Способ определения выбиваемости формовочных и стержневых смесей на образцах

Способ определения выбиваемости формовочных и стержневых смесей на образцах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советски к

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

G 01 и 1/00

G 01 N 3/32//

В 22 С 1/00 (22) Заявлено 06.01.78 (21) 2569217/25 — 02 с присоединением заявки .%

Госудэрстввииый комитет (23) Приоритет ао делам иэаорвтеиий и открытий

Опубликовано 23.07.80. Бюллетень ¹ 27

Дата опубликования описания 23.07.80 (53 ) Уд К 620.178. .4.53:621.742.4 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Лебедихин, Л. В. Осипов и В. П. Катарин (7l) Заявитель

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБИВАЕМОСТИ ФОРМОВОЧНЫХ

И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ НА ОБРАЗЦАХ

Изобретение относится к области определения свойств формовочных и стержневых смесей, применяемых в литейном производстве.

Под выбиваемостью понимают степень трудности удаления стержней или частей формы из остывшей отливки.

Основными условиями приближения воспроизведения лабораторных условий выбивки к реальным, в которых находятся стержни в отливках к моменту выбивкн, являются состав смеси, температура прогрева стержня, 10 продолжительность выдержки AH различных температурах, величина объемного сжатия

:стержня при усадке металла, скорость охлаждения стержня.

Известные методы выбиваемости делятся по технологическим пробам и по стандартным образцам.

Чтобы воспроизвести в испытуемой смеси реальные условия литейной формы, используют технологическую пробу, т.е. отливку упрощенной конструкции, в большей или меньшей степени моделирующей какую- то группу отливок. Для изменения температуры прогрева

2 испытуемой смеси технологические пробы изготовляют различных размеров или одного и того же размера, заливая опытный стержень сплавами с различными температурами заливки, например, чугуном, медными и легкими сплавами с температурами заливки соответственно 1350, 1150 и 720 С. В качестве критерия оценки трудоемкости выбивки стержня обычно используют число ударов по отливке, необходимое для высыпания стержня. Поскольку до настоящего времени не существует стандартных приборов для определения выбиваемости, невозможно сопоставлять результаты, полученные разными исследователями, так как очень трудно без станд»ртных приборов создать одинаковые условия выбивки опытных стержней. Кроме. того, невозможно объективно определить момент конца выбивки из-за образования пригарной корки разли пюй толщины.

По стандартным образцам количсственн»я оценка выбиваемости объединяет методы, в которых за величину выбиваемос и приним»ется работа выбивки, затраченная н» сквозную

3 7503, пробивку термообработанного и охлажденного образца с помощью специального копра, или остаточная прочность нагретых и охлажденных стандартных цилиндрических образцов (1) .

Определение выбиваемости путем сквозной

5 пробивки образца на специальном копре (метод ЦНИИТМАШ) позволяет получить воспроизводимые количественные результаты, но не устраняет недостатки, свойственные методам определения выбиваемости по стандартным образцам, так как опытные образцы при охлаждении и в момент испытания не находятся в условиях сжатия, например двухосного сжатия, что приводит к существенному различию в напряженном состоянии смеси в процессе выбивки в реальной отливке и в процессе разрушения испытуемого образца; пробивка центра образца специальным бойком отражает реальный процесс удаления стержней из отливок с применением отбойных молотков и не отража-, ет целиком процессов разрушения стержней при выбивке на вибрационных решетках, так как в этих случаях воздействие на смесь в виде вибрации или ударов осуществляется не непосредственно, а через стенки отливки или опоки, Известно также, что эксперименты выполняются с использованием планирования эксперимента (2) .

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения выбиваемости формовочных и стержневых смесей, заключающийся в том, что стандартный цилиндрический образец отвержденной смеси нагревают, охлаждают и разрушают в условиях двухосного сжатия, после чего определяется остаточная прочность образца при испытании на сжатие (3). Очевидно, что испытание образца на сжатие не отражает целиком процессов разрушения стержней при выбивке на вибрационных решетках.

