ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОТЛИВКАХ

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

Ознакомление студентов с процессом формирования усадочных напряжений в отливках и изучение факторов, влияющих на величину остаточных напряжений.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Внутренние напряжения в отливке возникают вследствие неравномерной и неодновременной усадки различных ее частей. Внутренние напряжения могут вызывать образование горячих и холодных трещин, а также коробление отливок.

В зависимости от причин, определяющих неравномерность усадки, внутренние напряжения разделяют на три вида:

1) термические σ_т, обусловленные разницей температур различных частей отливки, возникающей вследствие неодновременного охлаждения массивных и тонких частей отливки;

2) фазовые σ_ф, возникающие в результате неодновременного протекания фазовых и структурных превращений в отливке;

3) усадочные, или механические σ_у, обусловленные механическим торможением усадки отливки со стороны формы.

Сумма σ_л=σ_т+σ_ф+σ_у и составляет литейные напряжения.

Внутренние напряжения могут быть временными или остаточными. Временные напряжения существуют в отливке до тех пор, пока есть вызывающая их причина. Остаточные напряжения обусловливаются не только внешними, но и внутренними причинами, в данное время не зависят от внешних сил и уравновешиваются в объеме отливки. Остаточные напряжения остаются в отливке после ее изготовления.

В настоящей работе рассматривается способ определения остаточных напряжений в отливках. Для определения величины термических внутренних напряжений в отливках чаще всего используют технологические пробы, так называемые усадочные решетки. Основные элементы усадочных решеток - это толстые и тонкие брусья, соединенные перемычкой. Разница в скоростях затвердевания и охлаждения брусьев создает в усадочной решетке остаточные напряжения.

В настоящей работе используется прямоугольная усадочная решетка (см. рисунок), состоящая из одного центрального толстого бруса и двух боковых тонких брусьев. Все брусья одной длины L. Размеры решётки и брусьев указаны на чертеже. При расчете изгибающим моментом в перекладинах из-за их малой деформации пренебрегаем. С таким допущением расчет растягивающих (в толстом брусе) и сжимающих (в тонких брусьях) напряжений сводится к следующему.

В условиях равновесия напряжений (цельной решетки) 2σ₁f₁= σ₂f₂.

Откуда

, (1)

где f₁ - площадь сечения тонкого бруса, мм; f₂ - площадь сечения толстого бруса, мм; σ₁ - напряжения в тонком брусе, кг/мм; σ₂ - напряжения в толстом брусе, кг/мм².

Напряжения σ₁ и σ₂ вызывают упругие деформации в брусьях, мм,

.

Если разрезать толстый брус, то внутренние напряжения в решётке снимутся и брус перейдет в ненапряженное состояние, в результате чего деформация исчезнет и размеры брусьев изменятся. Абсолютное изменение размера Δ будет соответствовать величине упругих деформаций Δ₁ и Δ₂ следующим образом:

.

Подставим в это выражение значение σ₁ из (1) и получим

, (2)

где L - длина толстого и тонких брусьев, мм; Е - модуль упругости материала отливки; Δ - величина деформации (сокращение размера толстого бруса), мм.

Усадочная решетка для определения величины внутренних напряжений

При расчете по формуле (2) площадь сечения, длину и величину деформации брусьев Δ измеряют на отливке. Значения модуля упругости сплава берут из справочных данных. После определения σ₂ рассчитывают σ₁ из формулы (1).

Для стали Ст.3 Е = (1,5÷2)10^-8 кг/мм².

Для серого чугуна Е = (1,0÷1,3)10^-8 кг/мм².

Для бронзы Е=(0,75÷1,3)10^-8 кг/мм².

Для силумина Е=(0,7÷0,75)10^-8 кг/мм².

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ, МАТЕРИАЛЫ

Печь для плавки металла, напильник, керн, молоток, штангенциркуль, опоки, модель усадочной решетки, ручная ножовка, формовочный и разливочный инструмент, формовочная смесь, спецодежда.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изготовить по модели две формы усадочной решетки. Подвод металла осуществлять в торцевую часть толстого центрального бруса.

2. Подготовить сплав и залить формы с разной температурой заливки.

3. Охладить отливки в форме, выбить формы, охладить и очистить отливки.

4. Зачистить напильником или на наждачном станке два участка на поверхности толстого бруса на расстоянии 8-10 мм друг от друга.

5. С помощью керна нанести метки на зачищенных участках и измерить расстояние между ними с точностью 0,01 мкм.

6. Определить длину и площадь сечения брусьев.

7. Разрезать толстый брус ножовкой между отметками, и повторно измерить расстояние между отметками на каждой решётке.

8. Записать все данные в таблицу, рассчитать напряжения и составить отчет.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Эскиз усадочной решетки, ее описание.

2. Описание методики расчета напряжений.

3. Таблица с результатами опытов и расчетов (образец дан ниже).

4. Выводы.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие виды напряжений возникают в отливках?

2. Чем отличаются временные напряжения от остаточных?

3. Чем вызываются напряжения в отливках?

4. Как влияет конструкция отливки на величину напряжений?

5. В каких частях отливки возникают растягивающие и сжимающие напряжения?

6. Как влияет материал отливки на напряжения в ней?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: