2. Особенности процесса уплотнения смеси при изготовлении форм встряхиванием с последующей допрессовкой

Этот процесс относится к динамическим методам изготовления форм. Опока, установленная на рабочем столе встряхивающей формовочной машины и заполненная с избытком формовочной смесью, поднимается поршнем встряхивающего цилиндра на определенную высоту. При падении рабочий стол ударяется о станину, подъемный стол или другие неподвижные детали машины, и скорость стола, а следовательно, и скорость закрепленных на нем модельных плиты с моделью и опоки внезапно уменьшается, в то время как формовочная смесь, наполняющая опоку, стремится по инерции продолжить движение вниз и под действием инерционных сил, возникающих в момент соударения уплотняется. Наибольшее уплотнение получают нижние слои смеси, прилегающие к модельной плите и к модели; уплотнение вышележащих слоев меньше. Для повышения плотности смеси в верхней части формы применяют последующую допрессовку. Средняя степень уплотнения смеси в форме после встряхивания составляет 1,5 – 1,6 г/см³, после допрессовки 1,7 – 1,8 г/см³.

Из анализа процесса уплотнения смеси следует, что при прессовании уплотнение происходит в результате однократного приложения к объему смеси сжимающей нагрузки, вызывающей с смеси существенные необратимые деформации и действующие до получения окончательного уплотнения формы непрерывно, а при встряхивании смесь многократно подвергается повторному действию сжимающей нагрузки при ударах, вызывающей ступенчато возвышающие деформации смеси, вплоть до окончательного уплотнения формы, достигаемого последовательно.

Относительная деформация, которую смесь получает при уплотнении, складывается из упругой и остаточной составляющих деформации, протекающих одновременно.

ХТИ – Филиал СФУ Кафедра МиТЛП гр. 49 - 1

Упругая составляющая обуславливается упругими деформациями зерен основы смеси и оболочек связующего в зонах их контакта, а остаточная составляющая определяется структурной деформацией смеси, а также разрушением непосредственно материала зерновой основы. Структурная деформация смеси заключается с смещении и распаде конгломератов, комков смеси, в перераспределении и изменении ориентации отдельных зерен, что приводит к уменьшению пор и воздушных промежутков и к более плотной укладке зерен смеси. Структурная деформация сопровождается нарушением уже возникших упругих и вязких связей между отдельными частицами смеси и образованием новых. при этом увеличивается число точек контакта между зернами и возрастает сопротивление смеси дальнейшему протеканию структурной деформации, определяемое воздействием частиц, их механическим зацеплением и заклеиванием, силами трения и капиллярными силами, вызываемым поверхностным натяжением жидких добавок. Увеличение структурной деформации при повторном приложении к смеси сжимающей нагрузки объясняется тем, что после первого приложения нагрузки часть сместившихся структурных элементов оказывается в неустойчивом положении, из которого они выходят в процессе протекания упругой деформации при разгружении. Деформация смеси, обусловленная только разрушением материала зерен кварцевого песка, весьма незначительна по сравнению со структурной деформацией. Таким образом, остаточные деформации смеси определяются главным образом ее структурными деформациями.

При повторном приложении нагрузки структурная деформация смеси заканчивается, деформация от разрушения зерен приостанавливается, остается только предельная упругая деформация. Поэтому при изготовлении форм встряхиванием наиболее быстро возрастает плотность смеси в форме при начальных ударах, когда энергия ударов наиболее полно вызывает остаточную деформацию смеси.

С последующими ударами существенного увеличения степени уплотнения не происходит, а энергия ударов, вызывая упругую деформацию смеси, плотность формы увеличивает несущественно. Дальнейшее уплотнение смеси почти приостанавливается (рис. 2).

При больших сжимающих напряжениях, например при прессовании, почти вся деформация является остаточной. Поэтому встряхивание с последующей допрессовкой является целесообразным способом изготовления форм не только потому, что дает более равномерное распределение плотности смеси в нижних и верхних частях формы но также и потому, что рационально с точки зрения наиболее экономной затраты энергии, направленной на выполнение полезной работы по уплотнению смеси в форме.

0 2 6 10 14 18 22 26 n

ϭ, г/см³1,6 1,4 1,2 1,0

Рисунок 2 – Зависимость средней степени уплотнения смеси от числа ударов.