WYBRANE BADANIA IMPULSOWEGO ZAGĘSZCZANIA MAS FORMIERSKICH

Transkrypt

1 33/38 Solitlifikation of Metais and Alloys, No. 33, 1997 Kr-.tctmi~cie Metali i S!oJlÓW, Nr 33, 1997 PAN- Oddział Katowice PL ISSN WYBRANE BADANIA IMPULSOWEGO ZAGĘSZCZANIA MAS FORMIERSKICH Domżał Ryszard OBR Elementów i Układów Pneumatyki, ul. Wapiennikowa 90, Kielce Mikulczyński Tadeusz Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej, ul. Łukasiewicza 3/5, Wrocław Samsonowicz Zdzisław Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej ul. Łukasiewicza 3/5, Wrocław Stawczyk Ryszard OBR Elementów i Układów Pneumatyki, ul. Wapiennikowa 90, 25-1 O l Kielce Zaprezentowano niektóre wyniki badań jednozaworowej głowicy impulsowej, wyposażonej w zawór o średnicy wylotowej 0100 mm. Uzyskane wyniki badań wskazują na dużą skuteczność formowania, nawet dla form o średnicy D 1 = 300 mm. Sformułowano wspó łczynnik Kt określający skuteczność formowania. Stwierdzono, że twardość powierzchniową form równą 90 jednostkom uzyskuje się gdy współczynnik K 1 > O, 11. l. WSTĘP W pracy [l] zaprezentowano koncepcję nowej głowicy impulsowej do zagęszczania mas formierskich oraz wyniki badań jej prototypu w skali laboratoryjnej. Podstawowym elementern głowicy jest dotychczas niestosowany zawór impulsowy o średnicy wylotowej 0100 mm. Zastosowany zawór charakteryzuje się

2 272 niezwykle prostą konstrukcją oraz bardzo dużą dynamiką wewnętrzną. Wyniki wst~pnych badań laboratoryjnych głowicy wyposażonej w jeden zawór impulsowy wykazały bardzo dobre rezultaty fom1owania impulsowego masy formierskiej. Uzyskano wysoką twardość powierzchniową formy (około 91 jednostek) oraz dużą jednorodność zagęszczenia masy formierskiej w całej objętości formy. Obecnie są prowadzone prace nad opracowaniem wielozaworowej głowicy impulsowej. Według przyjętej koncepcji, głowica powinna być wyposażona w n zaworów impulsowych, których liczba zależy od powierzchni stosowanej skrzynki formierskiej. Zastosowanie tego zaworu jako elementu głowicy impulsowej wymaga przeprowadzenia kompleksowych badań porównawczych z i1myrni dotychczas stosowanymi głowicami, których rezultaty opisano w literaturze (2-4]. W tej pracy zostaną przedstawione wyniki badań, pozwalające na określenie niezbędnej liczby zaworów głowicy impulsowej w zależności od powierzchni skrzynki formierskiej. 2. BADANIA WŁASNE Zaprezentowane wyniki badań procesu formowania impulsowego odnoszą się do form doświadczalnych o różnej powierzchni Masa użyta do badań Do badań używano masę formierską o następującym składzie: -piasek kwarcowy "Grudzeń-Las" -92%, -bentonit Bentomak - 7%, - pył węglowy - l%, - woda - 2, 6%. Badana masa formierska miała następujące właściwości technologiczne: - wytrzymałość na ściskanie - 0,09 MPa, - przepuszczalność m 2 /Pa s, -płynność -84%.

3 Przebieg badań Badania realizowano na stanowisku, które opisano w pracy [l]. Do badań użyto trzy skrzynki formierskie o wysokości h = 240 mm i różnych średnicach, wynoszących odpowiednio: D 1 = l 00 mm, D2 = 280 mm i D3 = 360 mm. Zagęszczenie masy formierskiej oceniano na podstawie wyników pomiarów twardości powierzchniowej formy, mierzonej wzdłużjej średnicy. Badania realizowano dla różnych wartości ciśnienia początkowego sprężonego powietrza w zbiorniku głowicy impulsowej, zmienianego w zakresie p = 0,40-0,60 MPa Wyniki badań Zagęszczanie spulchnionej masy (formowanie impulsowe) wykonywano po jej zadozowaniu do skrzynki formierskiej. Następnie efekty zagęszczenia occ!niano na podstawie pomiaru twardości powierzchniowej. Wyniki pomiaru twardości dla różnych wartości ciśnienia początkowego w zbiorniku głowicy impulsowej i różnych średnic skrzynek formierskich przedstawiono na rysunkach 1-3. p {MPol 0,6 n ag o ~ loo l9rt 0,40 189!go Dt (mm] Rys. l. Rozkład twardości na powierzduli podziału formy o średnicy D 1 = 100 mm, w zależności od ciśnienia początkowego w głowicy impulsowej.

4 274 p {MPc) 0,60 t--'"ł""'-..,...,.... r""--t'"' ti.iol ~'---I,ól.L-~"" T'""--r""~.>l:>L-_, U ~o 60 BO o 120 1' 'Z20 2~ ~ 2&J Dttflm] Rys. 2. Rozkład twardości na powierzchni podziału fonny o średnicy D 2 = 280 mm, w zależności od ciśnienia początkowego w głowicy impulsowej. p [MPo) 30 so oo 120 'tso m 21:l 240 2i'O 300 m 360 D t [mm l Rys. 3. Rozkład twardości na powierzchni podziału fonny o średnicy D 3 = 360 mm, w zależności od ciśnienia początkowego w głowicy impulsowej. Wpływ stosunku powierzchni roboczej zaworu impulsowego do powierzchni zagęszczanej fonny na skuteczność procesu fonnawania impulsowego zilustrowano na rys. 4.

5 MPo MPo MPo ~+----r ~ ~ (() 400 Dt [mm) Rys. 4. Zmiana twardości form w funkcji ich średnicy, dla rót.nych wattości ciśnienia początkowego w głowicy impulsowej Na podstawie analizy zale:lności przedstawionych na rysunku 4 można stwierdzić, że: - zmiana (zwiększenie) średnicy zagęszczanej formy powoduje obniżenie stopnia zagęszczenia masy, - zmiana (zmniejszenie) ciśnienia początkowego w zbiorniku głowicy impulsowej powoduje zmianę (obniżenie) stopnia zagęszczenia masy formierskiej, - twardość powierzchniową form w granicach jednostek otrzymuje się wówczas, gdy średnica formy nie przekracza wartości D 1 = 300 mm i gdy ciśnienie początkowe w zbiorniku głowicy impulsowej ma wartość większą od 0,50 MPa. Dla zaworu badanej głowicy impulsowej można "'yznaczyć współczynnik pozwalający na ocenę skuteczności impulsowego zagęszczania masy formierskiej. Wyraża go zależność

6 276 w której: Kr współczynnik określający założoną skuteczność formowania, Pz - pole powierzcłmi zaworu, P1- pole powierzduli formy. Przy założeniu uzyskania twardości powierzchniowej na poziomie TA > 89 jednostek, współczynnik K 1 wynosi Zatem, aby uzyskać twardość TA > 89 jednostek współczynnik K 1 musi mieć wartość większą od O, 11. Stąd dla skrzynki formierskiej 600x500 mm można wyznaczyć niezbędną liczbę zaworów 0100 mm, w które powinna być wyposażona głowica. Liczbę zaworów można wyznaczyć z nierówności : n P z <!0,11 p! czyli 0,11 p! o n~ = ' =4 20 p ".52 ' z Można zatem przyjąć, że minimalna liczba zaworów głowicy impulsowej, przeznaczonej do formowania w skrzynkach 600x500 mm, powinna wynosić 4. Taka liczba zaworów powinna pozwolić na uzyskiwanie twardości powyżej 89 jednostek. powierzchniowej form 3. ZAKOŃCZENIE Na podstawie wyników przeprowadzonych badań można stwierdzić, że uzyskano bardzo dobre rezultaty forrnowania impulsowego, stosując głowicę wyposażoną w jeden zawór impulsowy o średnicy wylotowej 0 l 00 mm. Uzyskanie

7 277 średniej wartości twardości równej 88 jednostek, dla formy o średnicy D 1 = 280 mm, przy ciśnieniu 0,40 MPa, świadczy o bardzo dużej dynamice procesu formowarua. Na podstawie analizy wyników badań stwierdzono, że skuteczność fmmowania można oceniać na podstawie współczynnika K/> który określa stosunek powierzchni roboczej zaworu do powierzchni skrzynki formierskiej. Twardość powierzchniową form równą co najmniej 89 jednostek można uzyskać wówczas, gdy współczynnik K1 ma wartość większą niż O, 11. Aktualnie są prowadzone prace nad opracowaniem wielozawm owej głowicy impulsowej przeznaczonej do formowania w skrzynkach 600x500x250 mm. Można stwierdzić, że głowica taka powinna być wyposażona w 4-5 zaworów impulsowych. Taka liczba zaworów gwarantuje uzyskiwanie twardości form w granicach jednostek. Należy w tym miejscu podkreślić, że rozwiązanie konstrukcyjne głow icy impulsowej o zmiennej liczbie zaworów impulsowych ma ogromną zaletę. Pozwala bowiem na jej stosowanie do określonego typoszeregu skrzynek formierskich, a nie do jednej określonej skrzynki. LITERATURA [l] Domżal R., Mikulczyński T., Samsonowicz Z., Stawczyk R.: Zastosowanie armatki powietrznej do impulsowego zagęszczania mas formif:rskich. Hydraulika i Pneumatyka, Nr 4(1996).