, а чугунные отливки, полу-

48

Смотрите также файлы