PARAMETRY STOŻKA FORMOWANEGO Z PIASKU KWARCOWEGO

Transkrypt

1 59/2 Archives of Foundry, Year 21, Volume 1, 1 (2/2) Archiwum Odlewnictwa, Rok 21, Rocznik 1, Nr 1 (2/2) PAN Katowice PL ISSN PARAMETRY STOŻKA FORMOWANEGO Z PIASKU KWARCOWEGO I. DZWONNIK 1 Politechnika Zielonogórska, Wydział Mechaniczny, Instytut Inżynierii Produkcji i Materiałoznawstwa ul. Prof. Zygmunta Szafrana Zielona Góra STRESZCZENIE Przedstawiono nowa metodę pomiaru właściwości piasków w odniesieniu do parametrów stożka nasypowego formowanego z tych materiałów. Zaproponowana metoda polega na formowaniu stożka z strugi badanego materiału spadającego z określonej wysokości H = mm na krążek o średnicy 15 mm będącego podstawę stożka nasypowego. Następnie mierzono wysokość i masę uformowanego stożka. Na zaprojektowanym i wykonanym stanowisku dokonano pomiarów parametrów stożka formowanego z piasków drobnych i grubych o zmiennej wilgotności. Key words: sand and mould mixes, coning samples 1. WSTĘP Rozwój wysokowydajnych metod formowania w masach wilgotnych opartych na piasku kwarcowym i glinie, prasowanych pod wysokimi naciskami i zagęszczanych impulsowo wyłoniła potrzebę stosowania szybkich metod pomiarów właściwości mas i form. Dotychczasowe metody pomiarów parametrów właściwości mas i form z nich wykonywanych, [1do11] nie w pełni spełniają stawiane im wymagania, szczególnie pod względem szybkości wykonywania pomiarów. Czas 1 Prof. dr hab. inż., I.Dzwonnik@iipm.pz.zgora.pl.

2 wykonywania pomiarów z wielu spośród określanych obecnie parametrów jak;, wytrzymałość, przepuszczalność i inne trwa zbyt długo w porównaniu do ilości produkowanej masy i form, co podważa ich znaczenie w poprawnej ocenie jakości mas i for. Próby automatyzacji pomiarów właściwości mas [4, 6, 9] nie przyniosły w pełni zadawalających wyników. Jest to spowodowane głównie tym, że pomiarów dokonuje się na uformowanych kształtkach. Poszukiwania sposobów oceny jakości mas i form [1, 11] zmierzają w kierunku znalezienia integralnych wskaźników opisujących właściwości mas i pozwalających na szybki i zautomatyzowany pomiar. W pracy zaproponowano ocenę jakości piasku poprzez pomiary parametrów, jak; wysokość i mesę nasypowego stożka otrzymywanego z strumienia spadającego masy na podstawę o określonej powierzchni. Pomiar parametrów stożka nasypowego jest podobny do pomiarów płynności swobodnej [1, 3, 5] ale kształtowanie stożka przebiega w innych warunkach wzajemnego oddziaływania cząstek piasku niż przy pomiarach płynności swobodnej. Boczne ściany stożka, podczas formowa-nia, nie stykają się z ścianami formy. W przeprowadzonych badaniach założono, że odmienne warunki kształtowania stożka, mogą wykazać wysoką wrażliwość parametrów stożka w zależności od zmian ilościowych i jakościowych badanych piasków. Próby zastosowania metody przesypywania piasków przez otwory o różnych kształtach wykazały prawidłowości wyników tylko dla suchych piasków kwarcowych [12]. Celem tej pracy jest opis budowy przyrządu do formowania stożka i przedsta-wienie wstępnych wyników pomiarów parametrów stożka uformowanego z piasków kwarcowych o różnej ziarnistości i wilgotności. 2. OPIS BUDOWY I DZIAŁANIA PRZYRZĄDU Na rys.1 przedstawiono schemat przyrządu do kształtowania i pomiarów parametrów stożka nasypowego z piasku lub masy formierskiej. Głównym zadaniem przyrządu jest zapewnienie możliwości uzyskiwania powtarzalnych warunków formowania stożka, przez spadającą strugę badanego materiału z określonej wysokości na podstawę o znanej średnicy. Badany materiał może być dozowany porcjami lub jednorazowo w całości o znanej masie. Spadający materiał na podstawę w części się na niej zatrzymuje a w części spada poza podstawę. W ten sposób otrzymuje się stożek o znanej średnicy podstawy, wystarczy zmierzyć jego masę i wysokość stanowiących główne parametry uformowanego stożka. Omawiany przyrząd (rys.1) składa się z nośnego pionowego słupa (6) zamo-cowanego do podstawy. Do niego przymocowano wspornik (8) podtrzymujący rurę zsypową (7) wraz z lejem zsypowym (9) i siatką 1). W osi rury (7) na podstawie przyrządu ustawiono elektryczną wagę (2) z krążkiem (3)

3 na którym formowano i ważono, stożek (5) z badanego materiału. Część spadającego materiału z krążka (3) zbiera się w zbiorniku (1). Do pomiaru wysokości uformowanego stożka (5) zainstalowano nastawną listwę pomiarową (4) zamocowaną na do słupa (6) w sposób umożliwiający formowanie i pomiar wysokości stożka. Podczas formowania stożka, listwa pomiarowa (4) jest odchylana poza średnicę krążka (3). Rys.1. Schemat przyrządu do formowania i pomiarów parametrów stożka nasypowego (opis w treści). Fig.1. Scheme of device for forming and measuring parameters of conical sample (description in the text) 3. METODYKA I ZAKRES BADAŃ Przed każdym pomiarem dokonywano sprawdzenia położenia osi rury (7). Z osią podstawy stożka (3) rys. 1. Zsynchronizowanie tych osi zapewnia prawi - dłowe kształtowanie stożka nasypowego. Następnie przygotowywano odpowiedni materiału do badań. Polegało to na odważeniu odpowiedniej ilości piasku o wilgotności od do. Odważano sześć próbek materiału po g każda i dodatkowo. jedną o masie 6g, następnie, odważoną próbkę badanego materiału wsypywano na siatkę (1) leja zsypowego (9). skąd rurą zsypową (7) spada na krążek (3). Po każdej porcji przesypanego materiału mierzono wysokość i masę uformowanego stożka. Na jeden punkt pomiarowy wykonywano pięć

4 pomiarów a średnią obliczano z trzech wyników wybranych przez odrzucenie największej i najmniejszej wartości. Do badań przyjęto dwa piaski kwarcowe, Sieradz Warta -2K-,3-, 21-,42-M75, Lz=,3, Wk=1,12 nazwano - piasek gruby oraz Krzeszówek -2K-,2-,16-,1- M=8, Lz=,16, Wk=1,5, nazwano - piasek drobny. Piaski przesypywano przez sito o oczkach 4x4mm. 4. OMÓWIENIE WYNIKÓW Na podstawie wielokrotnie powtarzanych pomiarów ustalono i przyjęto, że wysokość spadającego materiału badanego, H= mm. Rozstęp uzyskiwanych wyników pomiarów masy stożka nasypowego wynosi 2g, a dla jego wysokości 8 mm. Wyniki pomiarów parametrów uformowanych stożków z piasków przedstawiono na rys.2 do 5. m s [g] 6 5 2,3 Piasek drobny 8-92% m s [g] 6 5 2,5 Piasek gruby 74%-88% 4 3,8 4 3, Rys.2. Masa stożka nasypowego (m s ) z piasku drobnego suchego i wilgotnego w zależności od ilości i wielko-ści porcji piasku (m) zastosowanego do formowania. Fig.2. Mass of cone (m s ) made of dry and green fine-grained sand versus the Rys.3. Masa stożka nasypowego (m s ) z piasku grubego suchego i wilgotnego w zależności od ilości i wielkości porcji piasku (m) zastosowanego do formowania. Fig.3. Mass of cone (m s ) made of dry and green coarse-grained sand versus the Na rys.2 przedstawiono zmiany masy stożków uformowanych -m s w zależności od masy -m i wilgotności piasku drobnego a na rys.3, dla piasku grubego, użytych do formowania. Z rysunków tych wynika, że dla obydwu piasków, masa formowanych stożków, wykazują zmiany o charakterze zbliżony do liniowego. Wraz ze wzrostem do 5g masy piasku użytego do formowania, wzrasta masa stożków formowanych.

5 12 h s [mm] Piasek drobny 8-92% h s [mm] Piasek gruby 74%-88% ,5 3, ,5 3,9 2 2 Rys.4. Wysokość stożka nasypowego (h s ) z piasku drobnego suchego i wilgotnego w zależności od ilości i wielkości porcji piasku (m) zastosowanego do formowania. Fig.4. Height of cone (h s ) made of dry and green fine-grained sand versus the Rys.5. Wysokość stożka nasypowego (h s ) z piasku grubego suchego i wilgotnego w zależności od ilości i wielkości porcji piasku (m) zastosowanego do formowania. Fig.5. Height of cone (h s ) made of dry and green coarse-grained sand versus the Dla masy piasku m = 6g dozowanego porcjami lub jednorazowo, wzrost masy stożków, traci charakter liniowy i mało zależy od ich wilgotności. Dla masy m =5g pisku drobnego o wilgotności średnia masa stożka uformowanego m s =43g a dla wilgotności, m s = 458g co stanowi odpowiednio 86 i 92% masy piasku użytego do forowania. Natomiast dla pisku grubego o wilgotności średnia masa stożka -m s wynosiła odpowiednio 372g a dla wilgotnego =, 442g, co odpowiada 74% i 88% masy piasku użytego do formowania. Wyniki pomiarów wysokości stożków formowanych w tych samych warunkach, jak dla pomiarów mas przedstawiono na rys.4, dla pisku drobnego a na rys.5 dla piasku grubego. Przebieg zmian wysokości - h s stożków dla obydwu piasków, można uznać za zbliżony do liniowego w przedziale 2 do 6g masy piasku używanego do formowania. Wzrost piasków, w badanych granicach, wyraźnie wpływa na wzrost wysokości stożków. Z piasek drobnego generalnie uzyskano wyższe stożki niż z piasku grubego. Dotyczy to wysokości stożków z piasków suchych i o wilgotności. Dla piasku drobnego suchego o masie m=5g, uzyskano stożek o wysokości h s =42mm a wilgotnego = wysokość h s =98mm. Przy tej samej masie piasku grubego (5g) użytego do formowania, uzyskano wysokość stożków z piasku suchego h s =31mm, a z pisku wilgotnego =, wysokość stożka h s =78mm. Dla piasku drobnego o wilgotności 2,5%, i 3,9% wysokości stożków wyniosły 79mm i 76mm i a dla piasku grubego, wysokości stożków wyniosła odpowiednio 52mm i 6mm (rys.5). Wysokość stożków uformowanych z piasku drobnego o 2,5% wilgotności jest mniejsza od wysokości stożka z tego samego

