ФОРМОВОЧНОЙ И СТЕРЖНЕВОЙ СМЕСИ

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

Ознакомление с методикой определения основных теплофизических свойств формовочной смеси.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основными величинами, характеризующими теплофизические свойства формы, являются коэффициенты теплопроводности λ₂, удельной теплоемкости с₂, коэффициент аккумуляции тепла b₂ и температуропроводность а₂.

Коэффициент аккумуляции тепла формой b₂ и температуропроводность а₂ можно определить, зная плотность материала формы ρ₂, коэффициент теплопроводности λ₂ и удельную теплоемкость с₂.

.

Свойства формы определяют в условиях, сходных с реальными условиями литья, путем заливки металла в форму и исследования ее температурного поля.

Показатель степени параболы n определяют из соотношения n = S/S₁, где S и S₁ - площади области над кривой и под кривой соответственно (рис. 1). Их определяют подсчетом клеточек, если чертеж выполнен на миллиметровой бумаге или планиметром.

Рис. 1. Температурное поле отливки и формы

при определении теплофизических свойст в

При таком способе исследования полученные эффективные коэффициенты автоматически учитывают все эффекты, связанные с поглощением или выделением теплоты в форме.

Метод позволяет определить тепловые свойства формы при любых температурах. Для этого достаточно залить металл с известными теплофизическими свойствами и соответствую щей температурой кристаллизации.

Определение теплофизических свойств формовочной и стержневой смеси может быть осуществлено методом плоской либо цилиндрической отливки.

2.1. Метод плоской отливки

При определении теплофизических коэффициентов на точность измерений влияют конечные размеры испытуемых образцов. Поэтому толщина отливки должна быть не более 0,1 ее ширины и высоты. Кроме того, термопары, определяющие распределение температуры по толщине формы, должны находиться напротив центра отливки, причем последняя термопара должна быть удалена от поверхности отливки на расстояние не более 1/4 ее высоты или ширины. Например, отливка толщиной 30 мм должна иметь высоту и ширину не менее 300 мм, а термопары в форме целесообразно разместить на расстояниях 2, 5, 10, 20, 35, 50 и 75 мм от поверхности соприкосновения формы с отливкой (рис. 2).

Рис. 2. Схема расположения термопар при определении

теплофизических свойств формовочной смеси

Измерять температуру следует термопарами, расположенными в изотермических плоскостях, то есть в плоскостях, параллельных плоскости поверхности отливки. Толщина электродов не должна превышать 0,5 мм. Более толстые термопары искажают температурное поле формы и дают погрешности в связи с ошибками измерений расстояний горячих спаев от отливки. Температуру в отливке следует измерять термопарой, защищенной тонким кварцевым колпачком.

После постановки опыта необходимо обязательно разобрать форму и тщательно измерить расстояние от термопар до отливки, так как при формовке возможно их смещение. Расчет коэффициентов ведут по формулам:

, (1)

где ;

, (2)

Теплопроводность и температуропроводность находят из соотношений

, (3)

Поскольку температуру металла целесообразно измерять одной термопарой, расположенной в геометрическом центре отливки, в первом приближении можно положить θ_п=θ_кр. По рассчитанной теплопроводности определяют перепад температуры в отливке и делают поправку на изменение значений θ_п и q_кр.

Величину θ_п по известным n, R и Х=Х₂ (из опыта) определяют из следующего уравнения:

. (4)

2.2. Метод цилиндрической отливки

Как и в случае плоского образца, измеряют температуру по сечению формы и в центре отливки.

Удельная теплоемкость материала

. (5)

Здесь .

Значение . (6)

Величину θ_п определяют из уравнения (4) методом последовательных приближений

.

Образец формы изготовляется в виде толстостенного цилиндра высотой Н, при этом должно соблюдаться условие H/R>10. Толщина стенки формы ориентировочно выбирается из условия ∆≈1,2X₂,

где . (7)

Значение с₂ можно принять в первом приближении равным теплоемкости основного компонента смеси, а θ_п≈θ_кр.

Основные величины, встречающиеся при подсчете теплофизиче-ских свойств формовочной и стержневой смеси:

n - показатель степени параболы, n=S/S;

R - половина толщины отливки, м;

ρ_i - плотность материала отливки, кг/м³;

q_кр - удельная эффективная теплота кристаллизации, Дж/кг;

Х - глубина прогрева формы, м;

Х₂ - значение X в момент времени t₃, м;

P₂ - плотность материала формы, кг/м³;

θ_п - избыточная температура поверхности, θ_п=Т_п–Т₀, К;

t₃ - время окончания затвердевания отливки, с;

q_пер - удельная теплота перегрева, , Дж/кг;

- удельная теплоемкость расплава, Дж/кг·К;

Т_зал - температура заливки, К;

Т_лик - температура ликвидуса, К;

L - удельная теплота кристаллизации металла, Дж/кг;

с₁ - удельная теплоемкость материала отливки, Дж/кг·К;

θ_кр - избыточная температура кристаллизации, К, θ_кр=Т_кр–Т₀.

Т_п - температура поверхности формы, К;

Т₀ - начальная температура формы, К.

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

Плавильная печь, формовочная смесь, опоки, модельная оснастка, хромель-алюмелевые термопары, автоматический потенциометр, плавильный и формовочный инструмент, специальная одежда, защитные очки.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1..Ознакомиться с настоящим описанием, оборудованием, приборами и инструкцией по технике безопасности.

2. Расплавить алюминиевый сплав и перегреть его до температуры 750-800 ⁰С.

3. Приготовить формовочную смесь.

4. Изготовить литейную форму по имеющейся модели (плоской или цилиндрической).

5. Установить в форму пять термопар на расстояния 2, 5, 10, 15 и 35 мм от поверхности соприкосновения формы с отливкой. Соединить термопары с потенциометром.

6. Залить формы при температуре, заданной преподавателем.

7. После заливки установить в жидкий металл еще одну термопару, соединенную с потенциометром, которая будет показывать кривую охлаждения заливаемого сплава.

8. С помощью автоматического потенциометра записать температуры при затвердевании через каждые 5 с до температуры 400-450 ⁰С.

9. Полученные на диаграммной ленте показания от всех шести термопар перенести на миллиметровую бумагу и построить график зависимости изменения температуры в системе «отливка - форма» от времени T=f(τ), где Т - температура, ⁰С; τ - время, с.

10.На этом же листе миллиметровой бумаги построить температурное поле формы, перейдя в координаты T=f(X), где Т - температура, τ С; X - глубина прогрева формы (расстояние от поверхности отливки до термопар), мм.

11.Подсчетом клеточек на миллиметровой бумаге определить площади S и S₁ над кривой и под кривой соответственно.

12.Рассчитать теплофизические коэффициенты. В случае плоской отливки расчет проводят по формулам (1)-(4).

В случае цилиндрической отливки - по формулам (5)-(7).

13. Составить отчет.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Краткие теоретические положения.

4. Описание методики проведения эксперимента и перечень используемого оборудования и приборов.

5. Эскиз формы с термопарами.

6. Графики зависимости изменения температуры в системе «отливка-форма» от времени Т=f(x) и температурного поля формы, выполненные на миллиметровой бумаге.

7. Расчет теплофизических параметров формовочной смеси.

8. Основные выводы по работе.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные теплофизические характеристики формовочной и стержневой смеси.

2. Как располагаются термопары при проведении данной работы?

3. Как получить температурное поле формы?

4. Каким образом определяется показатель степени параболы n?

5. В чем заключается метод последовательных приближений при определении теплофизических свойств формовочной и стержневой смеси?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П.1

Химический состав и свойства некоторых цветных металлов и сплавов

Таблица П.2

Теплофизические свойства металлов и сплавов в жидком состоянии

Таблица П.3

Теплофизические свойства металлов и сплавов в твёрдом состоянии

Таблица П.4

Теплофизические свойства формовочных и стержневых смесей

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Технология конструкционных материалов (Технологические процессы в машиностроении): учебник для вузов: в 4 ч. /под общ. ред. Э.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г. Дубенского. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2007.

Ч.3: Производство заготовок /В.А. Белоусов [и др.]. — 2007. — 582 с.: ил. — ISBN 978-5-7679-1058-8.

2. Пикунов, М.В. Плавка металлов. Кристаллизация сплавов. Затвердевание отливок: учебное пособие для вузов /М.В.Пикунов.— М.: МИСИС, 2005. — 416 с.: ил. — ISBN 5-87623-141-X.

3. Абрикосов А.А. Основы теории металлов [Электронный ресурс]: учебное пособие /Абрикосов А.А. — Электрон. текстовые данные. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. — 600 c. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/12932. — ЭБС «IPRbooks», по паролю.

4. Васильев, В.А. Физико-химические основы литейного производства: Учебник для вузов /В.А.Васильев. — М.: Интермет Инжиниринг, 2001. — 336 с.: ил. — ISBN 5-89594-050-1.

5. Гуляев, Б.Б. Теория литейных процессов: учеб. пособие для вузов /Б.Б. Гуляев. — Л.: Машиностроение, 1976. — 214 с.: ил.

6. Баландин Г.Ф. Теория формирования отливки: основы тепловой теории. Затвердевание и охлаждение отливки: учебник /Г.Ф. Баландин. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. — 360 с.: ил.

7. Бауман, Б.В. Литейное производство: учебник для вузов /Б.В.Бауман [и др.]; под ред. И.Б. Куманина. — М.: Машиностроение, 1971. — 320 с.: ил.

8. Трухов, А.П. Литейные сплавы и плавка: учебник для вузов /А.П. Трухов, А.И. Маляров. — М.: Академия, 2004. — 336 с.: ил. — ISBN 5-7695-1276-8.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: