ТКМ (Литейное производство)

Федеральное агентство по образованию РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Камская государственная инженерно-экономическая академия Кафедра Машины и технология обработки металлов давлением

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ раздел: Литейное производство

Набережные Челны, 2006

Технология конструкционных материалов. Лабораторный практикум (раздел: литейное производство) для студентов технических специальностей / Составители: Волков Д.А, Жигулев И.О. Набережные Челны: ИНЭКА, 2006.

Лабораторный практикум предназначен для студентов, выполняющих лабораторные работы по курсу «Технология конструкционных материалов». Приводится описание порядка выполнения лабораторных работ, методические указания, краткие теоретические положения и контрольные вопросы.

Работа подготовлена на кафедре «Машины и технология обработки металлов давлением» и предназначена для студентов технических специальностей.

Рецензент: профессор, д.т.н. Шибаков В.Г.

Печатается в соответствии с решением научно-методического совета Камской государственной инженерно-экономической академии

2

Введение

Раздел «Литейное производство» лабораторного практикума по технологии конструкционных материалов составлен в соответствии с учебной программой подготовки студентов технических специальностей.

Целью проведения лабораторных работ является закрепление теоретического материала курса И ознакомление студента на практике с методами и приборами проведения испытаний формовочных материалов и смесей, а также приобретение навыков в проведении и оформление законченных экспериментальных работ.

Раздел «Литейное производство» состоит из двух работ, каждая из которых рассчитана на 4 часа, содержит необходимые теоретические сведения, описание методики, оборудования, приборов, материалы для проведения работ, а также методические указания порядка выполнения работ и составления отчетов.

Воснове каждой лабораторной работы положено параллельное выполнение работ и принцип максимальной самостоятельности студентов.

Вотдельных случаях персоналом лаборатории могут выполняться вспомогательные работы, такие как подготовка исходных формовочных материалов, связующих, приборов и приспособлений.

Началу работ предшествует вводная беседа преподавателя, в которой студентам даются некоторые теоретические сведения, относящиеся к данной работе, ставятся задачи лабораторной работы, разъясняются последовательность ее выполнения, правила внутреннего распорядка и требования, предъявляемые к отчету.

Приступая к выполнению работы, студент должен изучить настоящее руководство, методику и принцип работы приборов. Лабораторные работы проводятся под руководством преподавателя и лаборанта.

По работе составляется отчет, где должно быть отражено: название и цель работы, дата проведения, номер группы и фамилия студента; основные теоретические данные по работе, методике и порядок ее проведения, необходимые схемы; таблицы, графики, выводы и рекомендации.

Оформленный отчет сдается преподавателю перед началом следующей работы.

Студенты, пропустившие лабораторную работу, выполняют ее в конце семестра по особому графику.

Студент, не сдавший в установленный срок лабораторные работы, зачет не получает и к экзаменам не допускается.

3

Лабораторная работа № 1 Определение свойств формовочной смеси

Цель работы: изучение методики определения влажности и газопроницаемости в формовочной смеси; изучение влияния влаги на свойства формовочной смеси, изучение влияния добавок (глины, влаги и др.) на газопроницаемость формовочной смеси.

Оборудование и инструмент: Лабораторные бегуны, технические весы с разновесами, сушильный шкаф с термометром для измерения температур до 300°С, прибор для ускоренного определения влажности, прибор для определения газопроницаемости, коробка для смеси, сухой песок, формовочная глина, вода.

Для изготовления разовых форм применяются единые, облицовочные и наполнительные формовочные смеси. Единые смеси, как правило, используется для формовки по сырому, т.е. когда заливка металла производится в сырые формы. Облицовочные смеси служат для выполнения поверхности формы, непосредственно контактирующей с металлом.

Их применяют при изготовлении средних и крупных форм, которые подвергают сушке или поверхностной подсушке. Облицовочную смесь наносят на модель слоем 50-60 мм, остальной объём опоки заполняют наполнительной смесью. В последнее время в качестве облицовочных смесей крупных форм используют самотвердеющие смеси, позволяющие исключить операцию сушки.

В зависимости от условий работы и технологического процесса изготовления отливки формовочные и стержневые смеси должны обладать следующими основными свойствами:

1)прочностью – способностью форм и стержней не разрушаться под действием внешних усилий;

2)поверхностной прочностью (осыпаемостью) – сопротивлением поверхностного слоя формы или стержня истирающим усилиям;

3)поверхностной твердостью – способностью поверхности формы (или стержня) сопротивляться проникновению в нее более твердого тела;

4)газопроницаемостью – способностью смеси пропускать через себя газы, выделяемые формой и жидким металлом; если газопроницаемость смеси недостаточна, то газы попадают в металл, вызывая брак отливки.