Цель изобретения — приближение условий испытания к процессу разрушения реальных стержней при выбивке на вибрационных решет- 4> ках, Цель достигается тем, что производят формирование образца в жаростойкой тонкостенной гильзе, подвергают их совместной тепловой обработке с последующей вибрацией, прикладывая ударную нагрузку поочередно к диаметрально противоположным сторонам гильзы на половине высоты образца и перпендикулярно оси образца, с фиксацией времени на удаление образца из пцтьзы.

Возможность определения работы выбивки через время выбивки следует из формулы:

18 где

С целью определения длительности выдержки испытуемых образцов в муфеле для воспроизведения температур прогрева реальных стерж4

А — работа, затраченная на выбивку;

N — мощность оборудования, на котором осуществляется выбивка; — время, необходимое для выбивки; — величина, постоянная для данного типа испытательных устройств.

При выбивке образцов на стационарном приборе, приводимом в движение двигателем постоянной мощности, работа выбивки пропорциональна времени выбивки и мерой выбиваемости может служить время выбивки.

Вибрационное разрушение образцов целесообразно осуществлять на специальном устройстве, монтируемом жестко к подвижной части стандартного прибора для определения зернового состава песков модели 026 вместо набора сит.

Частота ударов определяется частотой колебаний подвижной части прибора модели 026 и равна 10 Гц. Удары по гильзе направлены радиально, перпендикулярно оси образца и осуществляются поочередно с диаметрально противоположных сторон гильзы на расстоянии 15 мм от основания, Сила удара по гильзе равна

2,6 Н. При проведении опытов были использованы гильзы высотой 50 мм, в которых тремя ударами стандартного копра формировался образец высотой 30 мм от основания.

Предлагаемый способ может быть стандартизован по показателям времени выдержки в печи, температуры нагрева, времени охлаждения, но для целей оптимизации составов стержневых смесей режимы тепловой обработки должны подбираться с учетом температуры прогрева реального стержня, которая зависит не только от марки применяемого сплава и температуры ззливки, но и от толщины стенки отливки и от времени охлаждения отливки до момента выбивки.

Способ определения выбиваемости осуществляется применительно к песчано-глинистым смесям для стержней фасонных отливок санитарнотехнической арматуры (отливки получают заливкой металла в металлические формы). При этом решается задача нахождения состава песчано-глинистой стержневой смеси, обладающей минимальной выбиваемостью.

В качестве переменных факторов при исследовании выступают Х < — количество глины, вводимой в смесь; Х вЂ” влажность смеси;

X — количество песка освежения, Х, — температура прогрева образна. Влияние остзльных факторов на выбиваемость в данных эксперементах не изучалось. Они-были зафиксированы на определенных уровнях и в процессе всего эксперимента (2) не изменялись.

7503.18 6 выдержки в муфеле (4 мин) и температура прогрева испытуемого стержня (225 С) приняты за середину интервала варьирования по четвертому фактору. В процессе эксперимента по матрице 24 реализовано 34 опыта, т.е. опыты по матрице были продублированы. Уровни факторов и интервалы варьирования представмя лены в табл. 1.

Таблица 1

Нижний уровень

Верхний уровень

Основной уровень. Факторы

Интервал варьирования

Натуральное обозначение

Кодированное обозначение

Содержание глины в смеси, %

1,5

6,5

Влажность смеси, %

3,5

Количество песка освежения, %

20

Температура прогрева, С

300

225

150

Таблица 2

Выбиваемость А с

М по матрице

Ме но матрице

Выбиваемость, А с (1

А А А

А1 Ад А

11,0 9,9 10,45

18,2 17,0 17,6

3,4

4,8

4,1

7,8

7,5

7,65

45,5 46,9 46,2

5 неи с помощью встроенных термопар были произведены замеры динамики изменения температуры смеси реальных стержней и экспериментальных образцов. Замеры показали, что через 4 мин после заливки металла для получения изучаемой отливки или помещения образца в муфель, прогретый до 800 С,. стержень прогревается одинаково, достигая 225 C. Вре

Образцы для определения выбиваемости формируются тремя ударами стандартного копра в специальных тонкостенных (толщина стенки

3 мм) гильзах, изготовленных на жаростойкой стали.

Изготовленные образцы прогревались в муфельной печи 3 или 5 мин и после извлечения из печи охлаждались на воздухе 3 мин.

Выбиваемость оценивается временем полного разрушения и удаления испытуемой смеси из гильзы. Выбивка образцов осуществляется на специальном устройстве, обеспечивающем пе риодические удары по гильзе, за счет которых и происходит разрушение образца смеси. Для . проведения испытаний устройство монтируется к подвижной части стандартного прибора для определения гранулометрического состава песков модели 026 вместо набора сит. Результаты опытов по определению выбиваемости приведены в табл 2

750318

ПРодолжение табл. 2

Выбиваемость А,с

М по матВыбиваемость, А с

N по матрице рице (А

А| А t A

А1 2 А

5,35

5,2

5,5

21,0

21,5

20,5

4,1

3,9

3,05

31.

3,0

6,9

7,8

8,7

3,6

2,7

2,5

30,0

3!,5

28,5

4,85

4,7

5,0

6,2

136

12,6

14,6

6,7

6,6

6,65

3,9

3,45

3,0 пением

Регрессия, описывающая связь между выбиваемостью и составом смеси, представлена уравА- 108 Бх,+ 7,Ьх 2-2,6хЗ+ 4 Х4+

4 Х „Х + 1 Х,Х + 2 Х, Х 4 2,5 Х Х 4- i,Ъ ХР4

Данное уравнение записано в кодированном виде (х могут принимать значения от — 1

1 до +1). В данном уравнении все коэффициенты статистически значимые. Статистически -не значимые коэффициенты в уравнение не включены. 35

Проверка однородности дисперсий воспроизводимости, расчет критических значений коэффициентов регрессии, проверка адекватности данного уравнения были проведены по соответствующим статистическим критериям и методи- 40 ке (2). Анализ данного уравнения, а также подобных уравнений, описывающих связь между основными физико-механическими свойствами емеси и ее составом, позволяет найти состав стержневой смеси, обеспечивающий выбиваемость на 30% лучшую, чем цеховая смесь.

При этом составе и значения физико-механических свойств укладываются в технологические . нормы.

Отсутствие в известном способе каких-либо данных о воспроизводимости результатов экспериментов не позволяет сравнить значения коэффициентов вариации. нового и известного способов. Кроме того, в известном способе эа величину выбиваемости принимается значение

55 осевого разрушающего усилия, и сравнение значений этого усилия с временем выбивки представляется не корректным. Достижение нового технического эффекта заключается не только в получении воспроизводимых результатов (хотя коэффициент вариации нового способа достаточно низок и не превышает 7%), но и главным образом в том, что в лабораторных условиях удается разрушать опытные стержни вибрационным способом, то есть не только состояние испытуемого образца подобно состоянию стержня в отливке, но и способ приложения знакопеременной нагрузки к стержню подобен реальному, достигаемому при выбивке форм и стержней иа вибрационных выбивных решетках.

Таким образом, достигается приближение условий испытания к процессам разрушения реальных стержней при выбивке на вибрационных решетках.

Формула изобретения

Способ определения выбиваемости формовочных и стержневых смесей на образцах, изготовленных из испытуемых смесей, включающий формирование образца, его нагрев и разрушение в условиях двухосного сжатия, о т л ич. а ю шийся тем, что, с целью приближения испытаний к реальным условиям выбивки смесей из отливок на вибрационных решетках, производят формирование образца в жаростойкой тонкостенной гильзе, подвергают их совместной тепловой обработке и последующей вибрацией, прикладывая ударную нагрузку поочередно к диаметрально противоположным сторонам гильзы на половине высоты образца и перпендикулярно оси образца, с фиксацией времени на удаление образца из гильзы.

750318

Составитель С. Тепляков

Техред А. Куликовская

Корректор М. Шарощи

Редактор М. Ликович

Заказ 4458/16

Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "ПатенТ", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе

1. Медведев Я; И., Валисовский И. В. Технологические испытания формовочных материалов. М., Машиностроение, 1973, с. 204;. 210.

2. Адлер N. П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий; М., Наука, 1976, 3. Авторское свидетельство СССР It 351126, кл. В 22 С 1/00, G 01 и 3/3 2, 1970.