6 piasku o wyższej wilgotności, natomiast dla piasku grubego, uzyskano odmienne zależności, wysokość stożka dla piasku o wyższej wilgotności = 3,9%, jest większa niż dla piasku o wilgotności mniejszej. Dla omawianego zakresu wilgotności, różnice wysokości stożków są niewielkie. 5. WNIOSKI 1. Skonstruowany i wykonany przyrząd (rys.1), spełnił postawione mu wymagania; umożliwił formowanie stożków z piasków o zmiennej wilgotności i ziarnistości, i wykonaniu pomiarów ich parametrów. Dozowanie materiału do formowania stożka porcjami, pozwoliło na śledzenie procesu kształtowania stożków w zależności od ilości użytego materiału do formowania. 2. Dla piasku drobnego, kopalnianego, jak i grubego, rzecznego, masa stożka formowanego wzrasta wraz ze wzrostem masy (do 5g) materiałów użytych do formowania ma charakter liniowy, i mało zależy od ich wilgotności. Wysokość stożków nasypowych formowanych z tych samych piasków, również wzrasta w sposób zbliżony do liniowego, w miarę wzrostu masy piasków użytych do formowania. 3. Wysokość stożków jest wyrżnie większa dla piasków wilgotnych () niż dla piasków suchych, przy czym wysokość ta, dla piasku drobnego, była o około 2 mm większa niż dla piasków grubych. 4. W przedziale wilgotności piasków od 2,5 do 3,4%, różnice wysokości stożków są niewielkie, co świadczy o małej wrażliwości metody pomiarowej od wilgotności piasków. LITERATURA [1] F.Gittus: Flow Properties of Foundry Sand, Iron end Steel. nr11 i 12, (1953). [2] F.Hoffman: Einflisse der granulometrischen und mineralogischen Zusammensetzung von Giessreisanden, Giesserei nr3, t.46 s.49-54, (1959). [3] L.Lewandowski: Badania nad płynnością syntetycznych mas formierskich. Z.N. AGH, Kraków nr38 Metalurgia i Odlewnictwo (1961). [4] H.W.Dietert, S.A.Brewester: Stratght Line Approach to Sand Conteol. Modern Castings s , April (1966). [5] L.Lewandowski: Materiały formierskie. WNT, Warszawa (197). [6] Z.Samsonowicz, Z.Koralewicz, T.Mikulczyński: Ocena niektórych własności glin formierskich metoda ultradźwiękową. Prace Komisji Metalurgiczno- Odlewniczej PAN, Metalurgia 3, s.7, Kraków (1983). [7] L.Lewandowski: Masy formierskie i rdzeniowe. PWN, Warszawa (1991). [8] I.Dzwonnik: Badania fizyko - chemicznych zjawisk w wilgotnych formach napylanych, pyłem węglowym WSI, Monografia nr556, Zielona Góra (1991). [9] S.MDobosz: Powierzchniowa struktura kwarcowych piasków formierskich. VII

7 Ogólnopolska Konf. WSI, s69-75, Zielona Góra (1992). [1] T.Mikulczyńki: Zastosowanie metody ultradźwiękowej do badań materiałów formierskich. Politechnika Wrocławska, Monografia nr15, (1994). [11] T.Michta Stawiarska: Wskaźnik Dieterta możliwości kompleksowej oceny klasycz-nych mas formierskich. Monografia nr 88, Politechnika Zielonogórska, (1998). [12] S.Sano, MSato: Imono. nr4, t.45 s.314 (1973). PARAMETERS OF CONE FORMED FROM HIGH-SILICA SAND SUMMARY A new method for the determination of properties of sand and mould mixes, which is based on measuring the parameters of coning samples formed with these materials, has been presented. The proposed method consists in forming of cone with the material being poured down from the height of mm onto the cone base, which is a disk of the diameter 15 mm. The testing device, especially designed and prepared for this goal, was used to measure the height and the mass of cone formed from fine and coarse-grained sands as well as from sand mix of variable humidity. Recenzował Prof. Józef Gawroński