Контроль модельных составов

Категория:
Производство точных отливок


Контроль модельных составов

К модельным составам предъявляются относительно высокие требования. Чтобы эти требования могли быть выдержаны и гарантированы, разработана методика испытаний модельных составов, по которой следует правильно контролировать модельные составы как при входном контроле, так и после их регенерации перед повторном использовании.

В модельных составах определяют температуру каплепадения. Модельные составы являются обычно смесями различных веществ с различными температурами плавления, которые размягчаются в широком диапазоне температур. Температура каплепадения — это та температура, при которой образуется первая капля нагреваемого модельного состава в приборе Уббелода. Испытания регламентированы стандартом CSN 657010. В производственных условиях температуру каплепадения необходимо контролировать ппи получении кажлой паотии молельных составов от поставщика.

В том случае, если изготовители отливок сами приготовляют модельные составы из исходных материалов, температура капле-падения которых известна и проконтролирована, на готовом модельном составе эту температуру можно не определять. При повторном использовании модельных составов, т. е. после регенерации, также нет необходимости определять температуру капле-падения, поскольку контролируют исходные материалы, которые при регенерации добавляют к регенерату.

Плотность модельного состава определяют при помощи гидростатических весов (плотность модельного состава в жидком состоянии замеряют ареометром). Если применяют технологию выплавления модельного состава в воде, то необходимо, чтобы плотность модельного состава при 100 °С была ниже, чем плотность воды при той же температуре (т. е. ниже 0,96), иначе расплавленный модельный состав не будет всплывать на поверхность воды. Если модельный состав выплавляют в автоклаве или в печи, его плотность не имеет большого значения. В некоторых случаях следует исследовать модельные составы на содержание в них загрязнений. Например, большое содержание асфальтовых веществ в монтанном воске значительно влияет на изменение плотности.

Прочность модельных составов определяют (как для металлов) при статическом изгибе. Цилиндрический стержень из модельного состава диаметром 30 мм и длиной 120 мм устанавливают на две опоры. К середине образца прикладывают нагрузку до его разрушения с регистрацией силы разрушения. Затем рассчитывают по известным формулам и определяют прочность модельного состава при изгибе. Образцы для испытаний получают в четырехгнездной пресс-форме.

При определении прочности на изгиб очень важно выдерживать постоянные параметры изготовления образцов: должна быть выдержана постоянная температура заливки и скорость затвердевания. При несоблюдении этих требований получается недопустимо большой разброс значений прочности. По мнению авторов, в производственных условиях не следует вообще определять прочность модельных составов.

Хрупкость исследуют для того, чтобы определять сопротивление моделей ударам. В механизированных условиях модели часто подвергаются ударным нагрузкам. Испытательным образцом является модельный блок из испытываемого модельного состава. Блок состоит из стояка с приклеенными или припаянными четырьмя стерженьками диаметром 8 мм из того же модельного состава и длиной 80 мм. После выдержки при нормальных условиях в течение 24 ч опытный блок с моделями надевают на стальной стержень и сбрасывают с различной высоты на лист твердой резины. Высоту падения постепенно увеличивают с 1 см и выше (с шагом 1 см). Высота, при которой сломается второй стерженек, характеризует хрупкость модельного состава.

Испытание хрупкости дает только сравнительные показатели. Методика несовершенна и не может быть использована при контроле производственного процесса. О хрупкости модельного состава можно до известной степени судить по его твердости; обычно считается, что чем тверже модельный состав, тем выше его хрупкость.

Твердость лучше всего определять пенетрометром. Измеряют глубину проникновения нормализованной иглы, нагруженной определенным грузом в образец, выдержанный при нормальных условиях или же нагретый до заданной температуры. Для твердых модельных составов применяют нагрузку 330 гс в течение 20 с при температуре образца 25° С. Этот относительно быстрый и простой способ дает возможность надежно определять изменение твердости, а вместе с ней и хрупкости модельных составов при повторном их использовании, т. е. после регенерации.

