Розмір шрифту: 

Клименко В.А., Шейко О.І., Левицька Т.О.
(Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" )

E-mail: vaklym@i.ua

Однією з основних характеристик формувальної суміші є її пористість. Величина пористості характеризує не лише міру проникнення рідкого металу всередину форми і утворення пригару, але і пропорційна газопроникності формувальної суміші.  Величина пористості формувальної суміші залежить від наявності вологи, дисперсності і кількості в'яжучого, характеристик зерен наповнювача в об'ємі суміші. Пористість ущільнених формувальних сумішей зазвичай знаходиться в межах 25-50%.
Якщо розглядати формувальну суміш як систему з кулястих твердих зерен наповнювача однакової величини, то пористість такої ідеальної суміші в значній мірі залежить від величини і співвідношення цих зерен в її об'ємі. Згідно теорії розробленої Сліхтером [1], центри кожних восьми дотичних ідеальних куль утворюють  ромбоедр. Зерна утворюють в просторі, згідно цієї теорії, різні геометричні побудови, що змінюються від найбільш щільної до найбільш розрядженої. При цьому кут між гранями ромбоедра змінюється від 90о до 60о (Рис.1).

Рис. 1- Розташування ідеальних зерен в просторі по Сліхтеру

Причому, пористість не залежить від величини зерен, а залежить від їх відносної конфігурації і лежить в межах 25,9%<m<27,6% [2].
Проте в реальних формувальних сумішах наповнювач складається із зерен різних розмірів і форми, що деколи значно відрізняються в діаметрі. Також в суміші присутні в‘яжучі матеріали, що виключає точковий контакт зерен наповнювача. Одночасно, суміш існує в об‘ємі, тому й розташування зерен наповнювача треба розглядати в об‘ємі.
Враховуючи значно менший розмір часток в‘яжучого по відношенню до наповнювача, можна все ж приблизно вважати, що в ущільненій суміші контакт між зернами наповнювача відбувається в точках їх зіткнення, а не за площею розтікання в‘яжучого по поверхні наповнювача.

Рис.2 – Розташування зерен наповнювача у вигляді тетраедра.

Розглянемо об‘ємну геометричну конфігурацію, коли в суміші присутні зерна двох розмірів, де зерна крупнішого розміру розташовані в кутах тетраедра, а зерна меншого розміру знаходяться між ними в центрі тетраедра. Причому, таким чином, що всі зерна стикаються між собою у точках (рис. 2).


У разі ідеально щільної упаковки, тобто коли зерна стикаються у точках один одного, радіус зерен меншого розміру буде дорівнювати:

де:  а – довжина ребра тетраедра; R1 – радіус зерен більшого діаметру; R2 – радіус зерен меншого діаметру, що розташованого в центрі тетраедра і спирається на дотичні зерна у вершинах тетраедра; Н – висота тетраедра.

де  m1 – маса зерен більшого діаметру; m2 – маса зерен меншого діаметру.
Якщо врахувати, що щільність зерен обох діаметрів однакова, тобто вони складаються з однакового матеріалу, то в умовах розташування у вигляді тетраедра мінімальна пористість буде існувати за умови:
У ході досліджень був проведений експеримент з пластичною формувальною сумішшю, що містить наповнювач у вигляді тільки двох різних за величиною фракцій річкового піску. В результаті експерименту встановлено, що найменша пористість спостерігається при, приблизно, рівному співвідношенні фракцій, що використовувались (рис. 3, 4).

Рис. 3 – Вплив вмісту фракцій наповнювача 0315 і 063 на пористість зразків формувальної суміші у вологому стані

Рис. 4  – Вплив вмісту фракцій наповнювача 04 і 063 на пористість зразків формувальної суміші в сухому стані

Враховуючи, що зерна піску не мають ідеально круглої форми, можна вважати отримані результати підтвердженням можливості існування в об‘ємі суміші каркаса наповнювача, що складається із зерен двох різних діаметрів, у вигляді тетраедра, де в кутах розташовані зерна більшого розміру, а в центрі – меншого.