5. Контроль властивостей формувальних сумішей

Контроль формувальних і стержневих сумішей складається з експрес-контролю і повного контролю. Експрес-контроль єдиних облицювальних і наповнювальних сумішей включає визначення межі міцності при стиску у вологому стані, вологості, газопроникності; стержневих сумішей, що висушуються – визначення межі міцності при стиску у вологому стані, вологості, межі міцності при розтяганні в сухому стані, газопроникності; сумішей, які твердіють в оснащенні, - межі міцності при стиску для хімічно твердіють сумішей після витримки зразків на повітрі, газопроникності.

Повний контроль формувальних і стержневих сумішей включає визначення властивостей, установлених технологічними інструкціями даного підприємства.

Частота добору проб для експрес - аналізу єдиних формувальних сумішей при споживанні більш 100м³/год у масовому виробництві - не рідше двох разів у годину, при споживанні менш 100м³/год - не рідше одного рази в годину, при споживанні менш 50м³/год у дрібносерійному виробництві - не рідше двох разів у годину.

Проби облицювальних сумішей відбирають від кожного замісу в середині їхнього випуску зі змішувача, а наповнювальні суміші контролюють 2-3 рази в зміну, відбираючи пробу з робочих місць. Добір проб стержневих сумішей проводять не рідше двох разів у зміну, у середині випуску зі змішувача, а при використанні змішувачів безупинної дії 1 раз у 2 год.

Формувальні і стержневі суміші, які твердіють в оснащенні, контролюють не рідше двох раз у зміну, у середині випуску зі сумішоприготувального агрегату.

Проби суміші звичайно мають масу не менше 0,5 кг і повинні зберігатися в закритій герметичній тарі. Методи добору і підготовки проб установлено стандартом. Результати контролю повинні чітко реєструватися в технічній документації. Обробка результатів дозволяє установити вплив властивостей сумішей на якість відливок, визначити причини браку відливок.

Вологість - один із головних факторів, які визначають властивості суміші і якість відливки. Міцність, щільність, газопроникність стандартних зразків суміші змінюється в залежності від вологості, так як сполучні матеріали (глина, сульфітна барда, декстрин, рідке скло та інші) також змінюють свої властивості в залежності від вологості. Для кожного складу суміші існує певна величина вологості. Оптимальну вологість прийнято вибирати по максимуму міцності у вологому стані. Суміші для виготовлення форм по-сирому повинні містити 4 - 5,5 % вологи, суміші для формування по-сухому і для стержнів у вологому стані повинні містити 8 - 9 % вологи.

Відхилення вологості в більшу або меншу сторону відбивається на роботі технологічного обладнання дозуючих пристроїв і формувальних машин, що змінює щільність форми. Підвищена вологість є причиною засмічування й раковин, ужимин, пористості, поверхневих і об'ємних газових раковин, відхилення розмірів відливки та інших дефектів.

Для прискореного способу визначення вологи у формувальних сумішах використовують прилад 062М (мал.5.1.). Навіски суміші масою по 10г кожна зважують з точністю до 0,1 г у фарфорових чашках. Чашки з навісками встановлюють на столик приладу під лампу на відстані 40-50 мм від неї. Для зручності їх установки кожух повертають на 90^о, а потім повертають у вихідне положення. Прилад включають та висушують суміш на протязі 3 хв. до постійної маси.

Після висушування навіску охолоджують і знову звішують.

Вологість суміші визначають за формулою 5.1.

(5.1)

де m₁, m₂ – маса чашки з навіскою до висушування і після нього, г.

Випробування кожної проби проводять три рази. Визначають середню вологість кожної проби за формулою:

(5.2)

де W₁, W₂, W₃ – вологість відповідно першої, другої та третьої навіски кожної проби, %.

