Бураков (Бураков С.Л. Литье в кокиль), страница 13

Кокиль рассматривается как пластина длиной 1., и шириной Е„изгибаемая равномерно распределенным по контуру температурным моментом М. Суть метода в следующем. Зазор между отливкой и кокилем в каждой точке равен разности между соответствующими значениями стрелы прогиба ко- хк 000 000 200 500 500 ВОО 500 А!К 50 20 10 0 х 05 ОД 05 ог 00 Рпс.

2В. Комплексная диаграмма охлаждения алюмпмневой отлнвкн: 1 — температура центра отлпвкн; 2 н б — температуры внутренней к наружной поверхностм формы; 4 — перепад температуры в сеченпп формы; б — перепад температуры между центром атлнвкп н серединой боковой грани; б— гааовый валор между отлмвкой н формой деформациям отливки и кокиля, пренебрегаем. В этом случае приближенная расчетная формула для определения величины газовой прослойки в процессе затвердевания отливки (третья стадия) имеет вид Хг = Х1г + Хгг, (48) где Х(г — толщина газовой прослойки, образующейся из-за Обраэоваиие зазора меаеор отливкой и кокилем (51) киля ~, в момент, когда затвердевшая корочка, не деформируясь, может выдержать давление жидкого ядра отливки, и /, в рассматриваемый момент времени.

Как следует из экспериментальных данных (см. рис. 28), в первом приближении этот момент времени соответствует 1/2 (1, + /з), Так как теплообмен между отливкой и кокилем определяется не значениями газового зазора в каждой точке, а средней величиной по всей контактной поверхности, то Х2г — /!ср /2ср. (49) Величины /,р находят по формуле (50) где ч — коэффициент Пуассона; Š— модуль упругости первого рода. При расчете /„о в формулу (50) подставляют значения М к началу образования зазора, а при расчете /„р — к интересующему нас моменту времени.

Если для определения температурного поля кокиля используют среднюю калориметрическую температуру системы отливка— кокиль и температурное поле аппроксимируется параболой второго порядка, то при глубине прогретого слоя меньше Х, (первый этап прогрева) М атЕВ В(ХзРо 1 бРо ! т "о з з 2 2+Риз 1/бРв и при изменении температуры по всей толщине стенки кокиля (второй этап прогрева) атЕ Х1 / Ро — Ро' 1 — и ко 12(1+ 2/В!л) 1 (, 1/3 — 1/В1с) ' (52) В выражениях (51) и (52): 9„— средняя калориметрическая температура при 1~„р — О, отсчитанная от начальной температуры кокиля как от йуля (гл. П); В1, = и,, Х,/Х,; Го = а //Хзз и Ро' — критерий Фурье, соответствующий первому этапу.

Для температурной кривой кокиля, описываемой параболой второго порядка, при В!, < 1 Ео' = 1/6. Величину Ха„включают в качестве дополнительного слагаемого в выражение (48). К началу образования газового зазора из-за коробления кокиля М может иметь большее значение, чем в любой последующей момент времени. Тогда разность /„р — („р положительна и общий газовый зазор увеличивается. В противном случае коробление кокиля уменьшает Х„. Для числового примера, рассмотренного выше, по формулам (49) — (52) определяли величину Хз„. С учетом этой величины построена штрихпунктирная кривая б на рис. 29. Как видно, с учетом Ха„повышается точность расчетов величины газового Особенности угад»«них процессов 62 Х'" и д(т.,— т!"„) 1ггаах 21п ~р (53) где 1. — максимальный размер отливки в плоскости разъема кокиля; го — уклон выступающей части кокиля.

Так, для чугунной отливки размером ь —.:. 200 мм при уклоне «болвана» «о' — 5', Ч',о =- 1423 К и 71',р — — — 1123 К 12 !О а 2ОО (1423 — 1123) !г гпах 2 «д 5' Фактическая величина Х",', меньше, чем Х',"г,„, что объясняется торможением усадки формой. Однако и в этом случае рассматриваемый зазор имеет значительную величину. Соответствующие доказательства можно найти в работе [13[, где приведены данные о взаимном перемещении (раздвижке) облицованных полукокилей. Опыты проводили при заливке чугуна. Показано, что вследствие силового взаимодействия в системе отливка — форма величина зазора между полуформами (и, следовательно, между отливкой и кокилем) может составлять миллиметры. зазора.

Расчет показал, что для момента окончания затвердевания отливки газовый зазор, вызванный короблением кокиля, больше, чем зазор, образовавшийся в результате усадки отливки и расширения кокиля при нагреве (Х», = 0,038 мм, Х!г = 0,0065 мм, Х»г --= 0,0203 мм), Чем болыпе габаритные размеры кокиля, тем ббльшую роль играет его коробление в образовании газового зазора: размеры Е, и Е» входят в формулу (50) в квадрате. Йля крупногабаритных панельных отливок Х»г является величиной определяющей.

Так, опытами с плоскими кокилями установлено, что 80 — 90% зазора образуется вследствие деформации изгиба стенки формы [56), поэтому всеми другими составляющими можно пренебречь. Влияние силового взаимодействия отливки и кокиля. Рассмотренные выше экспериментальные данные и теоретические соображения, касающиеся величины Хг, относятся к тем случаям, когда между отливкой и кокилем нет силового взаимодействия. Такого рода взаимодействие имеет место при затрудненной усадке металла. На наклонной поверхности «болвана» кокиля появляется составляющая силы реакции, которая тормозит усадку.

Составляющая эта как бы выталкивает отливку из формы. При этом между отливкой и кокилем образуется газовый зазор Х',"г. Величина Х,"„ достигает максимального значения на торцовой поверхности «болвана» и тогда, когда фактическая усадка отливки совпадает со свободной. Из элементарных соображений следует ее апряяееиия и аефармаиии в аепяияяах 7.

НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ В ОТЛИВКАХ Упругие термические напряжения в отливке в условиях плоского напряженного состояния определяют по формуле о=Е(ер — ~ Т,), (64) где ер — величина реализованной деформации отливки, темпе. ратура которой Т,. Здесь Т, отсчитывается от температуры образования в металле сплошного твердого скелета. Величину Т, определяют с помощью расчетных зависимостей гл. 11.

Из теории температурных напряжений известно, что ер зависит от вида функции Т„конфигурации и условий закрепления тела или, в приложении к рассматриваемым условиям, — от неравномерности температурного поля и жесткости отливки, а также от сте пени торможения усадки кокилем. Из выражения (54) видно, что величина температурных напряжений о в отливке зависит от склонности к усадке (я ) и механических свойств (Е, р) ее материала. Коэффициент Пуассона для практических расчетов можно принять равным 0,3. Этот параметр входит в расчетные формулы при плоском и объемном напряженном состоянии тела.

При одноосном нагружении о не зависит от ч. В простейшем случае охлаждения свободной пластины ер определяется только видом температурной кривой. Легко показать, что при линейном температурном поле напряжения отсутствуют, а величина коробления свободной пластины достигает наибольшей величины. Таким образом, увеличение короблення отливки не обязательно связано с ростом и. Отливки, получаемые в кокилях, имеют стенки относительно небольшой толщины. Поэтому для них превалирующее значение имеют не перепады температур по толщине стенки, а разность средних температур между различными элементами.

Эта разность может быть уменьшена дифференцированным подбором толщины покрытия (соответствующие примеры для облицованных кокилей приведены в гл. ХЧП1), стенки кокнля, начальной температуры и режима принудительного охлаждения формы, а также управлением величиной Х„. Для количественной оценки перечисленных мероприятий рекомендуются формулы гл, П. В технологии литья в кокиль особую роль играет торможение усадки отливки, что связано с абсолютной неподатливостью кокиля. Некоторым исключением в этом отношении являются специальные и облицованные кокили (см. гл. Х1 и ХЧП1).

Если отливка имеет выступы без уклонов и расположенные таким образом, что они оформляются одной металлической полуформой, то ер — О. В этом случае, как следует из уравнения (54), возникают растягивающие напряжения максимальной величины. Уклоны Особенности угаданных процессов на выступах при отсутствии противодействия перемещению отливки со стороны другой полуформы (например, при литье в вытряхные кокили) приводят, как это было показано в предыдущем параграфе, к выталкиванию отливки из формы. Если величина перемещения равна Х,"„„[см.

(63)), то усадка отливки протекает без торможения. Рассмотренные закономерности подтверждаются производственным опытом. Действенным средством предотвращения трещин является раннее раскрепление собранного кокиля и извлечение металлических стержней. Рекомендуется также снимать усилие прижима полукокилей друг к другу на кокильных машинах. При литье чугуна эта операция осуществляется обычно сразу же после окончания заливки. Усилие извлечения стержня имеет наименьшую величину в период предусадочного расширения металла. Трещины в отливках возникают, когда величина о (Т,) превышает значение предела прочности оа прн соответствующей температуре 149, 137).

В течение всего периода охлаждения должно соблюдаться условиео(Тг) < о,. Если отливка находится в пластичном состоянии, то нарушение сплошности металла происходит в результате исчерпывания его пластичности. Областью преимущественно пластических деформаций для стали и чугуна являются температуры соответственно свыше 890 — 920 К и 6?О— 920 К. В интервалах же 1320 — 1120 К и 1000 — 920 К (предположительно) наблюдается снижение пластичности чугуна.

Наличие в отливке термических узлов резко увеличивает опасность образования горячих трещин, что связано с реализацией в узлах всей или почти всей усадки отливки. Указанное обстоятельство отмечает, например, В. Л. Комиссаров по опыту литья в кокиль чугунных труб с фланцами. Локализация деформации на некотором участке объясняется локальным снижением предела текучести с повышением температуры. Перераспределение деформации в отливке с горячим узлом используется в известном методе технологических испытаний литейных сплавов на трещиноустойчивость 149). Для борьбы с трещинами в перегретых участках отливки рекомендуются рассмотренные выше методы локального управления охлаждения и расчетный аппарат гл.

11. Материалы настоящего параграфа представляют сапой основные паложения теории нанряженно-деформированного состояния отливки на стадии ее 1, рмиравания, Детально этот вопрос рассмотрен в специальной литературе 48, 49, 1371. Глава К СТОЙКОСТЬ КОКИЛЕЙ Е ВИДЫ И ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ КОКИЛЕЙ Виды разрушения.

Под стойкостью кокиля понимается его способность сохранять рабочие свойства. Стойкость определяется числом запинок, которое выдерживает кокиль до выхода из строя. Принято различать следующие виды разрушения кокилей: сквозные трещины (трещины первого рода), ориентированные трещины (второго рода), сетка разгара (трещины третьего рода), размыв рабочей поверхности и привариваиие к ней металла отливки, короблеиие и механическое повреждение. С к в о з н ы е т р е щ и и ы образуются обычно при первых заливках и появляются со стороны наружной поверхности стенки кокиля. Причиной этого вида разрушения являются растягивающие термичесие напряжения.