Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
Кинетическое вспенивание гранул полистирола осуществляется несколькими способами. Одним из них является способ вспенивания гранул во встречном потоке гранул и пара, при котором по трубопроводу инжектируются воздухом гранулы полистирола и подается пар под давлением по ходу движения гранул. Нагрев гранул и их вспенивание происходят в совместном движении паровоздушной среды и гранул полистирола. Производительность такой установки зависит от взаимной скорости перемещения паровоздушного потока и гранул [11].
При кинетическом способе вспенивание гранул осуществляется в лопастных и шнековых мешалках, в камеру которых подаются непрерывно или дискретно гранулы полистирола и острый пар при давлении 50-180 кПа. На вспенивание 1 кг гранул полистирола необходимо обеспечить расход не менее 0,3-0,5 кг пара. По мере вспенивания гранулы перемещаются лопастями мешалки или шнеком к разгрузочному окну. Насыпная масса пенополисти-рола регулируется или положением разгрузочного окна, или скоростью перемещения гранул в процессе вспенивания. Установки,
51
работающие по такому принципу, имеют высокую производительность и применяются в цехах средней и большой мощности. В современных автоматических установках вспенивание гранул полистирола и последующая их сушка происходят в одном агрегате, что значительно сокращает общий цикл подготовки пенополисти-рола.
Динамический способ вспенивания гранул полистирола основан на непрерывном течении пара через неподвижный объем гранул при атмосферном давлении с удалением отработанного пара. При таком процессе поверхность гранул освобождается от конденсата, который затрудняет теплообмен между паром и гранулами; кроме того, отсутствие избыточного давления в камере способствует свободному расширению гранул, что позволяет получать модели с минимальной объемной массой (рис. 2.8) [12].
1 2 3
О 30 60 90 120 150 180 210 Время вспенивания, с
Рис. 2.8. Зависимость насыпной массы гранул полистирола при динамическом способе вспенивания паром при температуре: 1 — 135 °С; 2 — 120 °С; 3 — 105 °С; пунктиром показана зависимость при статическом вспенивании в паровой ванне
Предварительное вспенивание гранул полистирола можно производить в потоке горячего воздуха при температуре 100-110 °С, однако цикл вспенивания при таком процессе более длителен, чем в водяной ванне или паром, ввиду низкого коэффициента теплообмена [11].
Разработан способ вспенивания гранул полистирола в электромагнитном поле высокой частоты (ТВЧ), при котором гранулы
52
предварительно смачиваются водой, содержащей электролит. Преимущество способов вспенивания в потоке горячего воздуха и ТВЧ по сравнению с другими состоит в том, что после вспенивания не требуется последующая сушка [11].
Все вышеприведенные способы вспенивания гранул полистирола не всегда обеспечивают требуемое качество моделей. Для получения гранул необходимой насыпной массы используются различные способы внешнего воздействия на гранулы в процессе их вспенивания. По данным [14, 15], для получения качественных моделей регламентируется их объемная плотность в пределах 16-24 кг/м3. Для получения моделей с такой плотностью используются два способа вспенивания. По первому способу вспенивание производится паром в вакууме, что обеспечивает снижение насыпной плотности гранул до 16-20 кг/м3. Модели из таких гранул применяют для получения отливок из стали, ковкого и серого чугунов. При втором способе в процессе вспенивания используется повышенное давление, создаваемое сжатым воздухом, что позволяет получать гранулы пенополистирола с насыпной плотностью 20-21 кг/м3. Модели из такого пенополистирола рекомендуется применять для получения отливок из алюминиевых сплавов и чугуна.
После вспенивания гранулы полистирола подвергаются сушке и активации. Сушка осуществляется или в потоке теплого воздуха при температуре 25-30 °С, или стационарно при нормальной температуре под вытяжным зонтом. Процесс активации гранул связан с изменением агрегатного состояния порообразователя и диффузионными процессами, протекающими в объеме гранул после их вспенивания. При охлаждении гранул порообразователь конденсируется, вследствие чего в порах гранул образуется вакуум, который заполняется воздухом; в результате возрастает способность гранул к повторному расширению, которое обеспечивает их спекание при повторном нагреве в замкнутом объеме пресс-формы. Процесс активации гранул протекает во времени при взаимной диффузии воздуха вовнутрь гранул и паров порообразователя из гранул. Первоначально процесс диффузии воздуха превалирует над процессом обратной диффузии порообразователя из гранул, однако по мере заполнения вакуума эти процессы сначала взаимно уравновешиваются, а затем начинает превалировать процесс диффузии порообразователя. Процесс активации гранул продолжается от 2 до 12 ч, после чего в течение 12 ч пенополистирол сохраняет свою активность, а затем она начинает падать. Исследования
53
и практика показывают, что хранение пенополистирола более 24 ч снижает его активность и делает непригодным для получения качественных моделей. Для уменьшения потерь порообразователя применяют вещества с большой молекулярной массой, такие как изопентан (СН3)2СН СН2СН3 с молекулярной массой 72,5 и пентан СН3(СН2)зСН3 с молекулярной массой 72,15.