Визначення газопроникності суміші. При випробуванні через зразок пропускають повітря і по часу проходження повітря і по тиску, який створюється перед зразком, судять про газопроникність суміші. Гази (повітря) проникають через пори, які утворюються між зернами

Газопроникність суміші залежить від величини і форми зерна піску, кількості глини, вологості і ступеня ущільнення суміші при виготовлені форм. Чим крупніші і однорідніші зерна піску тим більше порожнин між ними і тим легше проходять гази. Краща газопроникність у піску шарової форми, так як гази коли проходять через гладкі капіляри мають менший опір. При підвищеній вологості глиняно-водяна плівка, яка покриває зерна піску, збільшує газопроникність, згладжує шорсткість зерен але при наявності пилу підвищена вологість приводить до зменшення газопроникності, так як вологі грудки злиплого пилу займають частину пор. Тому при збільшені вологості суміші до деякої межі газопроникність збільшується але при подальшому збільшені вологості безперервно падає Збільшення кількості глини приводить до зменшення газопроникності Найкраще це проявляється при поганому перемішуванні, коли глина у сухому стані подається до змішувача. У цьому випадку глина займає велику частину пор між зернами, грає роль неактивного матеріалу, не зв'язує між собою зерна кварцового піску. При поганому перемішуванні відбувається зменшення міцності та газопроникності суміші. Степінь ущільнення суміші сильно впливає на газопроникність: чим вище ущільнення суміші, тим нижче газопроникність.

Конструкція приладу для визначення газопроникності Прилад для визначення газопроникності суміші показано на мал.5.2.

На чавунній станині 13 закріплений бак 5 з трубкою 6. Всередині баку розміщається дзвін 3 із стержнем 4. При опусканні дзвону в бак стержень 4 входить у трубку 6. На поверхні дзвону є відмітки "2000" і "1000", "0", "Х". Зверху дзвону лежить вантаж 2. До початку випробувань у бак 5 наливається вода і у неї опускається дзвін 3.

Повітря, яке знаходиться у дзвоні через отвір у стержні 4 і далі через трубку 6, повітропровід 14 і триходовий кран 10 поступає у гільзу 7 із зразком, яка закріплена у чашці затвора. Кран 10 регулює рух повітря:

а) при положенні "зачинено" повітря із-під дзвону не виходить;

б) при положенні "відчинено" повітря випускається із приладу в атмосферу;

в) при положенні крана "випробування" повітря направляється під гільзу з зразком.

В чашці затвору кінець повітропроводу 14 вкручений у калібрований ніпель 8 з отвором діаметром 0,5 мм або ніпель з отвором 1,5 мм, закритий кришкою з отворами для проходження повітря та попередження засмічування ніпеля. Порожнина у гільзі під зразком з’єднана повітропроводом 11 з манометром 12. Заповнення манометра водою виконується через отвір. Визначення величини тиску фіксується шкалою. Встановлення приладу в горизонтальне положення виконується за допомогою трьох установчих гвинтів.

Підготовка приладу до випробувань:

• виставити прилад по рівню;

• установити рівень води у трубці манометра нуль шкали;

• проставити триходовий кран у положення "зачинено" і плавно опустити дзвін у воду, при цьому відмітка "Х" повинна стати на рівень верхньої кромки бака. ПРИМІТКА: піднімання дзвону із води виконувати тільки при положенні крана "відчинено", так як у зворотному випадку у затвор попаде вода і буде викривляти результати випробувань;

• відрегулювати вагу дзвону вантажем. Вантаж – кільце на дзвоні установлюється тільки для прискореного методу визначення газопроникності;

• перевірити калібр ніпелів: вкрутити ніпель у отвір затвору. Поставити кран у положення "випробування". Тривалість опускання дзвіну від відмітки "0" до відмітки "2000" при ніпелі з отвором діаметром 0,5 мм повинна дорівнювати 4,5 хв±3 с, а при ніпелі діаметром 1,5 мм – 0,5хв ± 1,5 с. Після перевірки калібру викрутити ніпель із затвору і вкрутити його з боку у станину приладу.

Методика випробувань. Є два методи визначення газопроникності сумішей: нормальний і прискорений.

Нормальний метод. При випробуванні через стандартний зразок діаметром і висотою 50 мм пропускають 2000 см³ повітря нормальної температури і по часу проходження повітря t і по тиску P, яке створюється перед зразком, судять про газопроникність суміші. Гази (повітря) проникають через пори, які утворюються між зернами піску.

Газопроникність визначається по формулі

де V - об’єм повітря, яке проходить через зразок, V = 2000 см³;

h - висота стандартного зразка, h = 5 см;

F - площа поперечного перерізу зразка, F = 19,635 см²;

p - тиск повітря перед зразком, Па;

t - час проходження повітря, хв.

У цьому випадку формула для визначення газопроникності буде мати вигляд:

Газопроникність суміші визначається на спеціальному приладі (мал. 5.2.). Триходовий повітряний кран приладу ставлять у положення "відчинено" і обережно піднімають дзвін до тих пір, поки відмітка "Х", яка є на дзвоні, не співпадає із верхнім краєм баку, після цього кран приладу переключають у положення "зачинено".

Таблиця 5.1.

Залежність газопроникності від показників манометра і діаметра ніпеля.

Тиск, см вод. ст.	Діаметр отвору ніпеля, мм		Тиск, см вод. ст.	Діаметр отвору ніпеля, мм		Тиск, см вод. ст.	Діаметр отвору ніпеля, мм
	0,5	1,5		0,5	1,5		0,5	1,5
1	2	3	4	5	6	7	8	9
0,4	-	2450	3,6	23,4	219	6,8	8,2	80
0,5	-	2000	3,7	22,7	212	6,9	7,9	77
0,6	-	1620	3,8	21,8	205	7,0	7,7	75
0,7	-	1350	3,9	21,0	198	7,1	7,5	73
0,8	-	1200	4,0	20,0	196	7,2	7,3	70
0,9	-	1060	4,1	19,5	185	7,3	7,0	67
1,0	-	950	4,2	19,0	178	7,4	6,7	65
1,1	-	850	4,3	18,5	173	7,5	6,5	63
1,2	-	780	4,4	17,5	167	7,6	6,3	61
1,3	-	710	4,5	17,3	164	7,7	6,0	59
1,4	-	650	4,6	16,7	156	7,8	5,8	56
1,5	-	610	4,7	16,2	151	7,9	5,6	54
1,6	-	550	4,8	15,7	146	8,0	5,3	52
1,7	-	525	4,9	15,2	142	8,1	5,1	50
1,8	-	492	5,0	14,7	138	8,2	4,9	-
1,9	-	467	5,1	14,3	134	8,3	4,7	-
2,0	49	440	5,2	13,8	128	8,4	4,4	-
2,1	47	417	5,3	13,4	126	8,5	4,2	-
2,2	44	398	5,4	13,0	122	8,6	4,0	-
2,3	42	373	5,5	12,6	119	8,7	3,7	-
2,4	40	358	5,6	12,2	115	8,8	3,5	-
2,5	38	341	5,7	11,8	112	8,9	3,3	-
2,6	36	326	5,8	11,4	108	9,0	3,1	-
2,7	34	313	5,9	11,0	105	9,1	2,9	-
2,8	33	300	6,0	10,7	102	9,2	2,6	-
2,9	31	287	6,1	10,3	99	9,3	2,4	-
3,0	30	275	6,2	10,0	96	9,4	2,2	-
3,1	29	264	6,3	9,7	93	9,5	1,9	-
3,2	28	253	6,4	9,0	90	9,6	1,7	-
3,3	27	243	6,5	8,8	88	9,7	1,4	-
3,4	25,8	235	6,6	8,5	85	9,8	1,1	-
3,5	24,21	226	6,7	8,2	82	-	-	-

Із суміші, яку випробують, виготовляють стандартний зразок на лабораторному копрі у нероз’ємній металевій гільзі. Гільзу із ущільненим зразком встановлюють у чашку затвора і поворотом гайки щільно закріплюють на приладі.

Кран ставлять у положення "випробування", дзвін починає опускатися. Коли відмітка "0" в дзвоні співпадає з краєм баку включають секундомір, при проходженні відмітки "1000" по манометру фіксують тиск повітря під зразком, який випробуємо, а при проходженні відмітки "2000" зупиняють секундомір і фіксують час, на протязі якого через зразок пройшло 2000 см³ повітря. Триходовий кран ставлять у положення "зачинено".

Після визначення P і t, за формулою знаходять газопроникність суміші.

Прискорений метод. У повітропровід приладу вставляють додатковий опір у вигляді ніпеля з каліброваними отворами діаметром 0,5 або 1.5 мм, які підтримують хвилинні витрати повітря для кожного зразка, в цьому випадку відпадає необхідність заміру часу проходження повітря через зразок. Для випробування суміші газопроникністю більше 49 одиниць використовують ніпель з отвором діаметром 1,5 мм, а для суміші газопроникністю до 49 одиниць - ніпель з отвором діаметром 0,5 мм. Ніпелі усувають необхідність пропускання через зразок 2000 см³ повітря і дозволяє визначити газопроникність суміші за показниками водяного манометра по таблиці 5.1.

Газопроникність суміші, визначена стандартним способом, не буде ідентична газопроникності формувальних сумішей у ливарній формі, залитій металом. Під час нагрівання зростає в'язкість газів та збільшується об'єм. Гази, які виділяються із форми, мають склад, який різко відрізняється від складу повітря. Дійсна газопроникність ливарної форми завжди менша газопроникності, яка визначена стандартним способом. Газопроникність суміші призначається для конкретних розумів виготовлення відливки.

Міцність піщано-глиняної суміші у вологому стані залежить від зернового складу піску, вологості, вмісту глини, її сполучної здатності, а також від щільності. Із збільшенням кількості вологи в суміші, вище оптимального, міцність суміші падає. Міцність формувальної суміші створює глиняна оболонка, до складу якої, крім глини i води, входять протипригарнi добавки (кам'яне вугілля, маршаліт i інші), органічні сполучні матеріали та баластні матеріали - продукти розпаду глини та сполучних матеріалів при високій температурі. Баластні матеріали, інертні у відношенні до води, i їх накопичення в суміші знижує міцність, газопроникність i протипригарнi властивості. Зменшення вмісту глини з одночасним зниженням вологості добре впливає на всі технологічні властивості формувальної суміші.

Для визначення міцності суміші у вологому стані виготовляють стандартні зразки на лабораторному копрі (мал.5.3). Металеву гільзу встановлюють у піддон, насипають відмірену кількість (приблизно 170г) формувальної суміші. Підйомником копра піднімають шток та вантаж (масою 6.35 + 0. 015 кг), на станину встановлюють піддон із гільзою, плавно опускають бойок, закріплений на штоку. Після цього обертанням рукоятки та екоцентрика суміш ущільнюють у гільзі трьома ударами копра. Висота зразка має бути 50 + 0.8 мм. Цю висоту контролюють за трьома горизонтальними рисками, які нанесені через 0.8 мм на стійці станини, якщо верхній край штоку збіжиться із середньою рискою, то висота зразка відповідає 50 мм. Крайні риски показують на допустимі відхилення. Якщо верхній край штоку після ущільнення вийшов за межі крайніх рисок, зразок бракують та видаляють із гільзи, як непридатний до випробування. Після ущільнення та перевірки рисок бойок виймають із гільзи підйомником, гільзу з піддоном знімають із копра та за допомогою дерев’яного виштовхувача зразок обережно вилучають із гільзи. Для цього виштовхувач ставиться вертикально, на нього одівається гільза із якої плавними рухами вилучається зразок.

