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 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 физико-механические 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.

Рисунок 1 – Зависимость газопроницаемости смесей от содержания влаги

Содержание влаги в смесях определяют одним из двух методов: нормальным и ускоренным.

Нормальный метод. Навеску 50±0,01 г. исследуемой смеси помещают в предварительно высушенные и взвешенные фарфоровые чашки и переносят в сушильную печь. Температура в печи должна быть 105-110°C.

По истечении 1 часа чашку с навеской вынимают из печи и взвешивают, затем опять помещают в печь. Этот процесс повторяют до установления постоянного веса. После этого чашку с навеской охлаждают до комнатной температуры. Охлажденную навеску взвешивают.

Влажность смеси определяется по формуле:

, (1)

где G – вес смеси до сушки в граммах;

G₁ – вес смеси после сушки в граммах.

Ускоренный метод. В предварительно высушенную и взвешенную металлическую чашечку с сетчатым дном помещают 25±0,01 грамм смеси. Чашечку с навеской устанавливают в прибор и пропускают через неё нагретый до температуры 110-150 ^оС воздух в течение 5-6 мин.

После этого навеску с чашечкой взвешивают и по приведенной выше формуле определяют содержание влаги в смеси.

В настоящее время для ускоренного определения влаги в формовочных смесях используют новый прибор (рисунок 2) лампового типа. Навеску 1 исследуемой смеси насыпают на поворотный столик 3 прибора, а затем помещают под колпак 2 на 3 мин.

Рисунок 2 – Прибор для определения влажности смеси

Для определения газопроницаемости смеси существует два метода: нормальный и ускоренный.

Нормальный метод. Через стандартный образец диаметром 50 мм и высотой 100 мм пропускают 2000 см³ воздуха при комнатной температуре, при этом фиксируют давление воздуха перед образцом и время прохождения всего объема воздуха.

Величину газопроницаемости вычисляют по формуле:

, (2)

где V – объем воздуха, прошедшего через образец, в см³

h – высота образца, см.

F – площадь, см²

P – давление воздуха перед образцом, г/см²

t – время прохождения через образец см³ воздуха в мин

Газопроницаемость выражается безразмерным числом.

Газопроницаемость смеси определяют на специальном приборе (рисунок 3). Трёхходовой воздушный кран 10 прибора ставят в положение "открыто" и осторожно поднимают колокол 3 до тех пор, пока отметка X, имеющаяся на колоколе, не совпадёт с верхней кромкой бака 5; после этого кран прибора переклю­чают на положение "закрыто".

Из исследуемой смеси изготавливают стандартный образец в металлической гильзе. Гильзу с образцом 7 вставляют в чашку 9 затвора и поворотом гайки плотно зак­репляют.

Кран 10 ставят в положение "испытание", колокол 3 начинает опускаться. При совпадении отметки 0 на колоколе с краем бака 5 включают секундомер; при прохождении отметки 1000 фикси­руют по манометру 12 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.

Таблица 1 - Газопроницаемость смесей

Давление, см. вод ст.	Диаметр ниппеля, мм.		Давление, см. вод ст.	Диаметр ниппеля, мм.
	0,5	1,5		0,5	1,5
1,0	-	950	5,1	14,3	134
1,0	-	850	5,2	13,8	128
1,2	-	780	5,3	13,4	126
1,3	-	710	5,4	13,0	122
1,4	-	650	5,5	12,6	119
1,5	-	610	5,6	12,2	115
1,6	-	550	5,7	11,8	112
1,7	-	525	5,8	11,4	108
1,8	-	492	5,9	11,0	105
1,9	-	467	6,0	10,7	102
2,0	49	440	6,1	10,3	99
2,1	47	417	6,2	10,0	96
2,2	44	398	6,3	9,7	93
2,3	42	373	6,4	9,4	90
2,4	40	358	6,5	9,0	88
2,5	38	341	6,6	8,8	85
2,6	36	326	6,7	8,5	82
2,7	34	313	6,8	8,2	80
2,8	33	300	6,9	7,9	77
2,9	31	287	7,0	7,7	75
3,0	30	275	7,1	7,5	73
3,1	39	264	7,2	7,3	70
3,2	38	253	7,3	7,0	67
3,3	37	243	7,4	6,7	65
3,4	25,8	235	7,5	6,5	63
3,5	24,2	226	7,6	6,3	61
3,6	23,4	219	7,7	6,0	59
3,7	22,7	212	7,8	5,8	56
3,8	21,8	205	7,9	5,6	54
3,9	21,0	198	8,0	5,3	52
4,0	20,0	196	8,1	5,1	50
4,1	19,5	185	8,2	4,9	-
4,2	19,0	178	8,3	4,7	-
4,3	18,5	173	8,4	4,4	-
4,4	17,8	167	8,5	4,2	-
4,5	17,3	164	8,6	4,0	-
4,6	16,7	156	8,7	3,7	-
4,7	16,2	151	8,8	3,5	-
4,8	15,7	146	8,9	3,3	-
4,9	15,2	142	9,0	3,1	-
5,0	14,7	138

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

№ смеси	Влажность, %		Газопроницаемость
	нормальный метод	ускоренный метод	По нормальному методу				По ускоренному методу
			1	2	3	Среднее значение	1	2	3	Среднее значение
1
2
3

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.

5. Методы определения влаги в формовочных смесях.

6. Понятие о газопроницаемости формовочной смеси.

7. Какова газопроницаемость сухого и сырого образца.

8. Методика определения газопроницаемости формовочной смеси.

9. Связь между газопроницаемостью литейной формы и качеством отливки (газовыми раковинами и газовой пористостью).

Литература

1 Курдюмов А.В., Михайлов A.M. и др. "Лабораторные работы по технологии литейного производства" издат. М.: 1970

2 Берг П.П. "Формовочные материалы" М.: Машгиз, 1963

3 Велисовский К.В., Медведев Я.И. "Технологические испытания формовочных материалов" М.: Машгиз, 1963