43/39. Tadeusz MIKULCZYŃSKI 1, Mirosław GANCZAREK 1, Jerzy BOGDANOWICZ 2 'Zakład Odlewnictwa i Automatyzacji ITMiA Politechniki Wrocławskiej 2

Transkrypt

1 43/39 Soidification of Metais and Aoys, Year 2000, Voume 2, Book No. 43 Krzepnięcie Metai i Stopów, Rok 2000, Rocznik 2, Nr 43 PAN- Katowice PL ISSN WPŁ YW SKŁADU MASY FORMIERSKIEJ NA SKUTECZNOŚĆ ZAGĘSZCZANIA IMPULSOWEGO Tadeusz MIKULCZYŃSKI 1, Mirosław GANCZAREK 1, Jerzy BOGDANOWICZ 2 'Zakład Odewnictwa i Automatyzacji ITMiA Poitechniki Wrocławskiej 2 Wydział Inżynierii Wojskowej WSO im. T. Kościuszki we Wrocławiu Streszczenie Zaprezentowano wyniki badań wpływu składu masy formierskiej na efekty impusowego zagęszczania mas formierskich. Na podstawie wyników badań stwierdzono, że optymana zawartość bentonitu w masie, ze wzgędu na skuteczność impusowego zagęszczania, wynosi około 5%. Wzrost zawartości bentonitu w masie do wartości około 7% powoduje zmniejszenie efektów impusowego zagęszczania masy formierskiej. Taki efekt obserwuje się w przypadku zagęszczania masy z użyciem płaskiej płyty modeowej jak również z użyciem płyty modeowej odwzorowującej wąskie wnęki modei odewniczych. WSTĘP W Zakładzie Odewnictwa i Automatyzacji Instytutu Technoogii Maszyn i Automatyzacji Poitechniki Wrocławskiej są prowadzone od kiku at badania nowej głowicy impusowej, której podstawowym eementem jest, dotychczas niestosowany, samoczynny zawór pneumatyczny. Zastosowany w głowicy zawór charakteryzuje się bardzo krótkim czasem otwierania i bardzo dużą wydajnością [1], przez co zapewnia głowicy bardzo dużą dynamikę wewnętrzną. Prezentowana głowica impusowa pozwaa na uzyskiwanie szybkości narastania ciśnienia w przestrzeni technoogicznej rzędu 200 MPa/s. Ponadto zaeżność ciśnienia sprężonego powietrza w przestrzeni nad masą formierską w funkcji czasu ma punkt przegięcia. Wymienione czynniki - szybkość narastania ciśnienia i charakter zaeżności p 1 =f(t) - mają decydujący wpływ na przebieg procesu impusowego. Dzięki nim głowica impusowa zapewnia bardzo dobre rezutaty zagęszczania mas formierskich [2], o czym świadczy twardość powierzchniowa form wynosząca około jednostek.

2 350 Na podstawie anaizy modeu matematycznego G. M. Orłowa [3] można stwierdzić, że jednym z podstawowych czynników decydujących o efektach impusowego zagęszczania masy formierskiej jest oddziaływanie sił inercji słupa masy, które sprzyjają zagęszczeniu masy. Potwierdzają to wyniki badań wpływu wysokości słupa masy w przestrzeni technoogicznej na efekty impusowego zagęszczania. W przypadku stałej objętości formy o iości masy w przestrzeni technoogicznej będzie decydowała gęstość pozorna masy formierskiej, a zatem jej skład. Anaizując powyższe zagadnienia podjęto próbę oceny wpływu zawartości episzcza w masie formierskiej na efekty jej impusowego zagęszczania. Wyniki badań wpływu składu masy formierskiej na impusowe zagęszczanie przedstawiono w następnych rozdziałach. BADANIA WŁASNE Stanowisko badawcze i warunki reaizacji badań Schemat stanowiska badawczego z jednozaworową głowicą impusową przedstawiono na rys.. Stanowisko badawcze składa się z następujących podzespołów: jednozaworowej głowicy impusowej (4) wyposażonej w zawór impusowy, zaworu sterującego (5), skrzynki doświadczanej z płytą modeową (2), podnośnika śrubowego (), konstrukcji nośnej (3). Podczas badań wpływu składu masy formierskiej na efekty impusowego zagęszczania stosowano płaską płytę modeową oraz płytę z modeem "grzebieniowym" (rys. 2). Zestaw z modeem "grzebieniowym" umożiwia odwzorowywanie warunków zagęszczania mas jakie panują w wąskich szczeinach modei odewniczych. Umożiwia on zatem odwzorowywanie najbardziej niekorzystnych warunków zagęszczania mas formierskich. Stąd mode "grzebieniowy" może być szczegónie przydatny w badaniach porównawczych skuteczności zagęszczania mas formierskich. Skuteczność impusowego zagęszczania mas formierskich oceniano na podstawie wyników pomiarów twardości powierzchniowej form, mierzonych na powierzchni podziału formy oraz w miejscach odwzorowujących wąskie wnęki modeu "grzebieniowego" (rys. 2). W badaniach skuteczności impusowego zagęszczania mas formierskich stosowano różne wartości ciśnienia w zbiorniku głowicy impusowej w zakresie 0,40-0,60 MPa. Masy użyte do badań Do badań używano masy formierskie o następujących składach: piasek kwarcowy 93,5% (91,5%, 89,5%), bentonit Bentomak 5% (7%, 9%), pył węgowy 1,5%, woda 2,1% do 3,1%.

