Файл: Разумов, В. Н. Технология литейного производства учеб. пособие.pdf

полагается на самой высокой точке отливки, то его це­ лесообразнее делать подобным выпору песчаной формы. Правда, для получения в одной половине кокиля се­ чение его берут плоским или полукруглым. В результате типичные конструкции выпоров и газоотводных каналов приобретают вид, показанный на рис. 60.

Рис. 60. Примерные конструкции выпоров и газоотводных каналов литейных форм

Наконец, необходимо так конструировать и изготов­ лять стержни и формы, чтобы при заливке не происхо­ дило вскипа, т. е. добиваться снижения рс ф.

Расчет избыточного давления рс ф для простейшего случая проведен Я. И. Медведевым и П. П. Бергом. Рас­ сматривая одномерный поток газа через поры стенки формы в прямолинейной трубке тока с постоянным сече­ нием ДF на постоянное расстояние I при сохранении неизменными температуры газа Тти газопроницаемости стенки формы k, а также при равномерном перепаде дав­ ления они получили право написать

Pep (V + dV) — V (рср + dpcp),

так как в рассматриваемом случае рср -- Р + Ро

Изменение объема газа в порах стенки формы dV определяется скоростью газовыделения в рассматривае­ мой трубке тока

dV' = ^ d x

2V т

136

и скоростью удаления газа фильтрацией его через стен­ ку. Последнюю можно для нашего случая найти с по­ мощью уравнения Дарси

у " _= kAF (р — pp) т

Подставив значение d V = d V —dV " и произведя со­ ответствующие математические преобразования, полу­ чаем

Полученный результат позволяет определить, что для снижения рСф в распоряжении технолога имеются следующие средства:

—уменьшение газотворности формовочной смеси, характеризуемой коэффициентом а;

—увеличение газопроницаемости формовочной сме­ си, определяемой с помощью коэффициента k\

—уменьшение пути фильтрации газа через стенку формы I.

Уменьшение газотворности формовочной смеси за счет рационального подбора ее состава будет изу­ чаться позже в разделе «Формовочные материалы и сме­ си». Пока же можно указать на одно из важных пра­ вил: надо вводить в смеси минимально необходимое ко­ личество газообразующих веществ. Обычно содержание органических веществ не превышает 5%, и влажность смесей для сырой формовки выдерживают от 4% в зим­ нее время, до 6% — в жаркое летнее время.

137

Газопроницаемость формовочной смеси; как следу­ ет из уравнения Дарси, равна

уменьшения сопротивления фильтрации через смесь. Последнее можно обеспечить увеличением пористости, т. е. применив более крупный песок и уменьшив его уп­ лотнение, а также созданием более гладких пор, т. е. применив пески с округлыми зернами и уменьшив коли­ чество пылевидных частиц в смеси. Но в формы с повы­ шенной пористостью проникнет не только газ, но и рас­ плав металла, поэтому увлекаться этим способом нель­ зя. Надо согласовывать газопроницаемость смеси с ее газотворностью, стремясь к применению смесей с малым коэффициентом а и нижним допустимым коэффициен­ том k.

Чтобы оценить эффективность уменьшения пути фильтрации газа через стенку формы Ю. П. Васин и П. В. Черногоров предложили ввести понятие о газо­ проницаемости стенки формы L, взяв ее равной

Экспериментальная проверка зависимости L от тол­ щины стенки формы х2, проведенная Ю . П. Васиным

и3. М. Васиной (см. рис. 61), показала:

—при постоянном перепаде давления р—ро газо­ проницаемость стенки формы L при уменьшении толщи­

ны стенки увеличивается по параболическому закону сначала медленно, а затем, когда стенка формы стано­ вится по толщине меньше 100 мм, быстро;

— при уменьшении перепада давления р—ро в п раз для получения той же газопроницаемости стенки фор­ мы L надо уменьшать ее толщину в те же п раз.

Таким образом, подтверждена высокая эффектив­ ность уменьшения толщины стенки формы от 100 до 5—20 мм. В практике литейного производства этот путь борьбы с газовыми раковинами в отливках исполь­ зуется давно. Так, при формовке крупных стержней

138

смесь слоем в 30—50 мм, а в очень крупных стержнях слоем в 60— 100 мм, располагают около стенок стержне­ вого ящика, а остальную внутреннюю часть стержня заполняют кусковым пористым материалом: горелым коксом, шлаком, керамзитом и т. и. В мелких стержнях различными методами устраивают газоотводные каналы внутри стержневой смеси. В последнее время широко применяют оболочковые стержни с толщиной стенок

от 5 до 20 мм.

Для уменьшения пути фильтрации газа в стенках форм применяют несколько способов. При ручной фор­ мовке чаще всего делают наколы специальной иглой. Наколы доводят почти до поверхности модели отливки, проводя их параллельно ожидаемому току газов. По дан­ ным Ю. П. Васина достаточно площадь сечения наколов иметь равной 2—3% от площади контакта металла с формой. Кроме того, в стенках опок и подопочных плит делаются газоотводные отверстия. При изготовлении крупных форм в их стенки заделывают перфорирован­ ные газоотводящие трубы, иногда заформовывают мо­ чальные канаты или горелый кокс. В формах машинной формовки применяют глухие газоотводы, выполняемые с помощью моделей, смонтированных вместе с моделью отливки.

Некоторые примеры способов улучшения газоотвода через стенки форм и стержней показаны на рис. 61.

L

Рис. 61. Зависимость L от х2 и некоторые способы улуч­ шения газоотвода через стенки форм и стержней

139

где ф — коэффициент газотворности, отнесенный к еди­ нице поглощенного тепла;

Ьг— коэффициент теплоаккумулирующей способно­ сти стенки формы;

т— пористость смеси в стенке формы; k — коэффициент газопроницаемости.

Эти расчеты также не вполне точны. Они не отра­ жают процесса роста и снижения р с ф во времени. По­ этому в особо ответственных случаях все еще приходит­ ся прибегать к экспериментальному изучению газового режима в стенках форм и стержней.

Газовые пузыри, внедрившиеся в расплав из стенки формы или стержня, всплывают над местом внедрения и могут успеть выделиться из расплава в полость фор­ мы. Но чаще они задерживаются верхней окислившейся пленкой расплава и образуют группу подкорковых рако­ вин в верхней части отливки. Газовые пузыри, внедряясь в затвердевающий расплав, обычно располагаются в ви­ де цепочки по пути всплывания или остаются там, где прорвали расплав, образуя местные подкорковые рако­ вины. Если же газ не в состоянии прорвать затвердеваю­ щую корку, он может прогнуть ее, образовав так назы­ ваемую газовую шероховатость. Таким образом, газы из стенок форм и стержней могут служить причиной об­ разования в отливках газовых дефектов, начиная от гру­ бых сквозных свищей при длительном вскипе и кончая газовой шероховатостью, но все эти дефекты распола­ гаются только там, где внедряются газы в металл и на пути их всплывания, что и позволяет отличать их от де­ фектов, образованных газами самого металла.

В последние годы начинает применяться метод из­ готовления отливок с помощью выжигаемых моделей. Модель из органического вещества не извлекается из формы, а постепенно выжигается расплавом в период заливки его в форму. В определенных случаях это позво­ ляет упростить процесс формовки и удешевить изготов­ ление отливки.

Выжигаемые модели чаще всего делают из пенопо­ листирола. Этот материал при нагреве выше 700° С пре­ вращается в газ, жидкие продукты и сажистый твердый