автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка и выбор рациональных режимов технологического процесса изготовления средних литейных форм с применением ХТС

ой ; ......

гид и^сшсАЛ рулииьиЛ

5 ОГ.Т 1535

т^гч^"' • »♦ г*» р а т* п*» • итг ,' V^ #Г>Г>

г»игнои1Лм и ьсюиГ гадмипл/шпал гсЛнаыа

СРЕДНИХ ЛЛТЕЙКЬК ССРк! С ПРИмсНЕНЯЗй ХТС

СПёЦИайЬНйСХЬ G5.16.C4. ~ ЛлТеЙКОё ПрОИЭЬйДСТЗО

Автореферат диссертации ка соискание- ученой степени кандвдатз технических наук

Санкт-Петербург 1995

гаи01съ ВЫПОЛНёНа В СаККТ-ПсТериУрГСКОЫ ИКСТ*1Т'/Те *Щ1ШНССТрОё:К11л На Кск^еДре "МоЛАЛНЫ И ТЕХНОЛОГИЯ •ЛИТеИКОГО ПрО^ЗЬОДСТЬа."

Научх{Ьи1 руководителе; д. т. к., процессор Ерёг'^дьД А. А.

Сл^Пч^аЛЬКае ОППОКйНТЫ* Д»Т.К. , ПрСл^ёССОр БОрОВСКЛИ Ю. ©. ,

к. т.н. Ткаченко С. С.

осДУЗчвёг ПреДЛрНЛТИе " Л¿>Г|ги1 ГР^ДСДИЗеЛЬНЫЛ 533ОД

Защита состоятся "2..5'ЗЭ5 г. в часов на заседании диссертационногосовета ¿¡053. 38. 08 Санкт-Петербургского государственного технического университета по адресу: 195251, г.С.-Петербург, 1Ъхштехн;[ческан ул., 23, Хшичесюш корпус, ауд. 51.

Баз отзыв в 2-х экземплярах, гавереш«ил печатав организации, просш выслать по указанному адресу на кия ученого Секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакоыиться в библиотеке •университета.

Автореферат разослан

ослан

'СШЯЗЬ г.

Учек1»и секретарь

специализированного совета

д.т.к. Г.С.Казакевич

ОЫмДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ЛХТУ^ТЬНОСТЬ ПРОКдЕлЫ. Е литейном производстве на долю крупные ОТЛИБОК ИЗ СТаЛИ И ЧУГу'КЗ ПРИХОДИТСЯ ОКОЛО 2СТ. ОТ ОбаеГО ВЫПУСКа, 3. В тяжелом и энергетическом машиностроении их объем еще более значителен и составляет 60-707.. В связи с этим существует проблема изготовления литейных форы для крупных я средних отливок, обусловленная большими объемами уплотняемых смесей, высокой трудоемкостью их изготовления (•»0-50"), сложностью механизации процесса уплоткек;1Я и получения заданных свойств, наличием больного количества дефектов по вине формы (•¿0-60") и др.

Б зтол облает;; науки большой вклад внесли Л.Н.Аксенов, П.П.Еерг,

П.А.Еорсук, Ю.5.Боровский, Б.Б.Гуляев, С.С.Чуковский, О.А.КорНиИШш, А.М.Лясс и др.

Существует два направления совершенствования процесса изготовле-кил средних ч'-г-1^■ Первое - зто разработка составов смесей, обладающих повышенной подь*1жкость>й (легкоуплотняемые смеси) и хорошей выб»и^аенос-тый при достаточно кизкои стоимости. Второе - это механизация процесса уплотнения при минимальной его энергоемкости.

Наиболее перспективными являются смеси, затвердевающие без нагрева (ХТС). Они требуют минимальной работы уплотнения, дозволяют повысить точность равыеров отлиьок и обладает широкими возможностями управления технологическими свойствами. В России в настоящее время из таких смесей изготавливается ..коло ЗОХ крупных и 50X1 средних форм для отливок ив чугуна и стали. Связующими для этих смесей являются жидкое стекло и синтепгческие смолы. Применение последних ограничено санитарно-гигиеническими и экологическими требованиями, а в последние годы и чрезвычайно высокой стоимостью смол.

Перспективным направлением совершенствования жидкостекольных ХТС является разработка составов смесей с пониженным содержанием связующего. Это позволяет существенно снизить энергоемкость процесса уплотнения смесей и улучшить выбиваемое ть.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка и исследование жидкостеколькых ХТС с пониженным содержанием связующего, с повышенной подвижностью; разработка технологии уплотнения литейных форм, включающая выбор способа уплотнения и исследование особенностей создания структуры формы при вертикальной и горизонтальной вибрации; разработка современной технологии получения крупных и средних литейных форы.

НАУЧНАЯ НСВЕНА проведённых исследований и полученных результа-

3

tob звключзстся ь след'/клцем:

- исследован механизм воздействия выбранного модификатора на свойства смесей, поаьолл¡¡идей снизить внутренние напряхения системы, повысить прочность смесей и снизить содержание связувщаго;

- установлено, что исследованный кодификатор оказывает разупроч-кякадее воздействие при высоких температурах, снижая остаточную прочность формы;

- разработаны составы смесей с пониженным содержанием связующего и определены их физика-механические и технологические свойства;

- исследовано уплотнение смесей при воздействии вибрации и установлено, что прочностные свойства при этом выше по сравнению с традиционным ударным уплотненней; механизм воздействия связан с образованием упорядоченной структуры, имеющей менее напряденное, состояние и большее число контактов;

- разработана модель процесса уплотнения смесей при воздействии горизонтальной юзиуцгкэден сшш. Описаны процессы, происходящие при различных режимах вибрации и предложена технология совмещенного процесса вибрационного перемесивания и уплотнения.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. 1) Модель упрочняющего воздействия модификатора на свойства жидкостекодьньк смесей.

2) Модель формирования рациональней структуры литейной формы под воздействием вибрации.

В результате проделанной работы получены следующие АКТУАЛЬНЫЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:

- составы жидкостекальных смесей с пониженный содержанием связующего;

- методика и оборудование для изучения уплотнения смесей с помощью горизонтальной и вертикальной вибрации;

- рациональные режимы вибрации для уплотнения смесей с пошиен-кым содержанием связующего с.учетом направления возмущающей силы и конфигурации модели; предложена технология изготовления литейных форм. при совмещении процессов сыесеприготовления и уплотнения вибрацией;

- рациональная структура уплотнения Форш при вибрации с горизонтальной возмущающей силой.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Новые составы смесей Енедреяы на ЛСО им. Свердлова и на Каунасском центролите.

Разработана технология виброуплотнения средних литейных форы на ГП "Невский завод" для вибростенда грузоподъемностью 12 т с горизон-4

7¿лькым с»1лы. подготойлсно тёлзид^и« д-лл

СТсгНДЗ Г р у с* О П О Д1.6 м и ее т ь ю 80 т.

ПУЕЛЛХАЦш'. РС'оУ-"^ рабиТЫ ДОЛиЛеКЫ И «л пяти ¡-Ю^^Р^Н^^А |

опубликовано 9 научных трудов.

СТРУКТУРА Я СЕЪЕЫ РАБОТЫ. Дпссертаадоккая работа состоит иа введения, нести глав и обклх выводов; изложена на 212 страницах маашно-писного текста, содержит 70 рисунков, 22 таблицы, список литературы иг 145 наименовании и 4 приложении на страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние вопроса и задачи исследования

Длл получения средних и крупных отлизок из стали ¡1 чугуна в литейном производств« применяют формы с ликеиными размерами (1,5"2,0) X (2,0-2,5) и и (2,0-3,0)х(3,0-4,0) и соответственно. При этом масса средних отливок составляет 0,1-0,5 г, а крупных 5 г и Солее. Очевидно, что трудоемкость изготовления таких фор« значительна и составляет 40-50» обадй трудоемкости изготовления отливки. При атом требуются вы-сокознергоемкие формовочные агрегаты или применение ручного труда. Таим оврагом современная технология должна формироваться а двух направлениях: разработка легкоуплотияемых смесей и механизация изготовлена форм с применением способа уплотнения с малой энергоемкостью.

Перспективными представляются дидкостекольные смеси, которые попользуется в настоящее время для изготовления средних и крупных форм. Современный направлением совершенствования технологии является ешме-ни* содерддши связующего & ледкостекольных смесях за счет разработки новых модификаторов и новых технологических процессов уплотнения форм.

Перспективна для средних и крупных форы из ХТС представляется процесс виброуплотнения, который требует детального исследования, разработки модели процесса и научного обоснования.

Анализ конструкций в.чброустановок показал, что целесообразно применение Бибростевдов с горизонтальный направлением колебаний.

2. Методика проведения исследований

Для реаения поставленных задач выбрана добавка, относящаяся по механизм-/ воздействия к третьему типу модификаторов (по В.А.Каргину) -яшзстификатораы. Исследовали смесь низкемолекулярного полиэтилена о • добавкой пропилена (КШ), яшшмуюся отходам пси производстве полиэтилена высокого давления. Основные показатели качества и физико-хшичес-

КЛс свойства П Л С T¿хЬЛи-пЫ В ТабЛ. 1.

ДЛЛ НССЛеДОВЗКИЙ ОСОСС-КНОСТёЙ виСроуплотнекил с горизонтальной и вертикальной зозыуцаэд&й силой использевали ьибростенд с вертикальшдш колебаниями фирмы "Geore Ficí,-,-r"(r/n 10кг) и стенд собственно;! конструкции С ГОрПЗОНТаЛЬКЫЫИ КОЛебсшЛЛШ! (г/п до 2ССкг).

Первъм позволяет последоватъ влияние амплитуды колейашш на уплотнение cueceü при постоянной частоте 50 Гц. Второй предназначен

*а<илнца 1

GCHuBiü¿¿ СВОИСТВа rí.íu

isuj показателя -i — енноо значение

X . ПЛОТНОСТЬ , Г/'Ciá"^ 0,78-0.92

4м « Вязкость при 20°С, и2/с

3. Температура ьспь«икп, ^С S0-7Ö

фракционный состав, ^С

начало кипения loo

отгоняется 10Х ÎCG-A

отгоняется 50" 254

конец кипеня* G40

с sJ . Содержание смолистых веществ, ur/li DO см3 6

О. Показатель pH 10." водного раствора 4.0-6.0

*7. J ехшература воспламенения, Or, U ZSG

3. Еяакость условная, с, при 25°С 20-40

9. . Массовая доля воды, X, не более (Г*

ДЛЯ ИССЛбДОБаКНЛ ,ПрОЦ£-ССа уПЛОТНёННЛ ПрИ ГОрИЗОКТаЛЬ¡¡ОН ВОЗ^уТгЗЗЦ&Й

си;Предусмотрена возможность переналадка стенда на вертикальные колебания. Вибростенд позволяет изменять частоту колебаний в широком диапазоне от 100 до GOOO кодЛвш. Отбор образцов производили по всему объему íjOpír.j пробоотборником а разрезкой $op¡¿u с псследугакнм определенней плотности и прочности.

Исследование особенностей илкроструктуры смесей при внброуплотне-KJP1 изучали иа иикроскопе МЕИ-15У. Применяли специальные петрографические шлифы толздгаой 200-330 шм и иаломы образцов, гкреэаешх из е

раВЛ #ГЧКЫХ МОСТ цОрМЫ.

C-f»paírO7г-Л TtiTD& SKCIitpíWc'KTC'B, ПОЛ'/ЧеНКЫл В pa&OTO, ОСу'-

St.eC T » Л Я Л-riC Ь ЫеТОДаМИ ПЛаЬИрОВаНПЛ 3KCÍ iepiÍW£.'HTa *.Г*ау'ССа-ЗеИДеЛЯ ) . i¿0~ ВерХКОСТИ ОТКЛИКа ПрсДСТаВЛЯЛИСЬ С ЛСПОЛЬЗОВаНПеМ Пакета ПрОГраММ FO/'GRAFH.

2. Разработка СОСТаВОБ СМеСеИ С ПОНИДёНКЫМ СОДерЛаНИеМ СВлЗ'уТО'ДеГО

Максимизировалась прочность сыесеи при ограничении па осыпаемости в квиагретоц состоянии л выживаемость по остаточной прочности.

При исследовании C0«¿-процесса содержание сьявукл^епо поменялось от 3,5 до **,. Е результате получен рациональный состав смеси содер/каадни жидюэго crecía, 0,2-0,51 пластификатора. Свойства ь ненагретом состоянии: прочность ~ l,-¿~lt6 МПа, осыпаемость - Q,2~ü, ££1, остаточная прочность - 0,1-0,2 ЫПа,

Исследованы сиеси для СО^** процесса с *добавкой гллкы для улучаеьлл «£орцуеыости, выживаемости и повышения сырой прочности. Анализ показал, что иаксг1ыуы прочное ги наблюдали при содержании глины до 2 7». ППИ УВ€-ЛЛЧеНЛИ ГЛИНЫ ДО «: -Í ПРОЧНОСТЬ СНЮСаЛЗСЬ И У'ВеЛИЧИЬаЛаСЬ OCUIiae>.¡OGTb . Требуемие свойства ¿¡¿ли получен« при 3-4Z жидкого стекла, 0,4-0,5Z пластификатора.

*1сследовали воздействие пластификатора (0,3-0,5*) на оотлт о ч ¡;у np-o^üocTii с pa¿JiiWübi¿ содержанием связующего (3-5£). Уь¿.n¿i;¿¿• íi;-.г

содержания osac тификатоpa от 0,3 до 0,531 при 400*^0 снижало прочность на «X)-4oZ. Бое составы сыесеи относятся к хорошо выбиваемым. Гак прл S* связующего остаточная прочность не превышала при 400°С - 1,1 ЫПа. Б00пС - 0,4¿},21а и при 300°С - l.lMTIa, что а два pasa ниже, чей у типовых смесей без пластификатора. В смесях с добавкой глины (1-2Z.) отмечен аналопгчкь;п зффект при температурах Б00 и 300°С.

При исследовании смесей, отверздаешх теплоы, рациональным является состав смеси с 47. гадкого стекла, ЗЛ глины и 0.3-0,51 пластификатора. Остаточная прочность смесей при температурах 600°С и выие била близка к 0, а до 400°С не превышала О.БМПа.

Тагаш обравоы пластификатор воадейстБует на смесь как упрочняш^ал добавка а ненагретох состоянии и сильный рааупрочнитель при натреье. Зто явление обусловлено специфической работой модификатора третьего типа, а именно: добавка не изменяет структуру кремнегеля, в отличие от гфяров или других модификаторов, а только снижает внутренние напряжения системы.

