Пескодувное уплотнение

При изготовлении стержней на пескодувной машине наблюдаются две фазы процесса: неустановившегося и установившегося движения.

В течение первой фазы происходит перемещение частиц песка из резервуара машины и соответствующее распределение их по всему объему стержневого ящика. В этот период все характеристики (давление воздуха внутри ящика, скорость и кине­тическая энергия песчано-воздушной струи и др.) являются переменными во времени и пространстве.

Вторая фаза - установившееся движение воздуха через неподвижную смесь (фильтрация).

Уплотнение стержневой смеси на пескодувной машине в первой фазе происхо­дит в результате совместного действия кинетической энергии песчано-воздушной струи и перепадов давлений (P₁ — Р₂), (Рв — Р₁) и (Рр — Рв), где: p₁- давление в верхней части ящика; Р₂ - давление в нижней части ящика; Рр - давление в резервуаре маши­ны; Рв - давление во вдувном отверстии.

Во второй фазе уплотнение стержневой смеси происходит за счет фильтрации воздуха через уплотненную смесь. Регулировать плотность набивки стержней за счет фильтрации можно двумя методами. Первый метод заключается в увеличении высоты продуваемого слоя путем соответствующего расположения вдувных и вентиляционных отверстий, второй метод - в увеличении скорости фильтрации за счет изменений пло­щади вентиляционных отверстий (F_вент).

Увеличение F_вентэффективно лишь до критического значения

Превышение критического соотношения практически не увеличивает степени уплотнения стержня.

Уплотнение за счет перепада (Рв—Р₁)происходит в основном на расстоянии до 40 мм от верха ящика. В дальнейшем, по мере удаления от вдувного отверстия, уплот­нение уменьшается.

Основное уплотнение стержневой смеси на пескодувной машине происходит за счет разности входного и выходного давлений воздушного потока на неподвижный слой смеси в стержневом ящике.

Средняя степень уплотнения стержневой смеси находится в следующей зависи­мости от разности давлений (P₁—Р₂) кГ/см²:

δ=1+C'(P₁+P₂)^0,25

где С¹- коэффициент уплотняемости данной стержневой смеси.

Следовательно, разность давлений (P₁—Ра) в пескодувной машине действует аналогично давлению прессовой колодки при уплотнении прессованием. Различие только в том, что при обычном прессовании действует прессовая колодка с давлением Р кГ/см², а в пескодувной машине давление воздуха (Pi—P₂) кГ/см ².

Воздушный поток при пескодувном процессе последовательно выполняет сле­дующие функции:

1) перенос смеси из резервуара машины внутрь стержневого ящика и распреде­ление ее по всему объему (транспортная функция);

2) уплотнение неподвижного слоя смеси в ящике за счет разности давлений
(Pi—Р₂) (функция уплотнения).

На основе исследований ученых и опыта предприятий рекомендуется при кон­струировании стержневых ящиков вдувныеи вентиляционные отверстия располагать таким образом, чтобы воздушный поток по возможности равномерно распределялся по сечению стержня, ибо в противном случае происходит неравномерная набивка стержня. При этом величина перепада давлений (Р₁ — Р₂) должна быть максималь­ной, что достигается увеличением площади вентиляционных отверстий F вент на концах воздушного потока, причем увеличение Fвент. эффективно лишь до критиче­ского значения:

где Fстержня - площадь сечения стержня или ветвь его, перпендикулярная к направлению воздушного потока.

Распределение плотности смеси δ по вы­соте стержневого ящика: 1 - нижняя вентиляция 2 - верхняя вентиляция

Дальнейшее увеличение отношения сверх 0,3 практически не увеличивает степень уплотнения стержня. Следует иметь в виду, что указанные замечания относятся к вентиляционным отверстиям, расположенным в конце потока, т. е в наиболее удаленных точках от мест ввода стержневой смеси.

Необходимо избегать расположения

вентиляционных отверстий не в конце потока. Такое рас­положение применяется лишь как средство снижения противодавления при заполнении ящика, когда скорость поступающего потока воздуха снижается этим противодавлением до такого предела, что воздух перестает увлекать с собой стержневую смесь. Однако площадь вентиляционных отверстий, слу­жащую для снижения противодавления, рекомендуется делать минимальной, так как расположение вентиляционных отверстий вблизи вдувных отверстий снижает вход­ное давление Р₁, в результате чего стержень получается с неплотной набивкой.

В случаях уплотнения смеси при расположении вентиляционных отверстий только в верхней части стержневого ящика также получается хорошее уплотнение за счет воздействия кинетической энергии песчано-воздушной смеси, которая зависит от:

где: Q - количество смеси; ν² - скорость песчано-воздушной струи, м/сек.

Скорость струи v зависит главным образом от величины отношения давления в стержневом ящике к давлению в рабочем резервуаре стержневой машины.

Сопоставление результатов уплотнения при верхней я нижней вентиляции по­казывает, что распределение плотности смеси по высоте ящика при верхней вентиля­ции получается более равномерным, чем при нижней.

В низких стержневых ящиках с верхней или нижней вентиляцией уплотнение смеси происходит под действием перепадов давлений (Рв — Р₁) и (Рр — Рв). Величины кинетической энергии струи и перепада (Р₁—Р₂) небольшие, и ими можно пренебречь

(Pв- давление во вдувном отверстии, Рр - в резервуаре машины, Р₁ и Р₂ — в верхней и нижней частях ящика). В местах, недоступных действию кинетической энергии струи, уплотнение происходит за счет перепада давления.

Установлено, что влияние кинетической энергии на уплотнение больше, чем влия­ние перепада давлений воздушного потока. Рекомендуется применять верхнюю вен­тиляцию, при которой величина кинетической энергии струи получается наибольшей.

Во вдувном отверстии происходит значительное уплотнение стержневой смеси. Плотность песчано-воздушной струи в момент удара о слой неподвижной смеси со­ставляет 56—88% от средней плотности стержня.

Следует отметить, что отношение плотности песчано-воздушной струи к плот­ности стержня практически не зависит ни от системы вентиляция, ни от давления ду­тья. Плотность струи падает с уменьшением диаметра вдувного отверстия.

Уменьшение плотности песчано-воздушной струи сопровождается разрывами в течении струи. При диаметре вдувного отверстия, равным 6 мм, струя состоит из от­дельных пакетов, следующих друг за другом. Форма пакетов напоминает треугольную пирамидку, ориентированную основанием в сторону движения струи.

В процессе истечения смеси из резервуара машины скорость струи по высоте непрерывно возрастает за счет разгоняющего воздействия потока сжатого воздуха. Что наблюдается как в зоне вдувного отверстия, так и по высоте стержневого ящика.

Скорость песчано-воздушной смеси при выходе из вдувного отверстия состав­ляет ~ 4 м/сек. По мере движения по высоте стержневого ящика скорость струи увели­чивается. В момент удара о дно она составляет ~ 10 м/сек.