Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
Активность гранул или их способность к максимальному расширению при повторном нагреве в пресс-форме имеет решающее влияние на качество модели при равных условиях заполнения
56
пресс-формы и термовременных режимов ее обработки. Активность гранул можно определить по формуле
А = 1 - Ьна.9 У
где Ymin — минимальная объемная плотность вспененного полистирола, кг/м2; у — расчетная объемная плотность модели, кг/м .
При равенстве минимальной и расчетной плотностей А = 0, и получить качественную модель в таком случае не представляется возможным.
В зависимости от теплоносителя и его воздействия на процесс спекания гранул пенополистирола в пресс-форме различают следующие способы производства моделей: ванный, автоклавный, внешний тепловой удар, внутренний тепловой удар, ТВЧ и комбинированные.
Ванный способ изготовления моделей отличается простотой, не требует сложного оборудования, и поэтому он получил применение на ранней стадии получения моделей и освоения ЛГМ. При данном способе пресс-форма, заполненная гранулами пенополистирола, погружается в водяную ванну при температуре 100 °С и выдерживается в ней определенное время, в течение которого происходит спекание модели. Для повышения температуры воды в ванне в нее добавляют водорастворимые соли. Многочисленные исследования ванного способа изготовления моделей показали, что получить модель удовлетворительного качества данным способом можно только при высокой активности гранул, т. е. с увеличенной объемной плотностью в пределах 30-40 кг/м . Это объясняется особенностями тепломассопереноса в системе вода—пресс-форма—модель и пластическими свойствами полистирола. При ванном способе передача тепла от воды к пенополистиролу осуществляется через стенки пресс-формы за счет теплопроводности. При нагревании пресс-формы первоначально формируется поверхностный слой модели, который в силу низкой теплопроводности пенополистирола препятствует нагреву внутренних слоев модели, температура которых находится в пределах 75-85 °С, т. е. является близкой к стеклованию полистирола. Максимальная деформация полистирола в области пластического состояния находится в интервале температур 120-135 °С. При температуре 100 °С величина пластической деформации составляет 20-30 % от максимальной.
57
Зависимость деформации полистирола от температуры представлена на рис. 2.9.
и 10 г
о
60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
Температура, °С
Рис. 2.9. Деформация полистирола в зависимости от температуры
Время выдержки пресс-формы в кипящей воде при ванном способе изготовления моделей можно определить по формуле [6]
т=Н>?,
а
где 8 — половина толщины стенки модели, мм; а — коэффициент температуропроводности, м2/ч.
При добавлении солей кальция температуру кипения воды можно поднять до ПО °С. Это дает возможность получать модели с качественной поверхностью объемной плотностью 20-25 кг/м^, однако при толщине стенки модели более 20 мм гранулы в средних слоях ее остаются слабо спеченными и образуют рыхлую структуру, что существенно снижает механические свойства модели. Существенным недостатком ванного способа изготовления моделей является их высокая влажность после извлечения из пресс-формы (до 20 %). Поэтому модели, получаемые данным способом, должны проходить длительную сушку.
При автоклавном способе изготовления модели пресс-форма, заполненная гранулами пенополистирола, помещается в автоклав, в который подается острый пар при температуре 110-120 °С под давлением 0,13-0,145 МПа. Для получения качественных моделей
58
необходимо обеспечить постоянную подачу 1,0 кг пара в минуту. На 1 кг модели расходуется от 4 до 40 кг пара в зависимости от толщины стенок модели. Пресс-форма выдерживается в автоклаве необходимое время для спекания модели, после чего пар стравливается из автоклава, и пресс-форма извлекается. Затем пресс-форма охлаждается в воде при температуре 15-20 °С, и модель извлекается. В автоклаве процесс теплообмена осуществляется как за счет проникновения перегретого пара внутрь пресс-формы через венты, установленные в ее стенках, так и за счет теплопроводности через стенки пресс-формы. Для качественного спекания модели необходимо, чтобы площадь отверстий вент составляла не менее 2 % от рабочей поверхности пресс-формы. Наличие конвективного и стационарного процессов теплопередачи к гранулам пенополистирола и высокой температуры теплоносителя в автоклаве обеспечивает получение моделей высокого качества при объемной массе 18-22 кг/м3. Продолжительность цикла изготовления модели в автоклаве определяется экспериментально для каждой партии полистирола в зависимости от толщины стенки модели, конструкции пресс-формы, температуры и давления пара. На рис. 2.10 представлена зависимость продолжительности спекания моделей от давления пара и толщины стенок модели в медицинском автоклаве при расходе пара менее 0,2 кг/мин. При увеличении расхода пара до 1 кг/мин время спекания моделей снижается более чем в 10 раз при значительном улучшении качества.
При толщине стенок модели менее 10 мм пресс-форма может не иметь перфорации. Процесс спекания модели в этом случае осуществляется за счет передачи тепла через стенки пресс-формы, т. е. теплопроводности. Воздух при заполнении пресс-формы гранулами выводится через ее разъем.