Усадка и расширение модельных составов являются важнейшими характеристиками, которые необходимо знать в технологии литья по выплавляемым моделям. Усадку модельного состава устанавливают как разницу между размерами формы и размерами модели, отвержденной в этой форме. Эти величины должен знать конструктор пресс-форм для того, чтобы определить необходимые припуски на усадку. Расширение модельного состава проявляется при выплавлении модельного состава из керамических форм. Если увеличение объема велико, то керамическая форма может растрескаться и выйти из строя. Очень малая усадка (до 0,2%) нежелательна, так как при этом затрудняется извлечение модели из пресс-форм. Для модельных составов с малой усадкой приходится проектировать пресс-формы с большими уклонами.

Усадку измеряют следующими способами.

1. Расплавленный модельный состав свободно заливают в металлическую форму. Температура формы и модельного состава должна быть постоянной. Затем замеряют величину размера затвердевшей модели и сравнивают ее с величиной этого размера в форме, в которую был залит модельный состав. Величина таким образом определенной линейной усадки не должна быть больше чем 1,8%. Этот способ используют в ЧССР.

2. Линейную усадку определяют так же, как при 1-м способе, но модельный состав запрессовывают при определенных условиях в пресс-форму под давлением. Этот способ стандартизован в ФРГ. Величины такой усадки колеблются в пределах 0,5—1,0%.

3. Объемную усадку определяют по разнице удельных плотностей, замеренных при 25° С в твердом и в жидком состоянии. Об этом способе сообщается в некоторых английских источниках. Величина объемной усадки значительно выше величины линейной усадки и составляет 10—15% при изменении температуры с 90 до 25 °С.

На практике, очевидно, наиболее приемлем 2-й способ, используемый в ФРГ, так как он более всего приближается к производственным условиям.

Расширение модельных составов определяют преимущественно дилатометром. В результате определения получают кривую, которая показывает ход и величину объемного расширения. Последнее находится в определенной зависимости от хода нагруже-ния керамической формы при выплавлении модельного состава. Иногда такую кривую используют и для оценки кинетики величины усадки.

Следует учитывать, что величины расширения, определяемые указанным способом, часто противоречивы и не соответствуют реальным производственным условиям. Величина объемной усадки, определенная по разнице удельных плотностей модельного состава, хорошо согласуется с объемным расширением, определяемым дилатометром.

Исследователи и производственники, занимающиеся литьем по выплавляемым моделям, мало уделяют внимания вязкости модельных составов. В основных работах по этому виду литья совершенно не приводится никаких методов по измерению вязкости модельных составов как контрольных методов. Согласно последним зарубежным источникам изготовители модельных составов относят вязкость модельного состава к очень важным параметрам и приводят ее измерение. Указано, что максимальным пределом вязкости модельного состава при температуре запрессовки является величина, равная 0,2 МН см2. К сожалению, в этих источниках не приведена методика измерения и условия, при которых была измерена эта вязкость. По исследованиям авторов книги, необходимо определять вязкость модельных составов, особенно при повторном их использовании, после регенерации.

Сопротивление течению модельного состава в расплавленном и в пластическом состоянии также является наиважнейшим фактором, который зависит от температуры, при которой модельный состав будет запрессовываться в пресс-формы. Поскольку при массовом производстве работают при одной температуре (на которую настроены агрегаты и запрессовочные станки), следует с изменением вязкости изменять давление запрессовки. Так как давление запрессовки у большинства запрессовочных станков ограничено в узких пределах, то изменение вязкости модельного состава приводит к возникновению брака при производстве при изготовлении моделей.

В качестве контрольного способа определения вязкости оправдал себя способ измерения ареометром Hopplera при постоянных условиях. Этот способ основан на вдавливании шарика на стержене в нагретый модельный состав при определенной нагрузке. В наших исследованиях температура модельного состава составляла 95 °С, а контактные напряжения изменялись от 1000 до 2000 Па. Способ простой, достаточно быстрый и надежный. Отрицательным является тот факт, что измерение производят в жидком состоянии при температуре значительно выше температуры запрессовки модельного состава в пресс-форму.

Для установления вязкости или, точнее, реологических свойств модельных составов в пластическом или в полужидком состоянии, т. е. при температурах запрессовки, используют пластомеры или вращающиеся вискозиметры.

Содержание золы является одной из основных величин, которую нужно определять как у свежих добавок модельного состава, так и в основном составе при регенерации, так как в технологическом потоке модельный состав достаточно сильно загрязняется огнеупорным порошком или песком. Содержание золы должно быть минимальным, так как если в керамической форме остается часть невыплавленного модельного состава, то большое содержание золы (по исследованиям авторов, более 0,4%) приводит к дефектам (засорам) отливок.

Интервал затвердевания также является важным фактором для модельного состава, так как в этом интервале нужно установить температуру, при которой модельный состав запрессовывается в пресс-форму. Эта температура называется рабочей температурой. Рабочая температура не является для модельного состава величиной постоянной и изменяется с изменением условий давления при запрессовке.

Модельные составы, являющиеся гетерогенными смесями воскообразных веществ, не размягчаются и не расплавляются при одной температуре, которая, как правило, тем выше, чем больше компонентов в смеси. Определить фактический интервал затвердевания очень трудно, поэтому на практике определяют температуру каплепадения, которую принимают за верхнюю границу интервала, и температуру затвердевания на шарике, которую считают нижней границей. Температурный интервал, определенный этими методами, вероятно, меньше интервала, определяемого точными физическими методами. Определение температуры затвердевания по Жукову (CSN 657011) пригодно только для парафина и церезина; определение температуры затвердевания по методу кольцо—шарик (CSN 657060) пригодно для асфальтовых и смоляных масс. Третьим способом является определение температуры затвердевания по CSN 857012.

В литературе о модельных составах нет описания метода определения температуры затвердевания. Авторы опробовали пенетро-метрический метод определения температуры размягчения, используемый для пластмасс. Температура размягчения (таяния) могла бы определить нижнюю границу интервала затвердевания. Основой метода является измерение глубины погружения нормализованного тела в опытный образец в зависимости от температуры. Испытание относительно простое и проводится на приборе несложной конструкции.

Образец модельного состава устанавливают в специальное приспособление, в котором укреплена направляющая трубка. По трубке движется стержень, конец которого представляет собой пуансон в виде диска. На стержень с пуансоном опирается стержень часового индикатора. В верхней части прибора имеется площадка, на которую можно укладывать груз различной массы. При размягчении (или таянии) образца (при повышении температуры) пуансон внедряется в испытываемый образец модельного состава. По индикатору определяют величину перемещения стержня с пуансоном. Ясно, что температура размягчения, определенная этим способом, зависит от величины применяемой нагрузки. Эта температура, следовательно, является температурой, при которой вещество тает и его кристаллическая решетка разрушается без давления.

Для определения температуры таяния необходимо провести ряд измерений с различной нагрузкой. Температурой таяния будет температура, которая определится при нулевой величине нагрузки. Обычно при определении температуры таяния используют постоянную нагрузку.

Описание методики. Образец испытываемого модельного состава устанавливают в приспособление и прижимают стержнем к пуансону. Положение стержня фиксируют с помощью п-1-р, стопорного винта индикатором. Приспособление с испытываемым модельным составом погружают в пробирку с ртутью. Пробирку устанавливают в емкость с водой и подогревают спиралью термостата. Устройство изображено на рис. 94, а, б. По индикатору отсчитыва-ется глубина погружения пуансона в испытываемый образец. Температура отсчитывается по термометру, который установлен в чаше с водой. Замерять температуру образца не следует, так как ртуть в пробирке гарантирует почти совершенную передачу теплоты от водяной ванны на образец.

Рис. 1. Пенетрометр

Рис. 2. Зависимость глубины проникновения иглы от температуры модельного состава

Рис. 3. Зависимость температуры размягчения от нагрузки

Точку размягчения (таяния) находят на горизонтальной оси температур как проекцию на нее точки пересечения касательных к кривой, отражающей состояние образца при нагреве.

В качестве примера приведены данные по определению температуры размягчения пенетрометрическим способом чешского модельного состава № 869.

На поршневых машинах модельный состав запрессовывается при температуре, не превышающей температуру размягчения (таяния). На практике будет наиболее выгодно и просто, когда температура размягчения определяется как температура, при которой разрушается кристаллическая решетка модельного состава при определенном напряжении (можно допустить равным, например, 0,1 МПа).

Этим способом можно даже определять рабочую температуру, так же как и температуру таяния при определенном напряжении.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум