Саратовский Государственный Технический Университет

Методическое указание

к лабораторной работе

«Испытание формовочной смеси на газопроницаемость»

по курсу

«Технология металлов»

Саратов 2006

Цель работы: ознакомление студентов с основными технологическими свойствами формовочных смесей, методами их при­готовления, а также путем исследования газопроницаемости смеси определить, для какого вида литья пригодна данная смесь.

Общие сведения

Требования, предъявляемые к формовочным и стержневым смесям и их свойствам.

Чтобы обеспечить получение годной отливки, формовочные мате­риалы должны обладать свойствами, отвечающими определенным требо­ваниям: 1)технологии изготовления форм и стержней; 2)условиям взаимодействия формы с жидким металлом при заливке формы, затвер­девании и охлаждении отливки; 3)технологии приготовления формо­вочной смеси и стержневой смеси; 4)условиям выбивки форм и удале­ния стержней.

Пластичность- способность смеси деформироваться под действием приложенной нагрузки. Формовочные и стержневые сме­си должны обладать пластичностью, чтобы точно воспроизводить кон­фигурацию модели в форме. Таким свойством обладают материалы, ко­торые могут пластически деформироваться под действием слабых усилий, например, нажатия руки. Формовочные смеси имеют структуру, состоящую из зерен кварца, покрытых оболочкой связующего. Благо­даря силам сцепления, зерна кварца прочно соединяется между собой. Для отделения их друг от друга или перемещения необходимо прило­жить усилие сдвига, которое будет тем больше, чем выше вязкость связующего. Таким образом, чем выше вязкость связующего, тем ме­нее пластична формовочная (стержневая) смесь.

Прочность. Литейная форма (стержень) должна об­ладать определенной прочностью, которая достигается уплотнением формовочной (стержневой) смесей в процессе изготовления формы (стержня).

Огнеупорность- способность формовочных (стержневых смесей)противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Стенки полости формы при заливке металла нагреваются до температур, равных температуре металла. При заливке стали эта температура составляет 158О~155О°С, чугуна I34O~I4OO°G, алюминие­вых сплавов 7ОО-730°С. Вследствие этого температура плавления ма­териала Формы должна быть выше температуры заливаемого металла, т.е. формовочная смесь должна обладать высокой огнеупорностью -способностью выдерживать высокие температуры без расплавления. Благодаря высокой температуре и протекающим химическим реакциям на границе металл-форма могут образоваться легкоплавкие силикаты металла, проникающие в поры песчаной Формы. В результате на по­верхности отливок образуется пригар, ухудшающий чистоту ее поверх­ности.

Кроме температуры и химических реакций, на величину пригара влияет пористость формы, а также продолжительность теплового воз­действия жидкого металла на стенки формы. Чем выше огнеупорность формовочной (стержневой) смеси и чем более инертна она к химиче­ским реакциям при высоких температурах, тем меньше пригар на от­ливках. Во многих случаях стержни со всех сторон окружены жидким металлом и прогреваются им на всю толщину, поэтому стержневые смеси должны приготовляться из более огнеупорных песков.

Гигроскопичность- способность формовочной (стержневой) смеси поглощать воду из воздуха. Гигроскопичность зависит главным образом от свойств связующего, входящего в состав смеси. Гигроскопичность смеси должна быть минимальной, так как влагонасыщение поверхности Формы (в процессе сборки и выдержки на воздухе) может быть причиной образования газовых раковин в отлив­ке.

Долговечность- способность смеси почти не те­рять своих свойств при многократном использовании. Долговечность формовочной смеси является важной характеристикой, определяющей экономичность ее использования,

Формовочная (стержневая) смесь после заливки в Форму металла частично теряет свои первоначальные свойства. Такие смеси назы­ваются отработанными. Отработанные смеси подвергают регенерации -специальной обработке, при которой удаляются пыль, остатки связующих и т.д. При дальнейшей переработке смеси для повышения прочности в нее добавляют глину. Повторное использование отработанных формовочных смесей, их регенерация значительно снижают расход свежих формовочных материалов и повышают экономичность про­изводства.

Газотворность и газопроницаемость. При нагревании стенок формы (стержня) жидким металлом влага, входящая в состав формовочной смеси, связующие, добавки (опилки, уголь) образуют большое количество паров и газов. Свойство смеси выделять при нагревании пары и газы называется газотворной спо­собностью, пары и газы, образующиеся в слоях формы, соприкасаю­щихся с жидким металлом, под действием тепла расширяются и перемещаются как внутрь формы (по каналам между песчинками) так и через металл. Если сопротивление движению паров и газов по каналам между песчинками будет больше сопротивления движения газов через металл, то в отливке могут появиться газовые раковины. Для получения отливок без газовых раковин формовочная (стержневая) смесь должнаа пропускать газы, т.е. обладать высокой газопроницаемостью. Из стержней, выполняющих полости и отверстия в отливках, газы,образующиеся при разложении связующего, выделяются более интенсивно. Это способствует образованию газовых раковин в отливке. Поэтому стержневые смеси должны обладать особенно малой газотворной спо­собностью и высокий газопроницаемостью. Газопроницаемость смесей зависит от величины и формы зерен песка, от содержания глины я влаги, а также от степени уплотнения смеси при формовке.

В литейном производстве пористости и газопроницаемости смеси часто придают одинаковый смысл. Можно приготовить образцы с высо­кой пористостью, вместе с тем эти образцы не будут газопроницаемы, поэтому можно считать, что в отношении отвода газов имеют значение только те поры и каналы, которые соединяют внутреннюю часть формы с ее поверхностью. Формовочная смесь является газо­проницаемой, если через нее при заданном давлении в течение оп­ределенного времени проходит определенное количество газов.

В качестве единицы измерения газопроницаемости принимается количество см3 газа (воздуха), проходящего в I мин. через слой формовочной смеси площадью в 1 см и высотой в I см при разнице давления в I см водяного столба.

Определяется газопроницаемость пропусканием 2000 см3 воздуха комнатной температуры через стандартный образец диаметром, и высотой 5,0см. При этом фиксируют давление воздуха *р* перед об­разцом и время Т прохождения всего объема воздуха.

Величину газопроницаемости вычисляют по Формуле:

где V- объем воздуха, прошедшего через образец в см3, он равен 2000 см3;

h- выоота образца, в см, она равна 5 см;

F- площадь поперечного сечения образца в см2 , она равна

19,635 см2;

р - давление воздуха перед образцом в см водяного столба; Х- время прохождения через образец 2000 см3 воздуха в

мин.

Подставляя вместо буквенных выражений их значения, Формула примет вид:

Газопроницаемость смеси назначается для конкретных условий изготовления отливки.

В общем случае можно указать пределы изменения газопроницае­мости, ориентировочные значения которых приведены в табл.1.

Таблица I

Значения газопроницаемости для различных условий Формовки

Металл	Назначение смеси	Масса отливки, кГ	Газопроницаемость
Чугун	Для формовки:		10-30
	по сырому	1	30-80
	---	до 20	80-120
	---	до 2000	80-150
	по сухому	до 10000
Сталь	Для формовки:
	по сырому	до 500	80-120
	по сухому	до 5000	80-120
Бронза	Для формовки по сухому	---	30-80
Все сплавы	Стержни	---	80-120

ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ И МАТЕРИАЛЫ

2.Лабораторный копер (рис.2.).

З. Весы с разновесами.

4.Металлическая гильза с поддоном.

5.Секундомер.

6. Коробка для смеси.

7.Прибор для определения газопроницаемости (рис .З.).

8.Мензурка.

9.Кварцевый песок.

10. Крепитель.

11.Вода.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ

На лабораторных бегунках приготавливают формовочную смесь следующего состава:

сухой песок -.90%

глина - 10 %

ВОДа - 3-5%

Сухой песок и глину загружают в лабораторные бегуны и перемешивают в течение 2 мин. Затем добавляют отмеренное мензуркой необходимое количество воды и продолжают перемешивать ещё 8 минут.

Смесь выгружают из бегунов и приступают к изготовлению стандартных образцов на лабораторном копре (рис.2). Металлическую гильзу 9 устанавливают в поддон 4, и в неё всыпают навеску(150- 170г) формовочной смеси; при этом следят за тем, чтобы поверхность насыпаемого слоя смеси была горизонтальной. Подъёмником 8 копра поднимают шток 2 и груз 3; на станину устанавливают поддон с гильзой, осторожно и плавно опускают боёк 7,закреплённый на штоке 2, в гильзу до соприкосновения со смесью.

После этого вращением рукоятки 6 и экецентрика 5 уплотняют смесь тремя ударами груза 3 весом 6,35 + 0,015 кг, падающего с высоты 50 + 0,25 мм. Высота образца в гильзе после уплотнения должна быть 50+0,8 мм. Эту высоту контролируют по трем горизонтальным рискам, нанесенным через 0,8 мм на стойке I станины. Совпадение верхнего торца штока 2 со средней риской соответствует высоте образца 50 мм. Крайние риски указывают на допустимые от­клонения.

После уплотнения гильзу с поддоном снимают с копра, отделяют поддон от гильзы и образец вместе с гильзой готов к испытанию.

Определение газопроницаемости производятся на специальном приборе (рис.3).

Перед испытанием необходимо подготовить прибор. Для этого установить его с помощью установочных винтов в строго горизонтальном положении (горизонтальное положениe укажет «уровень»); шкалу манометра установить так, чгобы её «0» находился на уровне миниска трубки манометра.

Газопроницаемость образца, определяется следущим образом. Трехходовой воздушный кран 10 прибора ставят в положение «открыто» и осторожно поднимают колокол 3 до тех пор, пока отметка «X», имеющаяся на колоколе, не совпадет с верхней кромкой бака 5 после этого кран прибора переключают на положение "закрыто" Гильзу с изготовленным образном 7 вставляют в чашку 9 затвора к поворотом гайки плотно закрепляют. Кран 10 ставят на положение «испытание»; колокол 3 начинает опускаться. При совпадении отметки "О* на колоколе с краем 5 бака включают секундомер; при прохождении отметки 1000 фиксируют по манометру 12 давление воздуха «P» под испытываемым образцом, а при прохождении отметки 2000 останавливают секундомер и фиксируют время, в течение которого через образец прошло 2000 см3 воздуха. Трехходовой кран ставят в положение "закрыто".

Зная «Р» и «T» по Формуле находят газопроницаемость смеси. За показатель газопроницаемости принимают среднее арифметическое результатов испытания трех образцов. Если результат одного испытания отличается от среднего арифметического более чем на 10%, испытание повторяют на трёх новых образцах.

По значению полученной газопроницаемости из таблицы 1 опреде­лить, для какого вида литья пригодна смесь.