Эффект упрочнения жидкого стекла при вводе пластификатора (КМЗ)

О&у'СЛОВЛкК ВОЗДсИСТВИеМ iiS НадиСЛ tr Ку' ЛЛ р И у'¡и СТРУКТУРУ СВЯЗУ«Ж,еГО. Прй введении KXEI в наполнитель (вместе с едкий натрем) Он распределяется на поверхности в виде отдельных лнкз. При введении в смесь жидкого стекла происходит образование оболочки, покрывзалцеп эти линзы, и образуется исходная система: кварцевая подлодка - - лидкое стекло. Для подтверждения данной гипотезы процесс последовательного ввода ингредиентов моделировали на кварцевых пластинах. Происходящие явления наблюдали в проходящей свете при увеличении xSO. В пленке лидкого стекла отчетливо видны катти распределенного KJ.ÍTI.

Б дальнейшем вкличения Ю£1 начинали всплывать к поверхности раздела Жл1£гх>стъ~вовдух. ото происходит из-за разности в плотности KJ.U1 и аидкого стекла (0,9-1,0 г/сы3 и 1,46-1,-13 г/си3 соответственно). Следует учитывать,что ЬЗ.Л обладает слайокислыии свойствами (рН -4-6), поэтому в процессе переиеценкл на границе раздела аидких фаз происходит огелиьайие видного стекла и образование на поверхности глобул пластификатора вязко пластичной оболочки, прешттствукден г-; дальнейшему пере-иеценив. ОСолочка отеленного жидкого стекла видна при наблюдении с по-иодь» микроскопа через 1 ч после смешивания. После отверждения из-за различной скорости всплытия в пленке связующего образуете« пространственная сетчатая структура, образованная глобулярными хндкиии включениями пластификатора. Полученная структура препятствует развитие в надмолекулярной структура связуэдего напряжении за счет .жидких включений, нграацих роль дешферов. Кроме того, при длительной выдержке замедляется рост бикарбонатов, сннжаагщх прочность сиеси.

Полученные зкеперишнталыше данные для остаточной прочности показали ее существенное сшиение при введении KUH. Очевидно, что при нагреве с вше 200°С Ю.Ш начинает газифицироваться. Учитывал, что КПП представляет собой сива окислов пропилена и этилена, при иагревэ начинает образовьшатьел углеродосодераагая фаза, которая адсорбирует на глобулах лидкого стекла и является источником дефектов по которая проходит граница разрусеипл. Tók;&í образов механизм разупрочляздего воздействия КШ аналогичен традиционный утлеродссодедобавка. При исследовании смесей с добавкой г л;'¿ми в пленках сшаукцего отпечена аналогичная картина.

4. Исследование уплотнения cueceй при вертикальной ьибрацш:

Из результатоз экспериментов следует, что с увеличением ускорении колебании плотность и прочность с«есей ыоногопко возрастает по низу и верху форму и составляет при рациональных р&хянах 1,Е5 - 1,57 8

г, cu1. ¡.¡M.lVKa и î.42-1,44 Г/СМ-', соответственно.

Отмечено, что при ускорених болей 3,0-3,5g образовывались расхж-енил. как правило. в верхней частя. При атом наблюдали круговое пером-.г:енн-5 с. Ускорения менее 2<г не «¡¿¡¿'Стивны и не позволяли получить ;.адан-

ных свойств.

При исследовании влияния продолжительности вибрирования на уплотнение смесей отмечены три этапа: первый - происходит резко« увеличение плотности во всех случаях, независимо от ускорений колебаний, количества связующего, наполнителя в течение 2-3с вибрирования. lia взором а тале (более 2-Зс; происходит более плавное нарастание плотности, "ри этом в уде сформировавшемся "скелете" структуры происходит заполнен«-? проиеАуткса ыелду зернами Солее мелкими частицами с увеличение« координационного числа. Причем более крупные частицы, BpS-аясь, "захватывают" более иелкие близлежащие частицу, образуй "сетчатую" структур/. Сиесь с лонн/генныи содержанием связующего уплотняется до значений 1,4 Г/ci*3 уде при ускорениях колебаний и до 1,5 г/си'3 при З.Ой- В тоже вреця смесь с е.". связующего лига до 1,23 и 2,40 г/см3 ссотзетствьн-но. Игиекение плотности а первой случай более значительно. При рс-ду-мах виброобр-аботки с ускорениями колебаний Л,5д •:•:-!!•;плотности зти>: сиесей приблизительно одинаково и даге несколько Bise длд смесей с CL дидкого стекла. Это объясняется солгеии седср^ксм последнего, которое при значительных ускорениях, вследствие унеиьсенид вязкости, заполняет «елаереннне проиедуткл креие того, игразт роль смазки. В то."-« .'ре!1л координационное число ыодет при отец бить иил», чей для смеси с попиленным содержанием спяэуюп,его.

Иа третьем атапе игненанил плотности но происходит. Однако иссле-доьаниэ ¡«схроструктури снеси пссле .длительного акбрироааапя (багг«< î г:ли) лс-кзгадо иадичи» рагорвгяных свдг«й иаоду чрстздзди.

