Эмпирические уравнения встряхивания

Качество уплотнения формовочной смеси при встряхивании

Распределение плотности смеси по высоте формы при встряхивании должно соответствовать закономерности изменения вертикальных сжимающих напряжений. График изменения плотности по высоте формы представлен на рис. 25, в. Из рисунка видно, что верхние слои смеси практически не уплотняются, в то время как в нижних слоях наблюдается даже некоторое переуплотнение. Практика показывает, что при увеличении числа ударов встряхивания, в смеси, примыкающей к модельной плите, могут образоваться трещины.

Плотность смеси верхних слоев можно повысить только дополнительным уплотнением. Чаще всего после встряхивания осуществляют допрессовку. Возможно также применение подтрамбовки (вручную или пневматическими трамбовками). С целью снижения времени изготовления формы, можно применить динамическую подпрессовку с помощью груза, накладываемого на смесь перед встряхиванием. Обычно это чугунная плита, имеющая размеры, соответствующие размерам опоки в свету и высоту, определяемую в соответствии с требуемой конечной твердостью смеси и заданным числом ударов встряхивания.

При формовке высоких моделей возможно образование рыхлоты в верхней части вертикальных стенок. Это вызвано отклонением потока деформируемой смеси от вертикального направления при соскальзывании с верхней плоскости модели. Для предотвращения этого дефекта необходимо скруглять верхние углы высоких моделей, а при последующем прессовании следует использовать профильную прессовую колодку.

Из вышесказанного следует, что уплотнение смеси на встряхивающих машинах характеризуется следующими факторами: скоростью стола до и после удара; жесткостью удара (определяется жесткостью упругой про­кладки между станиной и столом); числом ударов, необходимых на уплотнение одной полуформы при заданных физико-механических свойствах смеси.

Число ударов на одну форму не может являться критерием уплот­няющего воздействия при встряхивании, так как сами удары встря­хивающего стола могут быть различными, более мощными или же более слабыми.

При n ударах встряхивания встряхивающий механизм совершает работу по уплотнению смеси, которую можно выразить уравнением

,

(52)

где m – масса формовочной смеси в опоке, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

h – высота подъема стола, м;

n – число ударов встряхивания;

h – коэффициент использования потенциальной энергии встряхивающего стола при его падении.

Коэффициент h обусловлен потерями энергии падающих частей машины из-за трения в поршневой паре и противодавления сжатого воздуха под поршнем. Для различных встряхиваю­щих формовочных машин коэффициент h колеблется в пределах 0,3¸0,7, в зависимо­сти от конструкции, точности изготовления, регулирования, смазки, износа машины, и от давления воздуха в сети.

В первом приближении за меру уплотняющего воз­действия на формовочную смесь при встряхивании принимают удель­ную работу встряхивания (Дж/м²), сообщенную смеси за n ударов стола и отнесенную либо к единице площади опоки

,

(53)

либо к 1 кг смеси (Дж/кг)

,

(54)

где F – площадь опоки, м².

Зависимость средней плотности формовочной смеси d от удельной работы встряхивания можно выразить эмпирическим урав­нением, установленным H. П. Аксеновым:

,

(55)

где K – коэффициент уплотняемости формы встряхиванием;

а – удельная работа встряхивания, Дж/м².

По практическим данным, коэффи­циент уплотняемости встряхиванием K в зависимости от высоты смеси до уплотнения H_о имеет следующие значения.

 

H0, мм
K	34,70	30,29	27,13	25,87	25,24	24,61	23,97

 

Уравнение (55) дает удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными при значениях a, встречающимися на практике. Как и эмпирическое уравнение прессования, уравнение встряхивания откло­няется от опытных данных при весьма больших значениях a, при­ближающихся к моменту стабилизации уплотнения. Кроме того, отклонения могут наблюдаться и в области весьма малых значений a, если в действительных условиях d₀ ¹ 1000 кг/м³. Указанные отклонения, однако, практического значения не имеют.

Изменение высоты встряхивания h в пределах 20¸100 мм не влияет на получаемую плотность d при условии постоянства удельной работы a. Однако при увели­чении h одна и та же работа a сооб­щается смеси при меньшем числе n ударов встряхивания одной формы, и производительность машины возраста­ет.

Слишком большое число ударов встряхивания n на одну форму может привести к частичному разрыхлению смеси и даже к возникновению трещин в форме со стороны модельной плиты.

Из уравнения встряхивания (55) легко получить выражение для рабо­ты при уплотнении литейных форм встряхиванием. Работа A на одну опоку, выраженная в Джоулях, составит

,

(56)

где F – площадь опоки, м²;

d – средняя плотность смеси, кг/м³.