Газопроницаемость формовочной смеси зависит от величины и формы зерен формовочного песка, количества глины в смеси, влажности и степени уплотнения смеси при формовке. Чем крупнее и однороднее зерна песка, тем больше размеры пустот между ними и тем легче проходят газы через стенки формы или стержня. Однако грубые и очень крупные пески дают шероховатую неровную поверхность отливки. Средние и мелкие пески

4

способствуют образованию ровной и гладкой поверхности отливки, но газопроницаемость их в несколько раз ниже. Поэтому при выборе песка руководствуются весом и конфигурацией отливки. Содержание глины в небольших количествах (6-7%) практически не снижает газопроницаемости, так как глина в виде оболочки окружает зерна песка, незначительно уменьшая сечения каналов для прохода газов. При обычном содержании глины в смеси (8-12%) газопроницаемость снижается более чем на 20%.

5)малой газотворностью – способностью смеси выделять газы при нагревании;

6)текучестью – способностью смеси перемещаться под действием внешних усилий или собственного веса;

7)податливостью – способностью форм и стержней сжиматься при усадке остывающей отливки;

8)влажностью – способностью смеси удерживать влагу;

9)низкой гигроскопичностью – способностью компонентов поглощать влагу из окружающей среды;

10)малой прилипаемостью – способностью смеси прилипать к стенкам модели или стержневого ящика;

11)огнеупорностью – способностью смеси выдерживать высокую температуру без оплавления;

12)низкой пригораемостью – способностью смеси привариваться к стенке отливки в результате механического и химического взаимодействия с металлом;

13)высокой выбиваемостью – способностью форм и стержней легко разрушаться после охлаждения отливки;

14)долговечностью – способностью смеси сохранять свои свойства после повторных заливок;

15)"живучестью" – способностью смесей сохранять свои физикомеханические свойства от момента их приготовления до применения.

В литейных цехах контроль качества формовочных и стержневых смесей сводится к определению следующих физико-механических характеристик: влажности, газопроницаемости, предела прочности при сжатии во влажном и высушенном состояниях, предела прочности при растяжении, а иногда при изгибе.

Кроме того, при разработке новых составов смесей производят определение газотворности, осыпаемости, поверхностной твердости, долговечности, текучести, выбиваемости и "живучести".

Методика определения влажности Под влажностью формовочной смеси понимается содержание в ней

свободной и гидроскопической влаги, выражаемой в процентах к весу смеси. Влияние влажности на газопроницаемость показано на рисунке 1.

5

давление воздуха Р под испытуемым образцом, а при прохождении отметки 2000 останавливают секундомер и фиксируют время, в течение которого через образец прошло 2000 см3 воздуха. Трехходовой кран ставят в положение "закрыто". Зная Р и t по формуле находят газопроницаемость смеси. За показатель газопроницаемости принимают среднее арифметическое результатов испытания трёх образцов.

Если результат одного испытания, отличается от среднего арифметического, более чем на 10%, испытания повторяют на трёх новых образцах.

Рисунок 3 - Прибор для определения газопроницаемости:

1 – ручка; 2 – грузы; 3 – колокол; 4 – стержень; 5 – бак; 6 – направляющая трубка; 7 – исследуемый образец; 8 – ниппель; 9 – чашка затвора; 10 – трехходовой кран; 11 – воздухопровод; 12 – водяной манометр; 13 – станина.

Ускоренный метод. В воздухопровод прибора (рисунок 3) вставляют дополнительное сопротивление в виде ниппеля. В комплекте прибора имеется два ниппеля с калибровочными отверстиями диаметром 0,5 и 1,5 мм, которые поддерживают определенный минутный расход воздуха для каждого образца; в этом случае отпадает необходимость замера времени прохождения воздуха через образец. Для испытания смеси газопроницаемостью более 50 применяют ниппель с отверстием диаметром 1,5 мм, а для смеси газопроницаемостью до 50 - с отверстием диаметром 0,5 мм.

Ниппели устраняют необходимость пропускания через образец 2000 см3 воздуха и позволяют определять газопроницаемость смеси по показаниям водяного манометра с помощью таблицы 1.

8

Таблица 1 - Газопроницаемость смесей

9

Порядок проведения работы 1. Приготовить формовочную смесь следующего состава:

кварцевого песка – 82 % формовочной глины – 3 % горелой смеси – 15 % влаги произвольное количество.

2. Определить влажность смеси по обычному способу и ускоренному способу.

3.Приготовить формовочную смесь следующего состава: состав №1

кварцевого песка – 92 % формовочная глина – 3 % влаги – 5 %

состав №2 кварцевого песка – 88 %

формовочная глина – 7 % влаги – 5 %

4.Определить газопроницаемость формовочных смесей по нормальному и укрепленному составу.

Содержание отчета

1.Состав смеси и режим ее приготовления.

2.Описание методики определения влажности.

3.Описание методики определения газопроницаемости.

4.Схемы приборов.

5.Результаты испытаний.

Таблица 2 - Свойства формовочных смесей

Контрольные вопросы

1.Какими свойствами должны обладать формовочные и стержневые

смеси?

2.Влияние влаги на свойства формовочной смеси.

3.Влияние влаги на качество отливки (газовые поры и раковины).

4.Оптимальное содержание влаги в формовочных смесях в летний и зимний периоды.

10