Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования российской федерации.
Саратовский государственный технический университет
Методическое руководство
к лабораторной работе
Испытание стержневой смеси на прочность методом разрыва
Саратов 2006.
Цель работы: ознакомиться с методом определения прочности стержневой смеси на разрыв и определить, для каких типов стержней и какого литья пригодны исследуемые смеси.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
КЛАССИФИКАЦИЯ СТЕРЖНЕЙ
Стержни по геометрическим размерам и конфигурации, по условиям их работы в литейной форме и требованиям к качеству литой поверхности делят на пять классов.
I класс - стержни (рис. 1а) сложной конфигурации и тонкого сечения, сильно омываемые металлом, образующие в отливках необрабатываемые внутренние полости, к чистоте поверхности которых предъявляется повышенные требования. Примером стержней этого класса могут служить стержни-ленточки для изготовления отливок корпусов двигателей внутреннего сгорания.
Рис.1.Классификация стержней.
II класс - стержни (рис.1б) сложной конфигурации, имеющиеие наряду с массивными частями, очень тонкие выступы, ребра и перемычки, образующие в отливках полностью или частично необрабатываемые полости к чистоте поверхности которых предъявляют повышенные требования. Примером стержней II класса могут быть стержни головки блока автомобилей, авиационных поршневых двигателей, сложные стержни компрессоров и др.
III класс - центровые стержни (рис.1в) средней сложности, не имеющие особо тонких частей, опирающиеся на массивные знаки и образующие в отливках полости, к чистоте поверхности которых предъявляются повышенные требования. К стержням III класса относят кусковые стержни картеров, рубашек и др.
IV класс - стержни (рис.1г) простой конфигурации, образующие в отливках обрабатываемые и необрабатываемые поверхности, а также внешние стержни средней и низкой сложности. К чистоте поверхности, образованной этими стержнями, особых требований не предъявляется.
V класс - массивные стержни (рио.1д), образующие большие внутренние полости в крупных отливках.
Стержни I и П классов должны обладать высокой прочностью, хорошей чистотой поверхности, малой газотворностью, легкой выбиваемостью. Стержни III класса, наряду с прочностью, должны иметь особо высокую чистоту поверхности, так как в большинстве случаев образуют в отливках необрабатываемые поверхности. Стержни IV и V классов должны обладать прочностью, газопроницаемостью и хорошей поддатливостью. Они выполняют внутренние полости в крупных отливках. Эти свойства стержней зависят от свойств стержневых смесей.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СОСТАВЫ СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ
Требования, предъявляемые к стержневой смеси, зависят от класса сложности стержня. При изготовлении стержней I класса сложности стержневая смесь должна обладать высокой прочностью и поверхностной твердостью в сухом состоянии, низкой прочностью во влажном состоянии, минимальной газотворностью высокой податливостью и хорошей выбиваемоотью.
Стержневая смесь для стержней II класса должна удовлетворять тем же самым требованиям, но иметь большую прочность во влажном состоянии, чтобы массивные и высокие части стержней не разрушались под собственным весом.
От стержневой смеси III класса требуются повышенная прочность во влажном состоянии, средняя прочность в сухом состоянии, хорошая податливость и лёгкая выбиваемость.
Стержневая смесь для стержней IV и V классов должна иметь высокую прочность во влажном состоянии, относительно небольшую прочность в сухом состоянии и хорошую податливость.
Технологические свойства стержневых смесей определяются их составом, характером и свойствами связующего, зерновой основой, добавками.
В качестве зерновой основы применяется кварцевый песок различных марок. Зерновая основа определяет огнеупорность стержневой смеси, которая является одним из основных свойств, так как стержни во многих случаях со всех сторон окружены жидким металлом и прогреваются им на всю толщину.
Связующие материалы предназначены для соединения песчинок между собой. На песчинки связующие при перемешивании в бегунах наносятся в жидком виде и затем затвердевает при сушке, соединяя песчинки.
Специальные добавки предназначены:
1)повысить пластические свойства смеси;
2)улучшить газопроницаемость стержней;
3)сообщить смеси противопригарные свойства;
4)улучшить податливость и др.
Заданные технологические свойства смеси достигаются обычно комбинацией нескольких связующих между собой и специальных добавок.
Типовые составы и технологические свойства стержневых смесей для стального, чугунного и цветного литья приведены в табл.1.
