U пр =ц(Апт +AKorSm)-x, (3.2)
где Е/пр — общая энергия процесса; г| — КПД смесителя; А„ — удельная работа перемешивания единицы массы смеси; Аког — удельная работа когезии; т. — масса смеси; S — удельная поверхность элементарного объема смеси; т — время перемешивания.
Анализ приведенной зависимости показывает, что энергия, затрачиваемая на смешивание в единицу времени, зависит только от массы смеси и сил когезии. При продолжении смешивания, то есть на третьем этапе, система получает энергию, расходуемую на удаление воды или растворителя в составе связующего. Этот процесс сопровождается возрастанием жесткости связей в оболочке за счет увеличения сил адгезии. По мере увеличения времени перемешивания оболочки вокруг зерен уплотняются и смесь в это время состоит из отдельных изолированных зерен наполнителя с пленочной оболочкой связующего. Отсутствие связи между отдельными частицами смеси свидетельствует о нарушении термодинамического равновесия системы, при котором между двумя смоченными зернами всегда возникают жидкостные манжеты. После стандартного уплотнения прочность смеси во влажном состоянии возрастает, поскольку силы когезии увеличиваются за счет наложения эффекта дальнодействия и по причине изменения состояния связующего из-за частичной потери растворителя.
Главным критерием качества холоднотвердеющих смесей является прочность в отвержденном состоянии, поэтому процесс их перемешивания прекращается после достижения однородности, что равнозначно получению рациональной структуры.
Песчано-глинистые смеси должны иметь высокую прочность во влажном и одновременно упрочненном состояниях, поэтому после достижения однородности процесс перемешивания продолжают до тех пор, пока прочность смеси во влажном состоянии не достигнет требуемой величины.
3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ
В современном литейном производстве существует множество способов изготовления форм и стержней с применением многочисленных составов смесей. Используемые смеси можно отнести к трем поколениям. Формовочные и стержневые смеси первого поколения применялись в период с 1900 по 1947 г. Эти смеси в большинстве случаев приготавливались вручную и уплотнялись с помощью простых встряхивающих и прессовых машин, а также с помощью механических трамбовок. Формовочные смеси состояли из природных песков, глин, а в стержневых смесях использовались связующие, требующие обязательной сушки. Формовочные и стержневые смеси второго поколения ориентировочно использовались в период с 1947 по 1974 г., когда наряду со смесями первого поколения (в постоянно уменьшающихся количествах) стали применяться синтетические смеси, содержащие бентонит и само- отверждающиеся связующие материалы. Для приготовления этих смесей использовались специальные комплексы оборудования. Производство форм и стержней характеризовалось появлением быстродействующих автоматов, безопочной формовки, прессов высокого давления, пескометов, а также линий для изготовления форм из самотвердеющих пластических, сыпучих и жидких смесей. Для производства стержней из смесей второго поколения применялись пескодувные, пескострельные автоматы и пескометы. Началом применения смесей второго поколения считается 1947 год, когда был запатентован способ отверждения смеси продувкой углекислым газом. При этом смеси второго поколения характеризовались следующими признаками: развитием смесей холодного отверждения для форм и стержней; повышенной скоростью отверждения; развитием механизации и автоматизации процессов приготовления смесей и изготовлением форм и стержней, отверждаемых в оснастке. В 50-х годах (патент 1944 г.) начал внедряться способ получения оболочковых форм и стержней, основанный на использовании смесей с термореактивными смолами. Смеси второго поколения получили широкое распространение в разновидностях способов изготовления форм и стержней. Основной особенностью смесей второго поколения является применение связующих, обеспечивающих отверждение при минимальном расходе энергии и получении повышенных прочностных свойств. Преимущества смесей второго поколения проявлялись в значительном повышении точности форм и стержней и, следовательно, точности и уменьшении шероховатости поверхности отливок; в создании автоматов и автоматических линий для крупносерийного и массового производства отливок; в снижении расхода энергии на уплотнение формовочных и стержневых смесей, в устранении сушки стержней. Недостатки смесей второго поколения: большое число связующих химического действия неблагоприятно воздействует на условия труда; рост потребности в сухом и охлажденном кварцевом песке; повышение стоимости связующих и песка; необходимость регенерации отработанных смесей; плохая выбиваемость. Первым вестником появления смесей третьего поколения явилось использование металлической дроби в способе магнитной формовки, предложенном в 50-х годах. Классическим примером смеси третьего поколения явилась формовочная смесь без связующего — чистый кварцевый песок, используемый при вакуумной формовке (Япония, зарегистр. в 1971 г.). Основные признаки формовочных и стержневых смесей третьего поколения: зерновая основа — почти чистый кварцевый песок или материал, не содержащий связующего, пригодный для литейных целей и отверждаемый физическими методами. Минимальное содержание связующих в таких смесях должно полностью или большей частью удаляться на определенном этапе производственного цикла, чтобы обеспечивалась последующая применимость зерновой основы после минимальной подготовки или без нее. В связи с указанным к смесям третьего поколения можно отнести и формовочную смесь, используемую в способе, который основан на замораживании смесей при изготовлении форм и стержней. При этом способе применяется формовочная и стержневая смесь, содержащая бентонит, воду и кварцевый песок. К третьему поколению относится также группа смесей на содовом связующем для стержней, применяемых при литье отливок из цветных сплавов. Состав стержневой смеси: песок, углекислый натрий и гидрооксид натрия. Эти соединения натрия связывают зерновую основу при продувке га^ом СО2, образуя новый вид связей, распадающийся под давлением воды. Процесс удаления стержней погружением отливок в воду существенно изменяет некоторые операции получения отливок:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.