Литье по газифицируемым моделям - Шуляк B.C.
ISBN 978-5-91259-011-5
Скачать (прямая ссылка):
При производстве отливок из стали применяют цирконовые пески, которые обладают высокой огнеупорностью (до 2000 °С), низким коэффициентом теплового расширения и более высокой по сравнению с кварцевым песком теплопроводностью [9]. Некоторые зарубежные фирмы применяют для формовки оливиновые пески, которые имеют повышенную огнеупорность, низкую химическую активность, не вызывают заболеваний силикозом.
Однако использование природных сыпучих огнеупорных материалов (песков) при ЛГМ показало, что они не полностью соответствуют вышеперечисленным требованиям. Кварцевые пески имеют повышенный коэффициент расширения при нагревании, что приводит как к снижению точности отливок, так и к образованию поверхностных дефектов при литье из черных сплавов. Кроме того, в силу своей угловатости эти пески плохо уплотняются в узких каналах, для них характерно повышенное пылеобразование в процессе эксплуатации.
В 1994 г. университетом Бирмингема (шт. Алабама, США) были представлены материалы по разработке двух марок синтетического
272
огнеупорного керамического материала, специально созданного для ЛГМ-процесса. Исходным сырьем являются порошкообразные алюмосиликаты, из которых при помощи связующего и воды формируют мелкие округлые частицы, потом гранулы сушатся и спекаются при температуре 1470-1649 °С. Затем материал рассеивается по фракциям. В процессе спекания материал зерна приобретает кристаллическую структуру, высокую твердость, износостойкость и термическую стабильность, низкий коэффициент термического расширения и высокую способность к регенерации. Округлая форма зерен обеспечивает хорошую текучесть и уплотняемость вибрацией. Были представлены две разновидности керамического материала: ГО и ЬО, химический состав которых представлен в табл. 6.4, термические свойства — в табл. 6.5, минералогический состав — в табл. 6.6, физические свойства — в табл. 6.7. Исследование гранулометрического состава и газопроницаемости проводилось по системе компьютерного моделирования литейных процессов АБ8, принятой в США. Всего было представлено по 6 марок каждого материала, которые отличались зерновым составом и соответствовали отечественным пескам зернистостью от 0,63 до 0,16.
Таблица 6.4
Химический состав керамических материалов, %
Минерал Керамика ГО Керамика ІГО
А1203 75 48
8Ю2 11 48
ТЮ2 3 2
Ре203 9 1
Прочие 2 1
Таблица 6.5
Термические свойства керамических материалов
Свойства Керамика ГО Керамика ІГО
Расширение линейного изменения, % 0,65 0,61
Коэффициент теплового расширения, 1 • 10Г6 дюйма/(дюйм • °С) 6 5,56
Теплопроводность, Вт/(см • °С) 0,0066 0,0068
Теплоемкость, Вт/(с ¦ г • °С) 1,142 1,180
Температуропроводность, см/с2 0,0028 0,0033
273
Таблица 6.6
Минерал Керамика Ю Керамика 1Ю
Муллит 52 75
Корунд 48 13
Бета-кристобалит 0 12
Кварц 0 0
В 1995 г. фирма «Мэркюри Марин» стала применять керамический материал при производстве отливок по ЛГМ. Он обеспечил необходимую размерную точность, показал хорошую текучесть и уплотняемость, термостойкость и низкое пылеобразование при эксплуатации и регенерации. Это позволило фирме производить шестицилиндровые блоки двигателя автомобиля. Было также установлено, что новый материал сокращает время заполнения опоки песком при формовке и его уплотнения вибрацией, что увеличивает производительность на линиях. В настоящее время керамический синтетический материал легких марок применяют во многих литейных цехах в США и других странах для производства отливок ЛГМ-процессом.
Уплотнение формы. Уплотнение формы из песка осуществляется вибрацией. На рис. 6.10 представлена зависимость уплотняе-мости кварцевого песка от амплитуды и частоты вибрации, из чего следует, что максимальная плотность песка достигается при отно-сно2
шении-> 5, где а — амплитуда.
8
0 1 2 3 4 5 6
п = а со 1%
Рис. 6.10. Зависимость уплотняемости песка от частоты колебаний
274
Минералогический состав, %
Загрузка формы из песка при вибрации снижает уплотняемость, причем уплотнение песка начинается при определенном значении п, которое зависит от удельного давления груза на форму (рис. 6.11). Снижение плотности формы при наличии груза объясняется увеличением сопротивления сдвигу песка при вибрации, величина которого определяется уравнением [10, 11]
т = т0е-/{а-а°\
где то — сопротивление сдвигу при статической нагрузке; а — ускорение колебаний при данной возмущающей силе; а§ — начальное ускорение, при котором происходит сдвиг; / — постоянный коэффициент, равный для песка 0,003 с2/см. Напряжение сдвига описывается уравнением
где (5х — нормальное напряжение, которое для песка определяется как <з2 =у^, где уп — плотность песка; 2 — расстояние от верха формы до расчетного сечения. При наличии груза С удельное давление на песок составит Р = —, где — площадь, занятая грузом.
Следовательно, <з2 - уп2 + Р, т. е. напряжение сдвига увеличивается, уплотняемость песка уменьшается (см. рис. 6.11). Необходимо при этом учитывать, что с увеличением <3х увеличивается коэффициент внутреннего трения tgф. Поэтому загрузка формы при уплотнении ее вибрацией не допускается.