Дзя гыл?.г.екнл особенностей формирования структуры при аибра;7ион-iícji воздействии сопоставляли степень уплотнения îî прочжст> стандартных обрп-лцоа, уп."откен1г»< вибрацией и удгршла способом на копро для снесен с понидошл« ссдорхаинби свлзув-эго. ЕЫаи получены плотности обрдзиоа от ктанмалыюн до ьигкех^азьно вогмагиой, исходя из технических sosm«Hocxeä шйростелдо. Прочкостз» при шйроуплотяопкн зо всех случаях пиле в сродней на 33* при одянамосой озотности.

5. "сслс-до.яляиз упдогнзн.'я емгеей прл гсриаонтаЕьйой вибрации Задачей дачного раздала яшигссь Еиявлеаиэ особенностей уплотнения и структуру i|op:ej, выбор рацжгаадыпи релкиоа вибрац;«.

КОЛббаНЛИ ЬИ.ирОСТёНД£ Г/П ДО 200 КГ ПОКазаЛ, ЧТО ЗНаЧъгНИЛ i ускср£н*ы «зл^банин сопостаь;шь» с ¿^ртикадъ кши. Эта

ОбЪЛСНЛеТСЛ OCOGcHHOCTHUH КОНСТРУКЦИЯ pvC СОрНОИ подьески» КОГДа под ДvHCTíí/ItrW ГОрИ£>ОНТаЛ£ ¿;ОЙ ii С»12Ы СТОЛ Л£рсМ£ПЦаёгТСЛ ПО UärtTKH*

КОЬОИ ¿WilÄrtTy Дс. Г0рИ«>0НТаЛЪНаЛ Cí>27ab¿jüí)5*ÁH paEHOMôpUO раСПрёДёЛ-еНа ПО ¿Л0м*!аДЛ СТОЛа, л Ь«?рТГКЛ«ЛЬ НоЛ Ha Kpaá> СТОЛл СУ'ЕссСТЬё-ННО ПрвЬйшиЗёТ сЬаЧёлИЛ £> ЦсНТрш1ЬН0И ЧаСТИ.

С^рйДёЛё'НИй' ОбЛаСТИ paUHOHaJLbHbtX ptrJLHWOB '/ИЛОТНс-НИЛ ПРОВОДИЛИ В ИНТОрЬаЛ«: ЧАСТОТ iÜö'cOCO OC/UHn И, COOTSêTCTBêHHO, ускорении КОЛвСа* НИИ 0,3" llfc. o¿ww¿iOUc'pHCCr¿ И^Ыёл&НИЛ ПЛОТНОСТИ ¿DJc*é7 СЛОАНЫИ дарЗлТс-р

сЬаЛлЛс;mi ДЬс» UaKCHUyU3 УПЛОТНЕНИЯ. ПрИ У&&ЛПчёНПН yCKOpêHHH КОЛёбо** ПИИ ДО 2,u""3,Oîj ПрИ ЧаСТОТё ДО iGOü" 12 со Ou/ ынн Но^ЛлиДосТСл рост ПЛОТ-m V- v«i до i, 52-1, SV г J с«'^ по ниьу ¿Jop-uí* н до 1,40~ 1,42 г / см ^ по ьёрху.

4>рН ДаЛ£Н0>шсМ УЬё'ЛИЧёгППИ Парам?ТpO¿ ¿ИирсаДИИ H.ЧЛН ПрОЬаЛ ЛрС'Ч-ь ОС Til И ПЛОТНОСТИ Ь ИНТёрЬаЛ<? ЧЗСТОТ 1200- 2000 OÖ/UHH И УСКОРЕНИИ f<,ú'5.2¿T. ПрИ ЭТИХ pwAJíUcví КаиЯЮДАЛИ ИНТс-НСИйНОс* Лё'рёУс'СИЬаИИй' СМ£СИ ь t^pwü. частицы сысои йакручньалпеъ, дьигалсь от центра по низу

V-^ ><сы К »¡рОТИЪОПОЛС&Н}»и стёнкаы ОПОКИ « ь иапраьл€Н»1и д с-¿1с 7 ь ИЛ ropilôoh" кои бсчзму ¡53*'ií сшш. дс*лêer CWt-СЬ ПОДНИМалаСЪ ЬБсрл И СМёшДЛаСЬ от CTsriOK ОПОКИ К Ц^НТру. БСТрёЧКас ПОТОКИ С^4сЛ*аЛИС£ ДаЛёё- К ьис--'/ цОр)«£У< » cuvhm OöpaaOU найдодали образование" двух "роторов", Причем МсХДУ Н*ШИ ht:/.» л/... далась довольно ч^ткал граница. иоьсрх нос ri» ¿íx €>ыла дос таточно гладкой. отмечались таю*ё малые *ротори * длинен от 50 ДО i сА-' ММ Нед П0-

Ьп;рлУ.ООТ*И фОрМЫ Преимущественно У CT¿HGK ОПОКИ. СКОрОСТЬ rjêpOMt-wviiiîv-i

V-¿ивалась по мере увеличения частоты, достигала ыакспмуид ! ;ЬСО- iС00 об/мин) и затем уменьшалась. При 2000-£300 об/мин переы-щг-iuK- прекратилось. Отмечали при вращешш смеси образование расслоении.

