Pobierz

59/44
Solidification of Metals and Alloys,
Year 2000, Volume 2, Book No. 44
Krzepnięcie Metali i Stopów,
Rok 2000, Rocznik 2, Nr 44
PAN – Katowice PL ISSN 0208-9386
RUCH ŚCIANEK FORMY PIASKOWEJ UTWARDZANEJ
METODĄ - V PODCZAS ZMIAN CIŚNIENIA.
I. DZWONNIK1
Politechnika Zielonogórska Instytut Inżynierii Produkcji i Materiałoznawstwa
STRESZCZENIE
Przedstawiono metodę i wyniki pomiarów ruchu ścian formy piaskowej
utwardzanej metodą -V. Podczas obniżania ciśnienia w formie występuje,
proporcjonalny, do wywołanego ciśnienia, wzrost objętości wnęki formy. Podczas
podwyższania ciśnienia w formie wywołuje zmniejszanie objętości wnęki w sposób nie
liniowy. Powstała histereza wykazuje różnice pomiędzy wielkościami odkształceń
wnęki podczas obniżania i wzroście ciśnienia w formie. Histereza jest dowodem
opóźnienie odkształceń wnęki formy podczas podwyższenia ciśnienia.
1.
WSTĘP
W technologii wykonywania form metodą -V skrzynka formierska jest
zamknięta folią polietylenową od strony wnęki i od strony przeciwnej. Pomiędzy nimi
skrzynkę wypełnia się suchym piaskiem kwarcowym. Przez ciągłe działanie
obniżonego ciśnienia w szczelnie zamkniętej przestrzeni skrzynki formierskiej
następuje utwardzenie materiału formy i nadanie jej odpowiedniej wytrzymałości.
Wykonanie drugiej połówki formy według tej samej metody i ich złożenie powoduje
powstanie złożonej formy odlewniczej przygotowanej do zalewania ciekłym metalem.
Podczas wypełnienia formy metalem następuje szybka degradacja folii w wnęce formy.
W wyniku wypalenia się folii w wnęce, występuje szybki wzrost ciśnienia w całej
formie Przy ciśnieniu panującym w formie około 500 hPa po całkowitym wypaleniu
się folii w wnęce formy, ciśnienie spada do około 850 hPa w odległości 100mm od
miejsca zasysania [1,2,3]. Wytrzymałość formy jest zależna od wielkości obniżonego
ciśnienia panującego w formie , wraz z jego wzrostem spada wytrzymałość. Jeżeli
napór metalu wypełniającego formę będzie większy od wytrzymałości formy pod
działaniem ciśnienia metalostatycznego może wystąpić odkształcenie odlewu.
1
Dr hab. inż. prof. Politechniki Zielonogórskiej e-mail: [email protected]
446
Można temu zjawisku zapobiec przez wzmożenie intensywności obniżania ciśnienia
podczas napełniania formy metalem lub zastosowanie odpowiednio wytrzymałych
powłok naniesionych na modele [1,2,3].
Celem tego opracowania było prześledzenie ruchu ścian formy piaskowej z modelem
elastycznym, podczas zmian ciśnienia w formie.
2.
METODYKA I ZAKRES BADAŃ
Forma w której dokonywano pomiar miała kształt walca o wysokości 300 mm
i średnicy 290 mm. Tworzące walca były wykonane z elastycznej folii a podstawę i
górna część były sztywne, wykonane z blachy stalowej [ 4,5 ]. Podczas obniżania
ciśnienia w formie, elastyczne ściany się odkształcają i zwiększają efekt zagęszczenia
piasku. Czujnik pomiarowy składał się z rurki szklanej o średnicy 7 mm, otwartej z
jednej strony i z drugiej, zamkniętej bańką z gumy o kształcie walca z jednej strony
zamknięty i o wymiarach: średnicy 40 mm i długości około 50 mm.
Do analizy wielkości odkształceń przyjęto, że całkowite odkształcanie bańki
gumowej czujnika dokonuje się na środkowej części o długości około 10mm. Czujnik
pomiarowy wypełniano wodą i umieszczano go w osi formy piaskowej na trzech
głębokościach mierzonych od górnej powierzchni,:h1=90, h2=160, h3=240 mm. Otwarta
część czujnika znajdowała się na zewnątrz formy.
Na jeden punkt pomiarowy naniesiony na wykresy, (rys.1) dokonywano trzy
pomiary. Wysokość słupa wody przed umieszczeniem czujnika w formie była stała i
wynosiła 322 mm.
3.
OMÓWIENIE WYNIKÓW
Z rezultatów przedstawionych na rys.1 wynika, że niezależnie od głębokości
położenia czujnika w formie, podczas spadku ciśnienia w formie, zmiana wysokości
słupa wody w czujniku pomiarowym ma przebieg o charakterze liniowym. Po
obniżeniu ciśnienia w formie do 550 hPa, wysokość słupa wody w czujniku zmalała o
8mm dla h1=90 mm, dla h2=160 mm, o 20 mm a dla h3=240 mm o 30mm.
Obniżenia ciśnienia wskazuje, że objętość bańki czujnika wzrasta, co odpowiada
wzrostowi objętości wnęki. Przy podwyższaniu ciśnienia w formie do 1000 hPa ,przebieg
zmian wysokość słupa wody w czujniku wykazuje odmienny od przebiegu występującego
podczas obniżania ciśnienia. Krzywa zmian wzrostu wysokości słupa wody w czujniku
ma charakter krzywoliniowy i układa się powyżej przebiegu krzywej wytyczonej podczas
obniżania ciśnienia w formie . W ten sposób powstała nie zamknięta krzywa histerezy
opisana zmianą wysokości słupa wody w czujniku, podczas obniżania i podwyższania i
ciśnienia w formie. Zarejestrowane przebiegi zmian wysokości słupa wody w czujniku
informują o zmianach położenia ścianek formy położonych w pobliżu czujnika.
447
Rys.1. Zależność wysokości słupa wody w czujniku pomiarowym od ciśnienia w formie.
Fig.1. Dependence of water rise head in measuring sensor on pressure inside the moul
Tabela 1. Wielkość histerezy dla zmiennych głębokości położenia czujnika pomiarowego w
zależności od ciśnienia w formie.
Table 1. The hysteresis loops for various depths of measuring sensor depending on pressure in
side the mould
Głębokość położenia czujnika
Wysokość słupa wody i jego
Przyrost [mm] dla ciśnienia w formie
[hPa]
550
600
700
800
900
950
h1 = 90
h2 = 160
h3 240
314
0
1
1
3
4
302
1
2
4
8
15
292
1
3
6
10
20
Wysokość słupa wody jest zależna od głębokości położenia czujnika przy
stałym i zmieniającym się ciśnieniu w formie (Tabl.1.) Przy ciśnieniu w formie 550 hPa
i na głębokości położenia czujnika h1=90 mm, wysokość słupa wody wynosi 314 mm,
dla głębokości h3=160 mm zmalała do 302 mm, dla głębokości h3=240mm wynosiła
292 mm Przy położeniu czujnika na głębokości h1, wysokości słupa wody, przy
wzroście ciśnienia w formie do 700 hPa wniósł od 0 do 1 mm, dla h2 i h3 wzrósł
odpowiednio o 2 mm i 3 mm. Największy wzrost wysokości słupa wody wystąpił przy
wzroście ciśnienia w formie od 800 do 950 hPa. dla h1 wrosła do 4 mm, dla h2 i h3
odpowiednio do 10 i 20 mm. Po wyrównaniu ciśnienia w formie, z otoczeniem,
448
wysokość słupa wody w czujniku nie powraca do pierwotnej wysokości , jest to
prawdopodobnie spowodowane oporami tarcia wewnętrznego w piasku. Zjawisko
wzrostu ciśnienia w czujniku wskazuje na działanie sił zmniejszających wnękę formy.
4.
PODSUMOWANIE
Przeprowadzone badania wykazały zmiany wysokości słupa wody w czujniku
pomiarowym ,które informują o ruchu ścian formy. Spadek ciśnienia w formie
wywołuje proporcjonalny spadek wysokości słupa wody i jest on wypadkową,
sztywności gumowej końcówki czujnika, i ciśnienia słupa pisku oraz ciśnienia
wywołanego w formie i świadczy to o wzroście objętości wnęki. Wielkość zmian
wysokości słupa wody w czujniku pomiarowym jest zależna również od głębokości
jego położenia w formie. Z wzrostem głębokości położenia czujnika maleje wysokość
słupa wody, co wskazuje na powiększanie wnęki.
Natomiast podczas dekompresji (wzrostu ciśnienia) w formie, wzrasta
wysokości słupa wody w czujniku pomiarowym. Powstała histereza zmian ciśnienia w
czujniku informująca o zmniejszaniu objętości wnęki, wskazuje na opóźnienie
występowania tych zmian, podczas zmian ciśnienia w formie. Dla wzrostu ciśnienia w
formie od 550 hPa do 700 hPa ruch ścianek formy jest niewielki. Dopiero przy
wzroście ciśnienia w formie powyżej 900 hPa zwiększenie wysokości słupa wody w
czujniku jest znaczące.
Dla zobrazowania wielkości zmian w czujniku pomiarowym dokonano
obliczeń, wykazano, że na jeden mm zmiany ciśnienia w czujniku pomiarowym
przypada zmiana średnicy końcówki gumowej o 0,06 mm a dla przyrostu wysokości
słupa wody o 20 mm średnica bańki gumowej na odcinku obliczeniowym, wzrosła o
około 1,2 mm.
Omówiona metoda pomiarów dotyczy statycznych zmian zachodzących w
formie. Dynamika procesów jaka wstępuje w formach rzeczywistych z udziałem strugi
gorącego metalu może zmienić wartości uzyskanych wyników, szczególnie na wielkość
i przebieg histerezy. Jeszcze inaczej opisane zjawiska przebiegną w pełnej formie z
udziałem modelu styropianowego.
LITERATURA
[1] May R. British Foundryman 1979,nr 4, s.12.
[2] Lewandowski J.L. Tworzywa na formy odlewnicze. Wyd. „Akapit” Kraków 1997r.
449
[3] Mienajew A.A. Notkin E.B.Sazanow W.A. Wakuumnaja formowka. Moskwa
„Mszinostrojenie” 1984.
[4] Naumiec T. Badania parametrów technologicznych parametrów forowania
metodą V+W. Praca dyplomowa wyk. W Instytucie Inżynierii Produkcji i
Technologii Bezubytkowych Politechniki Zielonogórskiej w 1996r. Pod
kierunkiem autora.
[5] Dzwonnik I. Casting mould with an elastic wall. 5. Internationalen metalurgischen
Sympozium. Rajecke Teplice 09.1999. s.99-104.
MOVEMENT OF WALLS OF SAND MOULD HARDENED BY V- METHOD
AT PRESSURE CHANGES
SUMMARY
The method and results of measurement for displacement of sand mould walls
hardened by the V-method have been presented. At pressure lowering, the increase of the
cavity volume, proportional to the applied pressure, occurred. Under the increasing
pressure the cavity volume decreased non-linearly. The observed hysteresis revealed the
differences between the cavity deformation occurring at both pressure changes. This
hysteresis may be the evidence of delayed cavity deformation at the increasing values of
pressure.
Reviewed by prof. Józef Gawroński