УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ

Полезная модель относится к области литейного производства и предназначена для определения газопроницаемости формовочных и стержневых смесей. Газопроницаемость является одним из важнейших свойств смесей и характеризует способность ее пропускать газы, оказывающие существенное влияние на качество отливок.
Известно устройство для определения газопроницаемости формовочных и стержневых смесей, состоящее из опорной плиты, на которой установлены бак с водой, в котором с помощью калиброванного колокола образована воздушная полость, сообщенная через регулирующий расход элемент с рабочей полостью гильзы, к которой подключен датчик давления. В гильзе размещен также исследуемый образец смеси, который сообщает рабочую полость с атмосферой [1].
Недостатком известного устройства является то, что его конструкция позволяет определять газопроницаемость формовочных и стержневых смесей путем пропускания воздуха в качестве рабочей среды через стандартные образцы, и тем самым не позволяет учесть погрешности, связанные с различием скоростей фильтрации газов, образующихся в действительности в процессе термодеструкции (пиролиза) в залитых металлом литейных формах. Причина погрешностей объясняется различием вязкости воздуха и газов, образующихся в действительности в процессе термодеструкции в залитой литейной форме, а также различными условиями фильтрации воздуха и формовых газов на границе образца смеси с гильзой и внутри него. Кроме этого, упомянутый стандартный прибор, применяемый на литейных заводах и в научно-исследовательских
институтах, обладает возможностью пропускать через образец определенное количество воздуха при фиксированном перепаде давления воздуха 981 Па (10 см вод.ст.) перед образцом исследуемой смеси.
Известно устройство для определения газопроницаемости формовочных и стержневых смесей, принятое за прототип, содержащее гильзу с исследуемым образцом формовочной или стержневой смеси, два источника давления газовой среды, которые подключены параллельно посредством линии связи к смесителю. На линиях связи установлены регулируемые вентили и датчики расхода газовой среды. Из смесителя смесь газов, моделирующая состав выделяемого из формовочной или стержневой смеси газа, через датчик расхода поступает в гильзу. Через образец смесь газа профильтровывается в атмосферу. По датчику давления, соединенному с входной полостью гильзы, снимают показания для расчета коэффициента газопроницаемости [2].
Недостатком известного устройства является то, что его конструкция не позволяет получить нужный объем достоверной информации о процессах фильтрации формовых газов через исследуемый образец, образующихся в процессе термодеструкции из исследуемых образцов смесей при их нагреве и, следовательно, не позволяет осуществить разработку более совершенных математических моделей расчета газового режима литейных форм и процессов газовыделения из них.
Кроме этого, известное устройство не обладает достаточной информативностью и точностью получения экспериментальных данных и математической обработки, так как не предусматривает компьютеризацию проведений исследований.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение информативности и точности оценки газопроницаемости исследуемых формовочных и стержневых смесей с
учетом процессов термодеструкции при организации автоматического режима обработки экспериментальных данных.
Дополнительной технической задачей является выполнение устройства в мобильном варианте для цеховых условий.
Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для исследования газопроницаемости формовочных и стержневых смесей, содержащее источник давления газа, сообщенный посредством линии связи и установленных в ней регулирующего расход элемента и датчика расхода газа с входной полостью гильзы со стороны крышки, к которой одновременно подключен датчик давления, исследуемый образец смеси, размещенный в гильзе, через который входная полость гильзы сообщена с атмосферой, согласно полезной модели устройство дополнительно снабжено блоком датчиков температуры, распределенных в объеме исследуемого образца смеси, и системой обработки экспериментальных данных, а гильза снабжена снаружи трубчатой печью с контроллером, при этом блок датчиков температуры, а также датчики расхода и давления газа подключены к системе обработки экспериментальных данных через плато сбора данных.
На решение поставленной технической задачи направлено также то, что гильза выполнена биметаллической, состоящей из двух соосных цилиндров, из которых внутренний цилиндр изготовлен из металла с коэффициентом термического расширения большим, чем у металла, из которого изготовлен наружный цилиндр.
На решение дополнительной технической задачи направлено то, что устройство выполнено компактным переносным.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что гильза снабжена снаружи трубчатой печью с контроллером. Это позволяет контролировать нагрев образцов смесей в гильзе до заданной температуры с точностью 1°С и, следовательно, получать смеси выделяющегося в процессе термодеструкции газа с газом-носителем, моделирующие более корректно химический состав формовых газов, а также условия их фильтрации в
процессе заливки литейной формы жидким металлом. Благодаря дополнительному снабжению устройства блоком распределенных по объему образца датчиков температуры и системой обработки экспериментальных данных повышается информативность измеряемых параметров наряду с измерением давления и расхода газа на входе в гильзу. При этом обработка данных измерений с датчиков осуществляется с помощью системы обработки экспериментальных данных в автоматическом режиме, что повышает точность определения параметров газопроницаемости исследуемых формовочных и стержневых смесей.
Благодаря тому, что гильза выполнена из биметаллического материала, причем внешний цилиндр - из стали, а внутренний - из меди, исключается образование зазора между образцом исследуемой смеси и гильзой, а следовательно, исключается погрешность измерения газопроницаемости, связанное с фильтрацией газа по границе исследуемого образца смеси с биметаллической гильзой.
