3.10. Расчет высоты наполнительной рамки

Масса формовочной смеси, находящейся в литейной форме, в процессе уплотнения остается постоянной. Поэтому степень уплотнения, оцениваемая средней по объему формы плотностью  (кг/м³) смеси изменяется при прессовании обратно пропорционально изменению высоты смеси в опоке.

В отдельных вертикальных объемах формы изменение плотности также приближенно можно считать обратно пропорциональным измене­нию высоты каждого из этих столбов, если пренебречь частичным горизонтальным перетеканием смеси между ними. Логически целесообразно выделить в смеси объемы, находящиеся над моделью и вокруг нее.

На основе этих допущений рас­считывают элементы технологической оснастки, используемой при прессовании.

Если в опоке отсутствует модель или же она настолько мала, что ее объемом можно пренебречь (рис. 13), то условие постоянства массы смеси в опоке до и после прес­сования запишется следую­щим образом:

,

(25)

где ₀ и  – средняя плотность смеси до и после прес­сования, кг/м³;

H – высота опоки, м;

h – высота наполнительной рамки, м;

F – площадь опоки в свету, м².

Отсюда получаем формулу для высоты наполнительной рамки при прессовании опоки без модели плоской жесткой прессовой колодкой:

.

(26)

При прессовании плоской жесткой прессовой колодкой опоки с моделью, имеющей объем V_м (м³) (рис. 14), условие постоянства массы смеси до и после прессования будет иметь вид:

,

(27)

Отсюда высота наполнительной рамки для случая прессования опоки с моделью плоской жесткой прессовой колодкой составит:

.

(28)

Величина V_м/F называется приведенной высотой модели (при рас­пространении объема модели на всю площадь опоки F), а (H – V_м/F) – приведенной высотой опоки (с учетом модели).

Рис. 13. К расчету наполнительной рамки (опока без модели)

Рис. 14. К расчету наполнительной рамки (опока с моделью)

Сравнение выражений (26) и (28) показывает, что высота наполнительной рамки для опоки с моделью меньше, чем для опоки без модели на приведенную высоту модели. Причем, чем больше объем модели, тем меньше получается для одной и той же опоки высота наполнительной рамки. Такой результат очевиден, поскольку при одной и той же опоке при наличии модели масса смеси меньше, чем при ее отсутствии.

3.11. Влияние вибрации на уплотнение прессованием

Вибрацией называются вынужденные колебания, имеющие высо­кую частоту и малую амплитуду. При изготовлении литейных форм на машинах вибрацию используют при извлечении моделей из формы, для чего на модельной плите устанавливается вибратор (обычно пневма­тический). Вибрация модельной плиты и модели во время съема облегчает отделение модели от формы и уменьшает возможность прилипания и повреждения формы.

Вместе с тем, вибрация может быть использована и для уплотнения литейных форм. При действии вибрации на формовочную смесь происходит непрерывное изменение взаимного расположения ча­стиц смеси, вследствие того, что они совершают колебательные движения. При этом увеличивается вероятность возникновения ком­бинаций их расположения, благоприятных для деформации уплот­нения смеси.

Непрерывная подвижность частиц или зерен смеси при вибрации способствует уменьшению как внутреннего, так и внешнего трения формовочных смесей при их уплотнении.

На практике с большим успехом уплотнение с помощью вибра­ции используют для грунтов и бетонов, и применительно к этим материалам оно изучено наиболее полно. Так, установлено, что при вибрации коэффициент внутреннего трения грунтов резко падает, а скорость деформации уплотнения сильно возрастает, и тем резче, чем больше частота вибрации. В качестве характеристики интенсивности колебаний, от которой зависит эффект действия вибрации на грунт, принимают величину ускорения колебаний Af², где A – ампли­туда, а f – частота. Величину Af² рекомендуется брать не ниже 23 g, где g – ускорение силы тяжести.

Рассмотрим распространение в среде формовочной смеси плос­кой волны колебаний в направлении некоторой оси z, перпендику­лярной к стенке модели. Примем, что поглощение энергии в слое пропорционально количеству энергии J, подводимой к этому слою, и его толщине dz:

,

(29)

где  – коэффициент затухания колебаний в данной среде.

Интегрируя выражение (29), найдем величину энергии

.

(30)

где C – постоянный коэффициент.

Выделим на линии распределения волн два сечения на расстояниях z₁ и z₂ от источника колебаний. Для этих сечений в соответствии с (30) имеем

,	(31)
,	(32)

откуда отношение энергий составит

.

(33)

Энергия колебаний пропорциональна квадрату амплитуды A, сле­довательно, уравнение (33) можно переписать в виде

.

(34)

Возведя обе части во вторую степень, получим окончательно выражение

.

(35)

Уравнение (30) свидетельствует о том, что амплитуда колебаний быстро уменьшается с расстоянием.

Эксперименты многих исследователей показали, что при прес­совании с вибрацией процесс уплотнения формовочной смеси заканчивается, и плотность стабилизируется всего за 810 с. Дальнейшая выдержка под прессом и вибра­ция являются бесполезными. С другой стороны, при одинаковой продол­жительности прессования с вибрацией плотность смеси получается хорошей уже при средних давлениях прессования. Так, при прессовании с одновременной вибрацией длительностью в одну секунду и давлении прессования 0,50,6 МПа, достигается средняя плотность смеси 16501700 кг/м³.

При диафрагменном прессовании быстросохнущих фор­мовочных смесей на жидком стекле наблюдается наличие порога текучести, т. е. резкого увеличения подвижности смеси при частоте вибрации 100 Гц.