По составу стержневые смеси можно разделить на следующие группы:
1)смеси на растительных маслах, олифе, 4 ГУ и декстрине; 2)смеси на синтетических связующих типа П, ПТ, ПТА, М, применяемых в качестве заменителей олифы и пищевых продуктов; 3)смеси на сульфитно-спиртовой барде с добавлением древесного песка; 4)быстросохнущие смеси на основе жидкого отекла; 5)жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС); 6) смеси для изготовления стержней в горячих ящиках.
Смеси на основе растительных масел, олифе, 4ГУ и декстрине применяют для стержней I и П классов, когда использование других связующих вызывает значительный брак. Стержни с этими связующими хорошо уплотняются и легко выбиваются. Однако смеси дороги, а сами связующие дефицитны, так как они приготовляются на основе пищевых продуктов. Поэтому стремятся полностью заменить их синтетическими связующими.
Смеси на синтетических связующих типа П, ПТ, ПТА, М широко применяются в массовом производстве стержней. Смеси относительно дешевы, а синтетические связующие являются хорошими заменителями олифы и растительных масел.
Стержневые смеси имеют низкую прочность во влажном состоянии и хорошо уплотняются, что отвечает условиям массового производства, обеспечивает рост производительности труда и максимальное снижение стоимости отливок.
Смеси с сульфитно-спиртовой бардой являются быстросохнущими, применяются для стержней Ш-V классов сложности во всех случаях, когда имеется опасность оседания влажных стержней в процессе их транспортировки или сушки. Сухие стержня из этих смесей хорошо поглощают влагу воздуха, в результате их прочность падает. Стержни надо хранить по возможности в сухом и теплом месте. При хранении более 3 суток рекомендуется кратковременное подсушивание стержней при температуре 120°–140°. Следует также до минимума сократить время от момента установки стержня во влажную форму до заливки её металлом. Для мелких отливок продувается это время не должно превышать 2-3 часа, а для средних 6-8 часов.
Быстросохнущие смеси на основе жидкого стекла позволяют сократить, а в ряде случаев ликвидировать операцию сушки стержней, что сокращает цикл изготовления отливок, повышает их точность. Стержни в этом случае «просушиваются» за счёт химического взаимодействия жидкого стекла и углекислого газа, который продувается через готовый стержень.
Такие стержни хорошо выбиваются при изготовлении отливок из цветных сплавов, и с трудом – при изготовлении стальных и чугунных отливок. Причиной этого является спекание смеси при нагреве до 600-900°С. Для ликвидации этого нежелательного явления, в смесь вводят 1,5 – 3% мазута, битума, древесного песка и др.
Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС) используют для изготовления стержней всех классов. Опыт литейных цехов показывает, что ЖСС значительно повышает производительность труда формовщиков, облегчает и улучшает условия их работы. Стержни из ЖСС не формуются, а отливаются и после заливки самопроизвольно затвердевают. Выбиваемость стержней из ЖСС лучше, чем из обычных жидкостекольных.
В качестве связующих у смесей для изготовления стержней в горячих ящиках используют быстротвердеющие органические и органоминералогические вещества, которые затвердевают с помощью различного рода катализаторов. Твердение ускоряют продувкой стержня горячим воздухом. По горячим ящикам можно изготовить стержни I, II и III классов для отливок из всех типов сплавов. В настоящее время для этих смесей разработали новый связующий материал ФФ-1С на основе фурилово-фенольной смолы.
Все стержни, изготовленные из смесей 1-3 групп и частично 4-й группы, для повышения общей и поверхностной прочности и газопроницаемости подвергаются сушке в специальных сушилках. Режим сушки стержней назначают в зависимости от типа связующего и допустимой скорости сушки. Ориентировочные режимы сушки стержней приведены в табл. 2.
Таблица 2
|
Связующее |
Температура сушки |
Продолжительность сушки, час, При толщине тела стержня, мм |
||
|
до 100 |
100-200 |
Свыше200 |
||
|
Органические |
160-240 |
0,75-1,5 |
1,5-3,0 |
3,0-7,0 |
|
Глина |
300-350 |
1,0-2,0 |
2,0-5,0 |
5,0-24,0 |
|
Жидкое стекло |
200-250 |
0,75-1,0 |
1,0-2,0 |
2,0-5,0 |
Оборудование, инструмент и материалы.
1.Лабораторные смешивающие бегуны (рис.2.).
рис.2. Смешивающие бегуны: 1- катки;
2- плужки; 3-окно для выгрузки смеси.
2.Лабораторный копёр (рис.3).
рис.3. Лабораторный копёр.
3. Технические весы с разновесами.
4. Стержневой ящик (рис.4).