Решение дополнительной технической задачи достигается тем, что в устройстве могут быть использованы компактные составляющие его элементы, позволяющие размещать их в объемах, допускающих их незатрудненное перемещение в любой заданный участок цеха.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена схема предлагаемого устройства для исследования газопроницаемости формовочных и стержневых смесей.
Устройство для исследования газопроницаемости формовочных и стержневых смесей содержит источник 1 давления газа в качестве газа-носителя, который сообщен посредством линии 2 связи и установленных в ней регулирующего расход элемента 3 и датчика 4 расхода газа с входной полостью 5 гильзы 6 со стороны ее крышки 7. Одновременно к входной полости 5 гильзы 6 подключен датчик 8 давления. В гильзе 6 размещен исследуемый образец 9 формовочной или стержневой смеси. При этом, входная полость 5 гильзы 6 через исследуемый образец 9 смеси сообщена с
атмосферой. Согласно полезной модели устройство дополнительно снабжено блоком 10 датчиков 11, 12, 13 температуры, распределенных в объеме исследуемого образца 9 смеси, системой 14 обработки экспериментальных данных в виде компьютера 15 и плато 16 сбора данных. Гильза 6 снабжена снаружи трубчатой печью 17 с контроллером (на чертеже не показан). Блок 10 датчиков 11, 12 и 13 температуры, а также датчики 4 и 8 расхода и давления, соответственно, подключены соответствующими электрическими каналами 18, 19 и 20 связи к системе 14 обработки экспериментальных данных через плато 16 сбора данных. В состав устройства входит монтажное основание 21.
Гильза выполнена биметаллической и состоит из двух соосных цилиндров (на черт. не показаны). Причем внутренний цилиндр изготовлен из меди, т.е. из металла с большим коэффициентом термического расширения, чем металл, а именно сталь, из которого изготовлен наружный цилиндр.
Для удобства эксплуатации в цеховых условиях устройство может быть выполнено компактным переносным.
Устройство для исследования газопроницаемости формовочных и стержневых смесей работает следующим образом.
С помощью регулирующего расход газа элемента 3 в виде вентиля, например, газ-носитель от источника 1 давления газа по линии 2 связи поступает во входную полость 5 гильзы 6 со стороны ее крышки 7. Расход газа-носителя фиксируется посредством датчика 4 расхода. Профильтровываясь через исследуемый образец 9, газ-носитель смешивается в порах смеси с газами, образующимися в процессе термодеструкции в результате нагрева исследуемого образца 9 смеси с помощью трубчатой печи 17. Газовая смесь, состоящая из газа-носителя и газов, выделяющихся в процессе термодеструкции из исследуемого образца 9, после фильтрации поступает в атмосферу. Экспериментальные данные с датчиков 4 и 8 расхода и давления, соответственно, а также с блока 10 датчиков 11, 12, 13 температуры по соответствующим электрическим каналам 18, 19 и 20 связи
поступают через плато 16 сбора данных к компьютеру 15 системы 14 обработки экспериментальных данных, записываются в файл экспериментальных данных и обрабатываются специальной программой.
Коэффициент газопроницаемости К исследуемой смеси рассчитывается по формуле:
3
2
где  - объем газовой среды, прошедший через образец, см;  - высота образца, см;  - площадь поперечного сечения образца, см;  - давление газовой среды перед входом в образец, Па;  - продолжительность прохождения газовой среды через образец, мин.
2
Величину газопроницаемости выражают в безразмерных единицах. Для этого выражение, рассчитанное по приведенной выше формуле, делится на размерную константу, 1 см/(Па·мин).
В процессе исследований образцов 9 смеси биметаллическая гильза 6, в которой наружный цилиндр изготовлен из стали, а внутренний - из меди, предотвращает образование зазора между внутренним медным цилиндром и образцом смеси при его нагреве, благодаря тому, что коэффициент термического расширения меди больше, чем коэффициент термического расширения исследуемой смеси и стали.
Предлагаемое устройство позволяет исследовать газопроницаемость при различных перепадах газа перед образцом 9 смеси, что дает возможность определить зависимость коэффициента газопроницаемости от давления. Это очень важно для построения математических моделей фильтрации формового газа через формовочную и стержневую смесь, образующегося в залитой жидким металлом литейной форме в процессе термодеструкции, которые могут использоваться для прогнозирования вероятности образования газовых дефектов в отливках и теоретических расчетов газовыделения из литейных форм, залитых жидким металлом.
Устройство для удобства его использования в качестве мобильного прибора в цеховых условиях формируется из компактных элементов и монтируется в переносном металлическом чемодане. В этом случае в качестве источника 1 давления газа может быть применен автомобильный компрессор, а в качестве компьютера 15 системы обработки данных - ноутбук или карманный персональный компьютер.
Таким образом, полезная модель позволяет повысить информативность и точность оценки газопроницаемости исследуемых формовочных и стержневых смесей с учетом процессов термодеструкции при организации автоматического режима обработки, при этом устройство может быть выполнено в мобильном заводском варианте.
Источники информации:
1. Погосбекян Ю.М. Методы формообразования заготовок литьем и обработкой давлением в автотракторостроении. Учебное пособие МАДИ (ГТУ), 2002, с.137-142.
2. Патент RU 2272693, МПК B22C 9/00, опубликованный 27.10.2005 (прототип).