Влияние вибрации на уплотнение прессованием

Вибрацией называются вынужденные колебания, имеющие высо­кую частоту и малую амплитуду. При изготовлении литейных форм на машинах вибрацию используют при извлечении моделей из формы, для чего на модельной плите устанавливается вибратор (обычно пневма­тический). Вибрация модельной плиты и модели во время съема облегчает отделение модели от формы и уменьшает возможность прилипания и повреждения формы.

Вместе с тем, вибрация может быть использована и для уплотнения литейных форм. При действии вибрации на формовочную смесь происходит непрерывное изменение взаимного расположения ча­стиц смеси, вследствие того, что они совершают колебательные движения. При этом увеличивается вероятность возникновения ком­бинаций их расположения, благоприятных для деформации уплот­нения смеси.

Непрерывная подвижность частиц или зерен смеси при вибрации способствует уменьшению как внутреннего, так и внешнего трения формовочных смесей при их уплотнении.

На практике с большим успехом уплотнение с помощью вибра­ции используют для грунтов и бетонов, и применительно к этим материалам оно изучено наиболее полно. Так, установлено, что при вибрации коэффициент внутреннего трения грунтов резко падает, а скорость деформации уплотнения сильно возрастает, и тем резче, чем больше частота вибрации. В качестве характеристики интенсивности колебаний, от которой зависит эффект действия вибрации на грунт, принимают величину ускорения колебаний Af², где A – ампли­туда, а f – частота. Величину Af² рекомендуется брать не ниже 2¸3 g, где g – ускорение силы тяжести.

Рассмотрим распространение в среде формовочной смеси плос­кой волны колебаний в направлении некоторой оси z, перпендику­лярной к стенке модели. Примем, что поглощение энергии в слое пропорционально количеству энергии J, подводимой к этому слою, и его толщине dz:

,

(29)

где a – коэффициент затухания колебаний в данной среде.

Интегрируя выражение (29), найдем величину энергии

.

(30)

где C – постоянный коэффициент.

Выделим на линии распределения волн два сечения на расстояниях z₁ и z₂ от источника колебаний. Для этих сечений в соответствии с (30) имеем

,	(31)
,	(32)

откуда отношение энергий составит

.

(33)

Энергия колебаний пропорциональна квадрату амплитуды A, сле­довательно, уравнение (33) можно переписать в виде

.

(34)

Возведя обе части во вторую степень, получим окончательно выражение

.

(35)

Уравнение (30) свидетельствует о том, что амплитуда колебаний быстро уменьшается с расстоянием.

Эксперименты многих исследователей показали, что при прес­совании с вибрацией процесс уплотнения формовочной смеси заканчивается, и плотность стабилизируется всего за 8¸10 с. Дальнейшая выдержка под прессом и вибра­ция являются бесполезными. С другой стороны, при одинаковой продол­жительности прессования с вибрацией плотность смеси получается хорошей уже при средних давлениях прессования. Так, при прессовании с одновременной вибрацией длительностью в одну секунду и давлении прессования 0,5¸0,6 МПа, достигается средняя плотность смеси 1650¸1700 кг/м³.

При диафрагменном прессовании быстросохнущих фор­мовочных смесей на жидком стекле наблюдается наличие порога текучести, т. е. резкого увеличения подвижности смеси при частоте вибрации 100 Гц.