¿1адеиие плотности и прочности при увеличении параметров ьи'раци;: йОълснявтся перемещением смеси при определенных режимах шлеСакии, чтс> йедс-т к ее раврыхлекгйо* Зф^кт перемещения cweoj объясняется особен-¡гостями кокструкщи установки, описанными Еьше, когда появляется гна-чктедьная вертикальная составляювдн колебаний на Kf'Sio стола при распрямлении пружин, Необход;шьи к достаточным условием перемещении частиц сиься в макрообъеме является достаточная частота колебаний и преьыше-¡írk' вс-ргикалькой аглплиг/ды юлебанш"! на край по сравнений с центром с гола не менее, чем на 50Z. Выравнивание амплитуд с увеличением часто-ш ье-дет к прекращению процесса.

Исса&довали распределение плотности и прочкос'.й & объеме формы с

моделью и бег нес в наиболее характерных сечетшх по низу и верху. Установили. что степень уплотнения у стенок ОПОКИ ВЬ£2<.'. чч-м в центр,; формы, аа исключением режимов с малой частотой до 700 об/мии. Ангола полученных данных показывает, что характерной особенностью при горизонтальной вибрации является следующее: максимальное уплогл«нч« у . кок опоки и модели, расположенных перпендикулярно излрйвлекпю ции; »¡¿сколько .них«. плотность у ст«нок, параллельных направлена коле-Салий; минимальная плотность в центре формы без модели. 3 результат* получается аналог;« с "оболочковой" формой с .честим каркас: м. с уыекьвекиеы плотности по мере удаления от модели. Полно выделить основные зоны: наиболее уплотненный слой смеси у модели и стеН'.'к оно ки; слабо уплотненный слой смеси в остальной 'части формы.

Оценивали мощность, потребляемую при горизонтальной и вертикальной вибрации. Установили, что энергоемкость процесса при горизонталь • нон возму¡лающей силе »¿ало зависит от массы и минимальна по сравнена вертикальной вибрацией, кроме области резонанса, где для сшмекни потребляемой мощности несб>:од;шо ;гыеть достаточную массу формы.

На основании проведенных экспериментов и анализа литературных дан/;ых предложена модель процесса при воздействии вибрационного поля на формовочные смеси.

Гр-п кололопин вибрационного поля на снесь, находящихся в опоке пли стер.4невом ящике, наблюдается слохнал /-картина. Основными фактора-мп, определяющими поведение смеси, являются параметры вибрации (ашхя-туда, частота, ускорения), направление действия возмущающей силы Гго-ризонтальное, вертикальное), составы смесей (тип связующего и его количество, наполнитель), масса формы и ее высота, а так&е особеннее;>; конструкции впброустаноьки и ряд других факторов. При виброобработке формовочной смеси н оснастке с пей происходит ряд превращений, обус-ловлеьчп^-: в первую очередь интенсивностью колебаний. На основании полученных экспериментальных данных нсано выделить следуют« ссковпке состоякия дисперсных систем в поле вибрационного воздействия: уплотне ;;ие среды Г по е вдоте куч ее ть или псегдосшкение), виброперемезивание. впбрсбуикерпроьанпе. Причем, при определениях релзшах БИброобработкп вогмолко сочетание этих процессов, что паяет привести, например, к г;о-явления расслоений (уплотнение и вибротракспортировзлие).

При воздействии вибрации на диспераг/э среду (форжвочкад сг<с-с;,' она начинает приобретать подпияностъ. При спределеннгК режимах начинает ослабевать силы сцепления ме-лду частпндми к о;ш начинает пе-

11

рс-м^латься в ограниченнее пространстве. в вибрационной поле калдая частица ¡шеет три степей-.! свободы. Причем, процесс структурс-образова-ния происходит по пршципу ипнпиуыа энергии, т.е. система стремится к разновесному ссстоян;а:. Частицы смеси помимо некоторого пространственного перенесет!* ¡шекг; собственное вращательное движение, что отчетливо видно при наложении вибрационного поля и наблюдении при небольших увелнчекиях (хЮ). Вращение гиц и отдельных образований могут быть объяснены ач4^ктоы самосинхронизации. В результате этого происходит образование узлов из некоторого числа частиц. Более крупные зерна наполнителя захватывают при враценни мелкие част>щы, образуя ылкроагло-ыс-рат. Подтьерлдекием этого является сравнение структур смеси при вибрационном ¡1 ударной воздействии. Еидна сетчатая структура смеси при ¿иброуплотиекии. Таким образом возникает пространственная структура, состоящая из агрегатов. Система стремится к мишшуму свободной поверхностной анергии.