3 351 Rys. Schemat stanowiska badawczego z jednozaworową głowicą impusową : podnośnik śrubowy (), skrzynka doświadcza na z płytą modeową (2), konstrukcja nośna (3), jednozaworowa głowica impusowa (4), zawór sterujący (5) Fig. Scheme of the researching pace with one vave puse head: screwing eevator (), the experimenta box chest with a pattern pate (2), the carrying construction (3), the one vave puse head (4), the operating vave (5) Rys. 2. Schemat zestawu modeowego z modeem "grzebieniowym" - płytą modeową odwzorowującą wąskie wnęki modei odewniczych, A, B - miejsca pomiaru twardości powierzchniowej form Fig.2. Scheme of "comb-ike" mode unit - representing narrow cavity of casting moud; A, B - seected points of hardness measurements

4 352 Wyniki badań Na rysunku 3 ziustrowano zaeżności twardości powierzchniowej form zagęsz czanych impusowo w funkcji zawartości bentonitu Bentomak w masie, wyznaczone da zmiennej zawartości wigotności masy formierskiej i różnej wartości ciśnienia początkowego zagęszczania impusowego. Na podstawie uzyskanych wyników badań (rys. 3) można stwierdzić, że twardość powierzchniowa form zagęszczanych impusowo zaeży od iości bentonitu w masie formierskiej oraz od jej wigotności. Najmniejszą twardość powierzchniową form zagęszczanych z użyciem płaskiej płyty modeowej uzyskuje się w przypadku zagęszczania masy formierskiej z zawartością 7% bentonitu. a) ,5 "'--... P,=0,4 MPa /) / ",' A ;/,' -+-W=2,2% w=2,5% /... W=2,8% --W=3,1% 1-5, Zawartość bentonitu Bentomak [%) b) Do rys ,5 _ P,=0,5 MPa A /... / _ - /; / -../." W 2,2% / / - W=2,5% W=2,8% _W=3,1% 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5 Zawartość bentonitu Bentomak [%)

5 353 c) Pt=0,6MPa -, w=-2.5 / q /) /.. '/ --w=-2.2 W=-2.8 ' / --IN--'J. 1 f Zawartość bentonitu Bentomak [%] Rys. 3. Zaeżność twardości powierzchniowej T A form wykonywanych z użyciem pł as kiej płyty modeowej w funkcji zawartości bentonitu Bentomak w masie formierskiej Fig.3. Surface hardness T A of the forms making with using of a fiat pattern unit as functions of contents o f bentoni te Ben to mak in sandmix Na rysunku 4 przedstawiono zaeżność twardości powierzchniowej form odwzorowujących wąskie szczeiny modei odewniczych w funkcji stosunku wysokości do szerokości szczeiny. Na podstawie uzyskanych wyników badań można stwierdzić, że najepsze efekty zagęszczania masy formierskiej w wąskich szczeinach uzyskuje się da masy z zawartością 9% badanego bentonitu. Masy z zawartością 5 i 7% bentonitu zapewniają porównywane efekty zagęszczania impusowego w wąskich szczeinach modei odewniczych. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ Na podstawie przedstawionych w poprzednim rozdziae zaeżności twardości powierzchniowej form w funkcji iości episzcza w masie formierskiej zagęszczanej impusowo można stwierdzić, że najmniejszą twardością charakteryzują się formy wykonane z użyciem masy zawierającej 7% bentonitu. Zastosowanie do zagęszczania impusowego masy z mniejszą ub większą od 7% zawartością bentonitu zapewnia epsze efekty zagęszczania. Na wstępie stwierdzono, że o efektach impusowego zagęszczania masy formierskiej decyduje między innymi iość masy znajdująca się w przestrzeni technoogicznej, o której decyduje jej gęstość pozorna. Zaeżności obrazujące gęstość pozorną masy formierskiej w formie <j215x200mm w funkcji zawartości bentonitu i wigotności masy pokazano na rys. 5.

