Uniwersytet Warmińsko – Mazurski

w Olsztynie

Wydział Nauk Technicznych

Temat: Badanie właściwości technologicznych i mechanicznych mas formierskich

Wykonał:

Grupa 1

I Teoria

Materiał formierski – materiał wykorzystywany do wykonywania form odlewniczych lub rdzeni. Głównymi składnikami masy formierskiej są z reguły piasek formierski oraz lepiszcze. Piasek formierski zawiera głównie kwarc (SiO₂). Wyróżnia się on dużą twardością oraz odpornością na wysokie temperatury. Głównym składnikiem gliny, używanej do materiałów formierskich jest kaolin (Al₂0₃ 2SiO₂ – 2H₂0), który podobnie, jak piasek i glina odznacza się znaczną ognioodpornością. Dodatkowymi materiałami (pomocniczymi) są mączka węglowa (stosowana do uzyskania mniejszej przyczepności masy formierskiej do odlewanego przedmiotu) oraz grafit (utwardza powierzchnię formy oraz wygładza powierzchnię odlewu).

Masa formierska – to przerobiona w odpowiedni sposób mieszanina różnych materiałów formierskich dobranych w odpowiednim stosunku. Ilość i rodzaj poszczególnych składników masy zależy od rodzaju stopu, masy, grubości ścianki i kształtu odlewu oraz wymaganej dokładności wymiarowej.

Masy formierskie powinny odznaczać się następującymi cechami:

1) dobrą plastycznością, a więc zdolnością przyjmowania kształtu według modelu i zachowania tegoż kształtu po usunięciu modelu,

2) wielką spoistością cząstek masy formierskiej, zapewniającą odporność na wszelkiego rodzaju wstrząsy, jak również na ciśnienie hydrostatyczne wlewanego metalu,

3) znaczną odpornością na wysoką temperaturę płynnego metalu,

4) wystarczającą przepuszczalnością gazów i par powstałych w czasie odlewania i podczas procesu stygnięcia metalu w formie odlewniczej,

5) zdolnością zachowania pełnej przydatności do wielokrotnego użycia w formie domieszek do nowych mas,

6) łatwym oddzielaniem się od ścian gotowego odlewu w czasie wybijania i oczyszczania.

Mieszarka krążnikowa – służy do przygotowywania masy formierskiej. Składa się z zespołu napędowego (silnik z reduktorem) oraz lemieszy rozgarniających i przerzucających masę. Składniki masy umieszcza się w mieszarce po podniesieniu pokrywy, natomiast wodę i inne składniki w formie cieczy dodaje się przez otwór w pokrywie. Masa formierska po wymieszaniu powinna zostać spulchniona (przeciskana przez sito, bądź spulchniana spulchniarką mechaniczną).

II Przebieg ćwiczenia

Badanie wilgotności – wilgotność jest bardzo ważnym parametrem mas formierskich, bowiem to właśnie od wilgotności zależy większość cech charakterystycznych danej masy formierskiej. Wilgotność można zmierzyć metodą laboratoryjną, czyli poprzez wyznaczenie różnicy w masie próbki przed oraz po jej wysuszeniu, lub też metodą CM. Metoda CM polega na wymieszaniu w specjalnym aparacie odpowiedniej ilości masy formierskiej z ustaloną ilością karbidu. Wskutek reakcji chemicznej karbidu i wody zawartej w masie zaczyna powstawać acetylen, co jednocześnie podnosi ciśnienie w aparacie. Odczyt tego ciśnienia z manometru aparatu pozwala (korzystając z odpowiednich tablic) określenie wilgotności próbki.

Badanie twardości – twardość masy formierskiej jest jedną z jej podstawowych właściwości. Od twardości zależy gładkość powierzchni formy, jej wytrzymałość i płynność. Pomiar twardości masy polega na wciskaniu wgłębnika (penetratora) twardościomierza w próbkę masy oraz odczytanie wyniku z tarczy twardościomierza. W badaniu twardości mas formierskich używa się dwóch rodzajów twardościomierzy – typ A, gdzie kulka ma średnicę 5,08mm, a siła wymagana do jej całkowitego wciśnięcia równa jest 2,32N oraz typ B, w którym kulka ma 12,7mm średnicy, a siła potrzebna do wciśnięcia kulki to 9,81N. Użycie odpowiedniego typu twardościomierza podyktowane jest orientacyjną wytrzymałością masy formierskiej na wciskanie w nią kulki. Twardościomierzem typu A można zmierzyć twardość próbek o wytrzymałości do 0,04 MPa, a typu B – 0,08 MPa. Twardościomierz typu C posiada wgłębnik w kształcie stożka, który wciskany w próbkę porusza wskazówkę na stustopniowej skali, która oznacza twardość w skali C.

Badanie płynności – płynność masy to jej zdolność do przemieszczania się masy pod punktowym obciążeniem. Masa charakteryzująca się dużą płynnością będzie miała jednakowy stopień zagęszczenia w każdym miejscu. Jednakowy stopień zagęszczenia ma znaczenie przy minimalizowaniu skurczu odlewniczego odlewu. Większą płynnością odznaczają się masy o dużej wilgotności. Jedną z metod badania płynności masy jest metoda Dieterta-Valtiera. Metoda ta polega na pomiarze różnicy wysokości próbki masy pomiędzy czwartym a piątym uderzeniu ciężarka ubijaka laboratoryjnego. Inną metodą jest metoda Orłowa, która polega na ubijaniu próbki masy z wkładką o stałej wysokości. Po ubiciu mierzy się twardość obydwu powstałych powierzchni oraz podstawia się je do wzoru.

Badania przepuszczalności – przepuszczalność masy formierskiej to ważna cecha, która określa zdolność masy do odprowadzania gazów powstałych w czasie wykonywania odlewu na zewnątrz formy. Przepuszczalność zależy głównie od rozmiaru ziarna masy, stopnia jej ubicia oraz wilgotności. Przepuszczalność opisuje się jako ilość powietrza, która może się przedostać przez znormalizowaną próbkę pod znanym ciśnieniem w jednostce czasu. Badanie polega na umieszczeniu próbki w cylindrze pomiarowym, następnie przepuszcza powietrze znajdujące się w zbiorniku przez próbkę. Najszybszym sposobem jest zrównanie linii na obrotowej, przezroczystej skali z poziomem cieczy manometru oraz odczytanie wartości przepuszczalności.

Badanie wytrzymałości – próbki masy bada się także w kierunku wytrzymałości na ściskanie, zginanie, ścinanie oraz rozciąganie. Wszystkie te badania (z wyjątkiem zginania) przeprowadza się na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej.

III Wyniki ćwiczeń

Oznaczana cecha	Metoda	Wynik średni	Jednostka miary
Zawartość wilgoci	Laboratoryjna	3,74	%
	CM	4,0	%
Stopień ubicia	-	Bardzo silny (87,4)	-
Płynność	Dietera-Valtiera	40,8	%
	Orłowa	80	%
Przepuszczalność	Przyspieszona	470	m^2/Pa*s
Twardość	-	87,4	Skala A
Ścinanie	-	0,044	MPa
Rozciąganie	-	0,917	MPa
Ściskanie	-	0,186	MPa

Obliczenia