25/7 Solidification of Metais and Alloys, No 25, 1995

Transkrypt

1 25/7 Soidification of Metais and Aoys, No 25, 1995 Krzepniecie Metai i Stopów, Nr 25, 1995 PAN - Oddział Katowice PL ISSN TECHNOLOGICZNE ASPEKTY FORMO W ANIA IMPULSOWEGO SMYKSY Krzysztof Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie ABSTRAKT W pracy zaprezentowano wyniki badań procesu formowania impusowego uwzgędniające związki pomiędzy parametrami technoogiemymi a parametrami maszyny. Anaizowane parametry technoogicme to: rodzaj masy formierskiej, początkowa wysokość warstwy masy, stopień odpowietrzenia płyty modeowej, kształt modei. Z parametrów maszyny uwzgędniono powierzchnię przeotową zaworu, objętość głowicy impusowej Badania oparto na pomiarach twardości i gęstości w wybranych punktach formy oraz na pomiarach dynamicmycb: ciśnienia powietrza nad powierzchnią masy i nacisków na płytę modeową.wstęp W technice światowej formowanie impusowe jest szeroko rozpowszechnioną metodą wykonywania form. W kraju także są oferowane formierki impusowe, stopniowo wzrasta iość użytkowników maszyn zagranicznych. Prowadzone są nada prace badawcze nad prototypami oraz nowymi wariantami procesu. W metodzie impusowej uzyskuje się bardzo dobrze zagęszczone formy pod warunkiem dostosowania parametrów procesu oraz maszyn do zmiennych warunków technoogicznych. Bezpośrednie oddziaływanie sprężonego powietrza na powierzchnię zagęszc.zanej masy powoduje występowanie sinej współzaeżności pomiędzy parametrami technoogicznymi a parametrami maszyny [1,2]. Znajomość powyższych związków może ułatwić pracę użytkownikom maszyn impusowych. 2. BADANIA FORMOWANIA IMPULSOWEGO Podczas formowania impusowego zachodzą złożone procesy nieustaonego przepływu powietrza ( także w ośrodku porowatym - masie formierskiej) oraz przemieszczania się z dużą prędkością warstw masy pod wpływem dynamicznego obciążenia. Podejmowane próby anaitycznego ich ujęcia [3,4,5] zawierają szereg założeń upraszczających i nie są w pełni zweryfikowane doświadczanie. Wynika to ze specyficznych, reoogicznych właściwości masy

2 48 formierskiej, trudnych do opisania nawet w procesie statyczuego prasowania. Podstawowym źródłem informacji o odrębnościach metody impusowej są więc nada wyniki uzyskane na drodze eksperymentanej. Większość pubikowanych prac dotyczy parametrów wykonywanych form [ np. 1,6]. Rzadko są pubikowane wyniki badań charakteryzujących przebieg procesu impusowego oraz parametry maszyn formierskich. Trudności pomiarowe stwarza szybkozmieość procesów oraz konieczność stosowania specjaistycmej aparatury [8]. W badaniach procesu impusowego wykorzystano zaprojektowaną przez autora doświadczaną formierkę z zaworem płytowym. Stosowano skrzynki o wymiarach 300 x 400 x 80 mm, łączone w zestawy o różnej wysokości. Podstawową ma są używaną w badaniach była syntetyczna masa o składzie: piasek "Szczakowa"- 100 cz.w., bentonit "Zębiec"- 8cz.w., woda- 2,5 %; R = 0,08 MPa i Pw = 290x o H m 2 /Pa s. Stosowano również ie rodzaje mas: syntetyczną z bentonitem jugosłowiańskim, bezwodną bentonitową oraz przemysłową masę obiegową z dodatkiem pyłu węgowego. W trakcie pomiarów rejestrowano przebiegi ciśnienia powietrza nad masą i w rejonie płyty modeowej oraz naciski dynamiczne masy na płytę modeową. Efekty zagęszczania oceniano poprzez pomiar gęstości- metodą sondowania oraz twardości powierzchniowej (twardościomierz IO, skaa C). Szczegółowy opis stosowanej aparatury podano w pracy [8]. Na rysunku przedstawiono przykładowe wyniki serii pomiarów dynamicznych, uzyskanych przy zmieych parametrach procesu. Fj MPo QB f? 0,4 Fi a) b)..../ -./ -' f-"' --- 0,4 Q2 f f- /...././ r-" - r- 0,4 r 0,2 _...!-"" V _..L- t-- /./ / ' " , r j m s Rys.. Przebiegi czasowe podstawowych wiekości w procesie formowania impusowego; początkowa wysokość warstwy masy: a) 160 mm, b) 240 mm; p, - ciśnienie powietrza nad powierzchnią masy, pr - ciśnienie powietrza w rejonie płyty modeowej, p.- naciski c ałkowit e na płytę modeową, p,- naciski skuteczne na płytę modeową. Linie ciągłe : ciśnienie wyjściowe- 0,6 MPa, inia przerywana- 0,4 MPa. Fig. I. Time f ofbasic quantities o f impuse mouding process; Initia height of moud.ing saud ayer: mm, mm; p, - air pressure above sand, pr- air pressure near the pattem pate, p.- tota pressure exerted on pattern pate, p,- effective pressure exerted on pattern pate (ony by the acceerated saud ayers). Fuine: iuitia pressure- 0,6 MPa, broken ine- 0,4 MPa.

3 49 Widocmy jest wpływ na przebieg procesu nie tyko wyjściowego ciśnienia w głowicy impusowej ae również początkowej wysokości warstwy masy._ Większa wysokość prowadzi do większych wartości nacisków na płytę modeową a tym samym epszych efektów zagęszczania. Powyższe spostrzeżenie potwierdzają pomiary gęstości pozomej w wykonanych formach- rys. 2 H,; mm , a) 60-1! ,3 1,4 1,5 1,6 240 b) H 0 =]1,0mm [ 160 : 80 d, '- 1,4 1,5 1, 6 1,1 3 (j ; g /cm Rys.2. Rozkład gęstości- p wzdłuż wysokości formy- He ; ciśnienie początkowe w głowicy impusowej: a) 0,4 MPa, b) 0,7 MPa; Ho- początkowa wysokość warstwy masy. Fig.2. Density distribution in mouds; initia pressure in impuse head : a) 0,4 MPa, b) 0,7 MPa; p- density, Ho- initia height o f mouding sand ayer. Anaiza przebiegów czasowych umożiwiła skojarzenie wiekości charakteryzujących proces: szybkości narastania ciśnienia nad masą formierską oraz nacisków skutecmych z parametrami konstrukcyjnymi maszyny- rys.3. Wartość maksymanego ciśnienia powietrza, osiąganego nad masą zaeży głównie od stosunku objętości głowicy impusowej do objętości przestrzeni technoogiemej oraz stosowanego ciśnienia wyjściowego [7,8]. Na szybkość narastania ciśnienia w przestrzeni nad masą poza wymienionymi poprzednio parametrami ma istotny wpływ powierzchnia zaworu impusowego oraz również technoogicme parametry procesu: początkowa wysokość warstwy masy i jej właściwości (rys.3). Pomiary wykazały, że szybkość narastania ciśnienia nie jest wystarczającym parametrem do oceny przebiegu procesu, o efektach zagęszczania decyduje wartość dynamicznych nacisków skutecznych, wywieranych przez warstwy masy. Przykładową zaeżność pomiędzy wartością nacisku skutecmego a twardością i gęstością opracowaną na podstawie przeprowadzonych badań zamieszczono na rysunku 4. Przytoczony wykres dotyczy masy podstawowej. Zmiana rodzaju masy prowadziła do iościowych zmian zaeżności, jakościowy charakter przebiegu był zachowany. Stwierdzono uzyskiwanie epszych efektów zagęszczania w przypadku mas o małej wigotności zawierających bentonit o epszej jakości. Wysoką gęstość i twardość otrzymywano również w formach wykonywanych z masy obiegowej z dodatkiem pyłu węgłowego. Potwierdzenie uzyskały mane z iteratury zaecenia związane ze stopniem spuchnienia masy. W przypadku wykonywania form z masy przesianej przez sito wartości twardości i gęstości były o kika procent większe w porównaniu do masy bezpośrednio dozowanej.

4 50 dp!d(; f1pa/s a) :" r-z- b) 1.!_;.., 1 1/j 2 1 A 2..: ' ' A > Q6 MPa 0,2 i : i v, Rys.3. Wpływ parametrów formierki impusowej na szybkość narastania ciśnienia w przestrzeni nad masą formierską- dp/d-r oraz uzyskiwane naciski skuteczne- ps. Ciśnienie wyjściowe: a) 0,4 MPa, b) 0,6 MPa. Początkowa wysokość warstwy masy: mm, mm. Jasne poa oznaczają przyrost wartości spowodowany dwukrotnym zwiększeniem powierzchni przeotowej zaworu. Fig. J. Infuence of impuse machine parameters on increasing pressure rate (above the sand) dp/dt and effective pressure (exerted on the pattern p1ate)- ps. Initia pressure: a) 0,4 MPa, b) 0,6 MPa. Initia height o f m outdin g san d ayer: mm, mm. The effects of doube enargement ofthe opening area ofthe imouse vave are marked by brigbt areas. Te ". /",.. r ';!( ,6,.-; V... / Va o 1,5,Z' o "'/ /- /. grm 3 1,4 1,3 1,2 Rys.4. Związek pomiędzy naciskami skutecznymi- p,, a twardością- T c oraz gęstością- p form. Fig.4. Reation between effective pressure- p, and mo u d hardness- T c as we as moud density- p. 0,1 0,2 0,3 o;. 0,5 Ps; HPa

5 51 Na rysunku 5 przedstawiono schematy form wykonanych z zastosowaniem modei o zróiicowanych k szta łta ch. Zaznaczono wartości twardości zmierzone w różnych pwktach formy Rys. S. Rozkład twardości w formach (długość modei 220 mm). Fig. S. Hardness d.istribution in mouds (Iength ofthe patterus 220 mm) Widoczne są dobre efekty formowania, nawet w przypadku szczein o dużych smukłościach. Przeprowadzono próby fonnowania w których nawiżano powierzchnię zagęszczanej masy ub nakładano na nią foię. W formach bez modei uzyskano wyraźną poprawę zagęszczenia- rys.6. W formach z modeami zagęszczenie masy w szczeinach uegało wówczas zdecydowanemu pogorszeniu. Badania roi odpowietrzeń (w zakresie 0+5 %) płyty modeowej nie dały jednoznacznej odpowiedzi co do ich pozytywnego wpływu na zagęszczenie. Zarówno w formach bez modei jak i z modearni (odpowietrzenia rozmieszczono w szczeinach) różnice w twardości były stosunkowo niewiekie i nie przekraczały kiku jednostek. Możiwy jest wzrost n1aczenia odpowietrzeń w przypadku prowadzenia procesu formowania impusowego w zakresie mniejszych szy bko ści narastania ciśnienia w przestrzeni technoogicznej f4 +. oqz; o " o P..= Ot HFb. L 9A_i b gr L j + i r o i / o T, Rys.6. Rozkład twardości wzdłuż wysokości form; inia punktowa - foia położona na powierzchni form, inia przerywana - nawiżenie powierzchniowe warstwy masy. Fig.6. Hardness distribution in mouds; dotted ine - foi on the sand ayer surface, broken ine - moistured upper sand ayer surface.

6 52 3. PODSUMOW ANIE Przeprowadzone badania wykazały, że proces formowania impusowego można prowadzić z bardzo zróżnicowaną dynamiką. Różnice w efektach zagęszczania mogą być wynikiem zamierzonych zmian parametrów procesu, ae także mogą być spowodowane przypadkowymi zmianami parametrów technoogicznych. Ocenę przebiegu procesu zdecydowanie ułatwiają pomiary dynamiczne. Na ich podstawie można ustaić związki pomiędzy parametrami maszyny a uzyskiwanymi efektami formowania. Informacje te można wyko rzystać w sterowaniu pracą maszyn oraz w projektowaniu oprzyrządowania modeowego. Technoogia formowania impusowego posiada swoją odrębność wyrażoną wymaganiami w stosunku do masy formierskiej oraz uzaeżnieniem efektów zagęszczania od wysokości warstwy masy nad powierzchnią modei. Omawiane zagadnienia powinny być brane pod uwagę przy okreśauiu optymanych obszarów zastosowania impusowych maszyn formierskich. Badania wykonano w ramach pracy w łasiej nr Wyd z. Odewnictwa AGH. SPIS LITERATURY [] Bast J., Heinrich M.: Entwickw1gtendenzen be i der F ormhersteung a uf der Basis der tongebundener Formstoffe. Giessereitechnik. 1989, nr, [2] Boenisch D., Dawne K.: Formstoffe, Formrnaschine w1d FonnstoffjmJ.fung zm Optiemienmg der mpusverdichtung. Giesserei. 1984, m 10, s [3] Matviejenko.V, Bieczuk V.S.: Upotnienie syrych piesczano-ginistych smiesiej impusom sżatowo wozducha. Lit. Proizv. 1989, nr 6, s [4] Orov G.M., Bagonravov B.P.: Miechauizrn impusuowo upotuieuija. Lit. Proizv. 1992, nr 10, s.4-5. [5] Korotczenko AJ.: Utocznienie matiematiczeskoj modiei upotuieuia smiesi. Lit. Proizv. 1993, nr 2/3, s [6] Darom N. Modemisierung einer Maschinenformerei w1ter Einsatz des Formverfahrens mit dynamischer mpusverdichtung. Giesserei. 1993, nr 9, s [7] Smyksy K.: Pomiary impusowych maszyn formierskich. Prace Naukowe.T.M.i A PWr. 1993, nr 52, seria Kouferencje nr 20, s (8] Smyksy K. : Anaiza rozwiązań impusowych zespołów zaworowych. Mat. Kouf. "Tendencje Rozwojowe w Mechanizacji Procesów Odewniczych. Wydz. Odewnictwa AGH, Komisja Met.-Odewn. PAN, STOP. Kraków 1994, s TECHNOLOGICAL ASPECTS OF IMPULSE MOULDING The paper presents some resuts of investigations of impuse mouding process taking into account the reations between technoogica and mouding machine parameters. These anayzed parameters namey: the kind o f mouding san d, initia height o f san d ayer, shape o f the pattern, venting of the pattern pate as we as design parameters of impuse mouding machine have been taken into consideration.