Визначають міцність формувальної сирої суміші на важільному приладі (Мал.5.4.), який складається із станини із закріпленням на ній ходовим гвинтом. При обертанні рукоятки ходовий гвинт переміщає каретку з стрілкою. На верхній ролик каретки опирається градуйований важіль з вантажем. Протилежний кінець важеля шарнірно сполучений із вертикальною стійкою, на якому закріплений лоток із площадкою.Зразок, який випробується, установлюється на площадку і зверху зажимається шайбою, яка яка з’єднана шаровою головкою з гвинтом, загвинченим у вертикальну стійку.

Випробування проводять слідуючим чином. Спочатку перевіряють, щоб стрілка каретки стояла на нулю шкали важіля. Зразок ставлять на площадку лотка і закріпляють шайбою. Обертанням рукоятки гвинта переміщують каретку (рівномірним обертанням рукоятки ходового гвинта проти годинникової стрілки із швидкістю 40 об/хв) до тих пір, поки під дією навантаження зразок не зруйнується, при цьому стрілка фіксує на важелі руйнівне зусилля.

Міцність визначають із точністю до 0,01 кг/Ом (0,98 кПа). Випробуванням проводять на трьох зразках. Значення межі міцності приймають як середнє арифметичне значення трьох визначень. Якщо дані якого-набудь випробування відрізняються від середньо арифметичного більше ніж на 10%, то випробуванням повторюють, для чого беруть три нових зразка.

Міцність формувальних і стержневих сумішей зростає після їх висушування. Під час висушування із суміші випаровується волога і значно зменшується кількість пари, яка виділяється при заливанні форм, що знижує брак відливок по газовим раковинам.

Межу міцності суміші на розрив визначають на сухих зразках, які мають форму вісімки (мал.5.5.), які виготовляють у спеціальному стержневому ящику (мал.5.6.). На піддон ставлять половини ящика, які збирають по штифтам і скріплюють гвинтом. Рівномірно насипають у ящик суміш (110-120 г), при цьому не допускають попереднього ущільнення і щоб поверхня була горизонтальна, потім вільно встановлюють колодку. Суміш ущільнюють на стандартному копрі трьома ударами вантажу. Якщо ущільнення виконано вірно, то верхня площина верхнього ящика знаходиться у межах трьох контрольних рисок, які є на колодці (при недотриманні цієї умови зразок бракують). Після цього видаляють колодку, відкручують гвинт і знімають верхній ящик. Стержневий ящик із зразком обережно переносять на спеціальній підставці і розбирають. Зразок на підставці поміщають у сушильну шафу та сушать на протязі години при температурі 573-653 К. Після сушки зразки охолоджують.

Міцність на розрив у сухому стані виконують на важільному приладі (мал.5.5.). Перед закріпленням зразка у зажимах 1, Корпус рухомого люнета 3 встановлюють у горизонтальне положення за допомогою вантажа 2. Повертанням гайки 7 піднімають нижній захват у верхнє крайнє положення, встановлюють зразок, затягують зажими до щільного контакту їх зі зразком. Засипають дріб у бункер 5 приладу. Після цього рукою відтягують затвор 4. Дріб із бункера 5 висипається у відро 6, і до зразка поступово прикладається на розрив. У момент розриву зразка важіль3 падає, при цьому затвор 4 перекриває вихідний отвір бункера 5. Дріб зважують з точністю до 0,01 кг і визначають межу міцності на розрив.

Визначають межу міцності на розрив за формулою:

де Gp- межа міцності на розрив, кПа,

10 - співвідношення плеч важіля приладу,

Gq- маса дробі, кг,

6,25- площа поперечного перерізу зразка, см,

Величину міцності на розрив можна визначити також у залежності від маси дробу по таблиці 5.2.

Таблиця 5.2.