Вібраційне ущільнення
Слово вібрація походить від латинськогоVibratio, що означає коливання, тремтіння.
Одним з етапів отримання виливка є виготовлення форм та стрижнів. Для їх виготовлення в даний час застосовується величезна кількість формувальних та стрижневих машин. Їх застосування засноване на різних методах виготовлення форм та стрижнів для виготовлення литого виробу необхідної якості (точності розмірів, поверхні тощо).
Тут слід зазначити, що у більшості випадків, коли говорять про якість форм і стрижнів, мають на увазі досягнення необхідної щільності суміші. На жаль не завжди враховують такий фактор якості форми та стрижня, як заповнюваність. Саме цей фактор показує якість досягнення необхідної конфігурації порожнини форми та стрижня, що суттєво впливає на точність виготовлення литого виробу. У разі використання холоднотвердіючих (ХТС) і рідинноскляних сумішей, що мають малу живучість і високу міцність, необхідно, в першу чергу, враховувати заповнюваність.
Виділяють такі групи методів виготовлення форм і стрижнів: ущільнення пресуванням, динамічні методи, комбіновані методи.
Одним із динамічних методів є вібро-пресовий метод ущільнення. Вперше у такий спосіб набули форми на звичайних пресових машинах, оснащених вібраторами для розштовхування моделей при зніманні форми. Виявлено, що при включенні вібратора в процесі пресування щільність форми збільшувалася. Пізніше з'явилися так звані вібропресові формувальні машини із вмонтованими в пресові поршні спеціальними пневмовібраторами ударної дії. Частота ударів і, отже, частота вимушених коливань оснасткицих машинах досягала 25 – 35 1/с , але маса ударника і кінетична енергія були невеликими. Численні дослідження показали, що порівняно з процесом пресування вібропресування дозволяє дещо збільшити густину форми та рівномірність розподілу густини за перерізами форми . Однак суттєва зміна характеру процесу ущільнення починається при частотах вимушених коливань, що перевищують 501/с. При будь-якій частоті коливань зі збільшенням амплітуди столу машини щільність і міцність форми збільшувалися, а газопроникність зменшувалася. На думку дослідників, оптимальне значення амплітуди коливань 08-1 мм.
В даний час вібропресування не вийшло з експериментальної стадії. Одним із різновидів цього методу ущільнення суміші є вібраційний метод ущільнення.
Одним із важливих недоліків усіх методів ущільнення суміші є низький коефіцієнт корисної дії процесу ущільнення.
Вібраційний метод заснований на використанні енергії коливань вібраційної установки, що додаються до формувальної та стрижневої оснастки. Резонансний режим коливального процесу є тим методом, при якому можливий процес збільшення ККД процесу ущільнення, так як при резонансному режимі збільшується амплітуда коливання, яка, у свою чергу, є параметром коливань, тобто зі зростанням амплітуди збільшується робота коливань без додаткових енергетичних витрат.
Резонансний режим виникає за умови наближення власної частоти суміші до вимушеної частоти. Власна частота суміші залежить від її жорсткості - параметра, що характеризує пружні властивості суміші.
Проведені дослідження показали, що власна частота суміші має статечну залежність від її щільності тавиражається рівнянням:
де W0 – власна частота суміші; p – щільність суміші; K і n - коефіцієнти, що визначаються експериментально (методом апроксимації).
Експерименти показали, що суміш при щільності 1,55 г/см3 має власну частоту близько 6000 рад/с або 955 Гц . Застосування вібраційних установок, здатних створювати вібраційні навантаження при частоті до 4000 Гц дозволяють створити резонансний режим, при якому відбувається псевдозрідження суміші, тобто знижуються сили взаємодії сполучного і наповнювача (на прикладі ХТС). Це збільшує ймовірність зміни розташування частинок суміші в порожнині оснастки, при якій покращується заповнюваність, щільність.