рис.4. Стержневой ящик для изготовления образцов восьмёрок.
5.Сушильный шкаф с термометром.
6. Прибор для определения предела прочности смеси при растяжении образцов (рис.5).
рис. 5. Прибор для определения предела прочности смеси при растяжении образцов.
7. Кварцевый песок.
8. Крепитель.
9. Вода.
Порядок проведения работы.
Предел прочности смеси при растяжении определяют на сухих образцах, имеющих форму восьмерки (рис 4).
На лабораторных бегунках (рис.2) приготовляют стержневую смесь следующего состава:
сухой песок - 90 %
глина - 10 %
вода - 3,5%.
Сухой песок и глину загружает в лабораторные бегунки и перемешивают в течение 2 мин. Затем добавляют отмеренное мензуркой необходимое количество воды и продолжают перемешивать еще 8 мин.
Смесь выгружают из бегунков и приступают к изготовлению стандартных образцов. Образцы изготовляют в специальном стержневом ящике (рис.4). На поддон I ставят половины 2 и 3 стержневого ящика, не допуская их перекоса, затем на ящик устанавливают воронку таким образом, чтобы штыри, имеющиеся на нижней плоскости воронки, вошли в гнезда стержневого ящика. Навески смеси (90-120 г) насыпают в собранный ящик, затем свободно устанавливают колодку 5. Смесь уплотняют на стандартном копре.
Подъемником 8 копра поднимают шток 2 и груз 3; на станину устанавливают поддон I с собранным стержневым ящиком, осторожно и плавно опускают боек 7, закрепленный на токе 2 на площадку колодки 5. После этого вращением рукоятки б и эксцентрика 5 уплотняют смесь тремя ударами груза 3 весом 6,35 ± 0,015 кг, падающего с высоты 50 ± 0.25 мм. Высоту образца в стержневом ящике после уплотнения контролируют по трем конкретным рискам, имеющихся на колодке. Если уплотнение проведено правильно, то верхняя плоскость воронки должна находиться в пределах трех рисок (при несоблюдении этого условия образец бракуют). После этого удаляют колодку, снимают воронку, стержневой ящик с образцом осторожно переносят на специальную подставку и разбирают. Образец на подставке помещают в сушильный шкаф.
Режим сушки определяется видом связующего и выбирается из табл.2. Перед испытанием высушенный образец охлаждают. Образец испытывают на рычажном приборе (рис.5). При испытаниях на рычажном приборе перед закреплением образца в зажимах 1 рычаг 2 устанавливают в горизонтальное положение с помощью груза 3. Вращением гайки 4 поднимают нижний захват в верхнее крайнее положение, образец осторожно вставляют в захваты, после чего медленно опускают нижний захват при помощи гайки 4, а левой рукой, покачивая слегка образец в плоскости, перпендикулярной рычагу 2, проверяют легкий
натяг захватов. Образец должен плотно прилегать к зажимающим роликам в захватах и не допускать свободного качания.
Придерживая правой рукой бункер с дробью, левой рукой потянуть вдоль оси затвор 5, открыв отверстие в воронке бункера. Дробь из бункера б высыпается в ведро 7, и на образец постепенно накладывается растягивающее усилие. В момент разрыва образца рычаг 2 падает; при этом затвор 5 перекрывает выходное отверстие бункера 6.
Дробь взвешивают и рассчитывают прочность стержневой смеси по формуле
σ = (10 ∙ P) / 6,25 кг/см^2
где σ - предел прочности стержня, кг/см^2;
Р - вес дроби в момент разрыва образца, кг;
F - площадь поперечного сечения образца в месте разрыва (поперечная площадь шейки стандартная и равна 6,25см^2);
10- коэффициент, характеризующий конструкцию прибора - отношение длин плеч рычага.
Таким способом испытывают три образца и из подученных результатов берут среднее арифметическое значение. Результаты считаются правильными, если разница всех трех испытании не превышает 10%.
Полученный результат сравнить с табл.1 и сделать вывод, для какого вида литья и класса стержней можно рекомендовать испытываемую смесь.
Содержание отчёта.
1. Назначение и классификация стержней.
2. Составы стержневых смесей, их технологические свойства и режимы приготовления.
3. Ре жимы сушки стержней.
4.Приборы и материалы, необходимые для проведения испытаний. Начертить схему рычажного прибора и указать усилия, действующие в процессе разрыва образца.
5.Определение класса испытываемого стержня и вида литья, для которого пригодна испытываемая стержневая смесь.