6 354 Na podstawie zaeżności pokazanych na rys. 5 można stwierdzić, że najmniejszą gęsto ś ć pozorną, w zakresie badanych wigotności, ma masa z 7% bentonitu Bentomak. Stąd iość masy, z tą zawartością bentonitu, dozowanej do formy doświadczanej jest najmniejsza. Na tej podstawie można stwierdzić, że w przypadku zagęszczania impusowego masy z 7% bentonitu Bentomak efekty zagęszczania powinny być najmniejsze. Potwierdzają to wyniki badań zreaizowane z użyciem płaskiej płyty modeowej "'-. Ił Pt=0,4MPa Zawa rtoś ć bentonitu i:: Bentomak: % --- 7% -łt- 9% 50 o 0,5 1,5 2 2,5 3 z= H/L b) Zawartość bentonitu Bentomak: % --- 7% -łt- 9% ' ''... "'+- ' '...-,.. Pzas.=0,5MPa... ""... t'... ' ' ' -J 50 o 0,5 1,5 2 2,5 3 z= H/L Do rys. 4.

7 355 c) TA f-- 60 f ,..._. Zawartość bentonitu Bentomak:... 5%... 7%... 9% Pzas.=0,6MPa r-: -::--...::.. =i 50 o 0,5 1,5 2 2,5 3 z= H/L Rys. 4. Zaeżność twardości powierzchniowej TA form w funkcji stosunku Z wysokości do szerokości szczeiny Fig. 4. Surface hardness TA o f the forms as functions of reation Z high to width o f a cavity Wyniki badań skuteczności impusowego zagęszczania mas formierskich w wąskich szczeinach modei odewniczych dowodzą, że najepsze efekty uzyskuje się da masy z 9% bentonitu Bentomak. Niższą twardość powierzchniową form odwzorowujących wąskie szczeiny modei odewniczych uzyskuje się w przypadku zagęszczania mas formierskich z mniejszą zawartością bentonitu. Przy czym nie ma istotnych różnic, w twardości powierzchniowej form zagęszczanych z użyciem mas z różną zawartością bentonitu, szczegónie przy zagęszczaniu z użyciem ciśnienia p 1 =0,60 MPa,. Decyduje o tym znaczący wpływ, na zagęszczanie mas w wąskich szczeinach, tarcie masy o ściany (bez zbieżności) modeu "grzebieniowego". Wobec powyższego można stwierdzić, że optymana zwartość, ze wzgędu na skuteczność impusowego zagęszczania, bentonitu Bentomak w masie formierskiej wynosi około 5%. Wzrost zawartości episzcza w masie do wartości około 7% zmniejsza skuteczność jej impusowego zagęszczania, a zatem jest nieceowy. Nieceowe jest także dasze zwiększanie zawartości episzcza, gdyżjest nieekonomiczne. WNIOSKI Na podstawie uzyskanych wyników badań można sformułować następujące wnioski:

8 356 1,1 0,9 0,8 0,7.a :-: Zawartość bentonitu Bentomak:... 5% %..._ 9% 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 W[%] Rys. 5. Zaeżność gęstości pozornej masy formierskiej w formie <j>215x200 w funkcji zawartości episzcza i wigotności masy Fig. 5. Apparent density of sandmix in the form <j>2!5x200 as functions o f contents of bentoni te and moisture o f sandmix. Na skuteczność zagęszczania masy formierskiej ma wpływ jej iość w przestrzeni technoogicznej, co jest zgodne z modeem matematycznym G. M. Orłowa procesu impusowego. W miarę wzrostu iości masy w przestrzeni technoogicznej wzrasta jej stopień zagęszczenia. 2. W przypadku stałej objętości formy o iości masy w przestrzeni technoogicznej decyduje gęstość pozorna masy formierskiej. 3. O gęstości pozomej masy decyduje przede wszystkim zawartość episzcza oraz jej wigotność. 4. Najmniejszą twardość powierzchniową form uzyskuje się w przypadku zagęszczania masy z 7% bentonitu Bentomak ponieważ wykazuje ona najmniejszą gęstość pozorną. 5. Optymana iość episzcza w masie, ze wzgędów technoogicznych oraz ekonomicznych, powinna zawierać się w granicach 5,0-5,5%. LITERATURA [] waszko J., Stawczyk R.: Dynamika wewnętrzna armatki powietrznej. Materiały naukowe niepubikowane - VIII Krajowej Konferencji PNEUMA '95. Kiece, [2] Mikuczyński T., Bogdanowicz J., Wybrane badania dynamiki i skuteczności formowania impusowego, Acta Metaurg. Sovaca, [3] Orov G.M.: Matiematićeskoje modeirovanije procesa impusnogo upotnienija form. Lit. Proizv. nr 11, Recenzował: prof. dr hab. inż. Zdzisław Samscinowicz