СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ ИМПУЛЬСОМ ПАРОГАЗОВОГО ДАВЛЕНИЯ
COMPACTION METHOD OF SAND-AND-CLAY CASTING MOULDS BY VAPOUR GAS PRESSURE PULSE

Изобретение откосится к литейному производству, в частности к изготовлению литейных форм и стержней. Известен способ импульсного уплотнения формы посредством взрыва смеси газов в замкнутом объеме импульсной головки над поверхностью формы [1].
Однако этому способу присущи недостатки, обусловленные работой с взрывоопасной смесью газов: повышенное требование к соблюдению мер безопасности, усложнение конструкции из-за необходимости обеспечения герметичности устройства, реализующего способ.
Наиболее близким по технической сущности (прототип) является способ уплотнения литейных форм и стержней [2], включающий установку опоки на подмодельную плиту с моделью, засыпку смеси, размещение на опоке камеры импульсной головки, разряд конденсатора осуществляют в воздушной среде камеры импульсной головки путем замыкания электродов струей токопроводящей жидкости, количество которой предварительно дозируют по соотношению:
где: Р - давление парогазовых паров;
Т - температура парогазовых продуктов;
М - молярная масса токопроводящей жидкости, кг/моль;
3
V - объем уплотняемой формы, м;
кип
Т - температура кипения токопроводящей жидкости;
R - молярная газовая постоянная, Дж/моль·К.
В качестве токопроводящей жидкости используют раствор электролита.
Указанному способу присущи недостатки:
При формовке крупных сложно-профильных отливок в узких и одновременно высоких карманах имеет место слабое уплотнение смеси. При создании в камере повышенного давления с целью повышения плотности смеси в карманах в формовочной смеси над модельной областью появляются горизонтальные трещины в момент снятия нагрузки. Этот эффект объясняется тем, что давление сжатого воздуха над смесью падает мгновенно, а сила давления внутри поровой фазы, направленная вверх от модельной плиты, исчезает с запозданием. В результате перепад давления приводит к созданию растягивающих напряжений и, как следствие, к образованию горизонтальных трещин. Указанные недостатки приводят к снижению качества форм и к браку отливок.
Целями изобретения являются повышение равномерности уплотнения смеси (одновременно по всему объему) литейных песчано-глинистых форм и повышение их качества.
Для достижения указанных целей известный способ (прототип) дополняется системой отверстий (вент) в модельной плите, расположенных как вокруг моделей, так и по периметру опоки. Количество проходного сечения вент в разных местах определяется в зависимости от свойств смеси и сложности моделей.
Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически изображена установка для реализации предлагаемого способа уплотнения, в которой камера 1 импульсной головки с воздушной средой 2 расположена над опокой 3 со смесью 4 и моделью 5 таким образом, что размещенные в камере электроды 6, соединенные с высоковольтным конденсатором 7, замыкаются струей токопроводящей жидкости 8, подаваемой из дозирующего устройства 9.
Пример осуществления способа.
Для опробования предложенного способа уплотнения был использован высоковольтный конденсатор, подключенный к электродам, размещенным в воздушной камере экспериментальной импульсной головки, установленной на опоку размером 500×600×150 мм, с технологической пробой, используемой в качестве модели. Уплотнению подвергалась песчано-глинистая смесь, содержащая по составу, %:
Кварцевый песок К020
5-10
Смесь горелая
89-94
Глина формовочная со следующими
1-1,2
свойствами:
Прочность на сжатие, кгс/см<sup>2</sup>
0,6-0,8
Влажность, %
2-5
Газопроницаемость, ед.
100-130
В качестве токопроводящей жидкости использовался 10%-ный водный раствор поваренной соли.
Расчет потребного количества раствора поваренной соли выполняли по приведенной выше формуле исходя из следующего:
5
Величина давления, установившегося в конце уплотнения над смесью, Р=6·10 Па;
3
V - объем уплотняемой формы, м.
кип
Температура бралась кратной температуре кипения раствора поваренной соли, Т=381 К.
-3
кип
Значение ν для раствора поваренной соли равно 19,93·10 моль. 0,65 - поправочный коэффициент - кг/моль; 848 - поправочный коэффициент - Дж/К. Подставив значения Р, ν и Т в формулу
кип
рассчитали массу раствора поваренной соли для различных значений Т=(2-3) Т. Для сравнения была взята температура вне заявленного диапазона (примеры 1 и 5). Данные сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Пример
Температура продуктов испарения, К
Количество раствора поваренной соли, кг
1
T<sub>1</sub>=1,5
Т<sub>кип</sub>=571,5
0,1097
2
Т<sub>2</sub>=2,0
T<sub>кип</sub>=762
0,0823
3
Т<sub>3</sub>=2,5
T<sub>кип</sub> <sup>=</sup>952,5
0,0658
4
Т<sub>4</sub>=3,0
Т<sub>кип</sub>=1143
0,0549
5
Т<sub>5</sub>=3,5
Т<sub>кип</sub>=1333,5
0,047
Вычисленное по формуле количество раствора поваренной соли тонкой струей через отверстие, выполненное вдоль оси электрода, впрыскивалось на противоположный электрод, что приводило к замыканию электродов и разряду конденсатора с выделением запасенной на нем энергии и прохождению электрического тока большой плотности по струе токопроводящей жидкости с последующим испарением ее и образованием парогазовых продуктов, расширяющихся и уплотняющих смесь.
Уплотнение формы определялось (после удаления модели) посредствам замера твердости формы по общей методике на горизонтальных и вертикальных поверхностях формы.
Качество формы оценивалось визуально с установлением наличия в форме рыхлот, пустот и качества отпечатка модели.
Ниже в таблице 2 приведены результаты оценки качества формы, ее твердости в зависимости от количества поданного раствора токопроводящей жидкости.
Таблица 2
Количество раствора токопроводящей жидкости, г
Твердость стенок формы, ед.
Качество формы
Вертикальных
Горизонтальных
109,7
50
62
Плохое (рыхлоты)
82,3
68
80
Хорошее
65,8
78
85
Хорошее
54,9
80
92
Хорошее
47,0
90
95
Удовлетворительное (переуплотнение)
кип
кип
Анализ показателей твердости и качества форм дает возможность установить наиболее приемлемый диапазон количества раствора токопроводящей жидкости, соответствующий расчетному диапазону температур Т=(2-3) Т, где Т - температура кипения токопроводящей жидкости в градусах Кельвина.
Список используемой литературы
1. Патент ФРГ №2902555, кл. В22С 15/22, 1979.
2. Библиотека электротехнолога. / Выпуск 2, Электроразрядная обработка материалов. Под ред. Л.Я.Попилова. - Л.: Машиностроение, 1971, с.245-246.