Таким образе« д;!сперскые систему при вибрационном воздействии отреыятся к образован;» структур с минимумом поверхностной энергии, причем, происходит это и на уровне частиц наполнителя, и при сообщении системе большой анергии на макроуровне. Образование агломератов необратимо л»!ль в системах, обладавдцх сьязностьв ¿силами сцепления), т.е. ;.рн ьаличпи па зернах наполнителя связутаего. Б сыпуча: системах (сырой песок) это явление б какой-то степени наблзодали л иль в течение воздействия вибрационного поля. Направление возмуваадей силы (ьерти-Ka.ii)кое или горизонтальное) не оказывает влияния на структуру смеси.

В области режимов виброобработки наблюдали сложную картину, состоящую иа следующих процессов: уплотнение, транспортирование, буккери-роиание и редии, близкий к виОрокилядену слса.

В общем виде модель процесса мелет быть описана следующей системой зависимостей: в-Г(в.п),

где б - прочность смеси; С- степень уплотнения; п- число КОН-ТаКТСВ.

г,-Г(х)

при Т^цп" Гцтах (

где х - время.

11т 1,6 г/сыэ для ьиброуплотнения,

¡Да № - частота колебаний.

Значения коэффициентов определены наклоном кривой (cosO) оценивается при обработке экспериментальных данных методов регрессионного анализа.

ДУ

Лб----

Дг

где V - объем.

Если Дт -в1п , то 5 - аах.

Потребляемая мощность виброприьода: ii-fi'G).

где G - масса формы.

Для вертикальных колебании: Ni-a+bG ; для горизонтальных: N'-г -a+tG+cGz .

Б. Внедрение результатов работы

Опробование разработанных составов лшдкостекольных XT С проводили ь чугунолитейном цехе ."СО им. Свердлова и на Каунасском центролите. повые составы пр^шенялись взамен традиционного СС^-процесса с добавкой глины и без нее. Енедрение смесей обеспечило:

- снижение общей стоимости вспомогательных материалов;

- сшиение расхода .дпдкего стекла;

- ликвидацию добавки асбестовой крошки и молотого угля;

- улучшение технологически свойств смеси;

- улучшение выбиваемости ферм и стер&неи.

Соц>1алько-гкалоп1ческии аспект нового варианта смесей заключается в том, что канцерогенные компоненты смесей заменены на экологически чистые.

Результаты исследований по виброуплотнениа смесей с пониженным содердакием сьязух^его реализованы в сталелитейном цехе ГП "Невский завод". Еыла изготовлена опытно-прошгаленкая установка с горизонтальным направлением воамуцавдей силы грузоподъемностью 12 т. Установка Работает в комплексе с СараСанкш смесителем периодического действия. Бибростенд имеет тиристорный привод, позволявший изменять частоту от 150 до 1300 об/мин. Ускорения колебаний изменялись незначительно при увеличении пассы Форш (5-10'). Плотность по низу форз.и составляла 1,56-1,58 г/см3.по верху 1,40-1,44 г/си3 н у подели 1,53-1,56 г/ал3.

13

С'-'ЛИЛ У^2:0НМ Деф-екТКОСТИ ОТЛ}1ВОК. ПиЛУЧеННЬЬЧ Ь фор-маХ, ИЗГОТОЬ-

ленк&ч вибрациеи Сил на 20-30" Н/1де. че/^ при изготовлении ударньал методой у ¡»лоткен^ья, а показатели чистоту поверхности б»жли виде.

Екедрение разработанной технологии изготовления отливок с применением ло.ггх>\;плотняе1х*ч с использованием виброуплотнен^и? позволило существенно снизить трудоемкость изготовления и повысить качество отлиеок из стали и чугуна, сократить цикл изготовления фори и увеличить съеы литья с фориовочно-заливочного участка, устранить ручные операции.

Гт 1'и I

\jfdiLJlC. ОООидД

1. Современная технология изготовления средних форм базируется на холоднотаерде-ввдх смесях (ХТС) с лндкосгексльнкм или смоляным свлзу*о-еим. Преимущественный способ уплотнения - вертикальная или горизонтальная ьи'ралия. Показано, что смеси, содержащие минимально возможное количество связующего - хидкостекольшае 2--»X, смоляные 1 обладает высокой подвианостью и удовлетворительной уплотняемостьс вмбраци-ей как с вертикально так и с горизонтально направлением колебаний,

2. Сн>£4ение содержания сьязутыдего в смесях достигается введением модификаторов. Доказана возмадность использования в качества кодификатора у йлаагкфикатора) дидксстекольких смесей окиси пропилена и низкомолекулярного полиэтилена, которая получается в качестве побочного продукта при синтезе шсокомодекуляркого полиатил&на.

3. Разработана гамма лидкостекольшд смесей с понилекниа до 3, 54,01 содержанием связующего, с улучпекной подви&ностьс и минимальной остаточной прочностью (0,5-1,0 Ша) после нагрева до 300°С.

4. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность уменьшения содержания в смесях жидкого стекла за счет применения модификатора 3 рода - пластификатора. Установлено наличие в пленке смвуззарго сетчатых структур,образованных пластификаторам. Такал структура снижаэт напряжения в пленке связующего при отверждении и после термодеструкции раэупрочняет стекловидную дидкостекольн'/ю пленку. В сиеси с 4,07. жидкого стекла при 0,47. пластификатора (СО^- процесс) прочность в кенагретои состоянии достигает 1,5- 1,8 МПа, остаточная прочность составляет не более 0,7-0,9 МПа.

5. Установлены существенные преимущества виброуплотнения литейнил фори из ХТС с горизонталь ш направлением колебаний против вертикаль-пах. - меньазая на 30-405 энергоемкость процесса, пониженная чувстви-

Ч 4

1 Чк

TvJLbHCCTb К OtJvt^TY 07CV'TC7biiü рЗССХилгКИЛ ПО LiJCüTC- >1 Др. .Tvi!

rOpiltfOHTcuHHOii И Bt*p7HKcLuLH011 ВЛирЗЦ)1Лл '/nHOTHu-HiW

СЯ ЧёрёЗ б" 10 С£*гГ>'КД, bilC'p3UiL/i л с* CK33i*B«ac*T ЬЛИЯИ'»{Я КЛ

ПЛ07НСС ть формы.

0. экспериментально доказало, что при горизонтальной впб^ лцни имеют место дьа максимума плотности и •прочности формы при ускорениях колебании 2,5-3,Cg и Солее 5,0?. Оки ссстааляят по низу формы соответственно 1,55-1,57 г/смэ и 1,6-1,8 ЫПа для Cö-г- процесса.

7. Показано, что при вертикальной вибрации плотность возрастает со мере увеличения ускорении колебании до 3,0-3,5* до 1,55-1,53 r/owJ по низу и 1,-13-1,-15 Г/См по верху формы. При увеличении до 5,0 ¿г и более плотность по низу практически не изменялась, а по верху Ф^р-мы происходит разупрочнение смеси. °

3. Установлено, что при вибрсуплстнешш по сравнен<со с ударным и другими способами уплотнения прочность смеси на 20-301 выле, вследствие образования в форме упорядоченных сетчатых структур с большим на 20-30« числом контактов медду зернами наполнителя.

Э. Показано, что при горизонтальном ьиброуплотнении при ускорениях 3,0-5,Gg возиоляо создать круговое двидение ингредиентов смеси, доказана возиоАность перемешивания ингредиентов смеси непосредственно з форм« с г.оследутацим уплотнением при ускорениях 2,5-3,0

10. Показана целесообразность создания при горизонтальном виброуплотнении структуры фермы с дифференцированной степень¡э уплотнения: плотность у модели, по ладу и у стенок опоки l,55-l,5Sr/cu3 и 1,3-1,-1г /'см3 в нерабочих частях формы. Тем самым достигнута экономил расхода смеси на 20-30* при заданной плотности и прочности формы.

11. Результаты работы внедрены на ЛСО им. Свердлова, Каунасском центролито, ГП "Невский завод" с общш зкономическлы эффектом 226,1 тыс. руб. в ценах 1991 года.

Основные полодения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Соколов Л. В. Особенности виброупдо'тиения смесей с пониженным содержанием жидкого стекла // Сб. Повьшение эффективности литейного производства. - Л., ДДНТП, 19S7, с.19-20.

2. Соколов A.B., Бречко A.A. Уплотнение формовочных смесей при горизонтальной вибрации // Сб. Интенсификация технологических процессов в литейном производстве. - Барнаул, ч.2, 1983, с,10-12

3. Соколов А.Б., Гуковскгш С.С., Еречко A.A. Особенности виброуп-лотненкя форы для крупных стальных отливок // Литейное производство,

15

is&a, м л. - с. аз-15.

4. Соколов А. Б., Бречко A.A. Структура литейной формы /'/ Сб. Пути йОлУЕС-к»и качества и экономячиосги лигеиных процессов. - Одесса, 1BS8,

с.56-58.

5. Еречко A.A., Соколоа ¿..В., Рыбачук С.К. Проблемы технологии крупных форм // Сб. Повьшение эффективности литейного производства. -Л., ЛДНТЛ, 1989. с.84-86.

6. Еречко A.A., Соколов A.B. Особенности уплотнения вибрацией смесей с различными связующими /'/ Сб. Повышение эффективности литейного производства. - Л., ДдНТП, 1930, с.70-73.

7. Еречко A.A., Соколов A.A., РУбачук С.Л. Влияние массы формы на уплотнение вибрацией JJ Сб. Пути повыаения качества и эффективности литейных процессов. - Одесса, 1990, с.61-62.

8. Еречко A.A., Соколов A.B. Современные дитеикые формы // Сб. Лл. ременные литейные материалы и технология получения отливок. - Л., 'vlHTIl, 1931, с.67-69.

9. Еречко A.A., Соколов A.A. Изготовление литейных форм вибрационными методами // Литейное производство, N 6, 1992, с.12-14.