Файл: МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ТЕОРИЯ ЛИТЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ.pdf

материала отливки; – 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 измеряют на отливке. Значения модуля упругости сплава берут из справочных данных. После определения σ2 рассчитывают σ1 из формулы (1).

Для стали Ст.З Е = (l,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.

Оборудование, инструменты, материалы

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

19

Порядок проведения работы

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

2.Подготовитьсплавизалитьформысразнойтемпературойзаливки.

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

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.

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.

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?

20

Лабораторная работа № 4 ГАЗОВЫЙ РЕЖИМ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ

Работа имеет учебно-исследовательский характер.

Цель работы: изучить явления возрастания газового давления в форме при контакте с расплавленным металлом, исследовать влияние технологических факторов, таких, как температура сплава, состав формовочной или стержневой смеси, наличие газоотводных каналов и т.д., на величину газового давления в форме.

Общие сведения

Одним из наиболее распространенных дефектов отливок являются газовые раковины, то есть полости в отливке, имеющие характерную гладкую поверхность.

Газы, образующие газовые раковины, могут попадать в отливку из различных источников. Во-первых, источником газов может быть сам металл, всегда содержащий в том или ином количестве растворенные газы (главным образом, водород, азот, кислород). При использовании некачественных шихтовых материалов (с большим содержанием влаги, масел, окислов) и при неправильном ведении плавки содержание растворенных в жидком металле газов может превысить предел растворимости в твердом состоянии. В этом случае при затвердевании металла избыточные газы будут выделяться из раствора и образовывать газовые раковины.

Вторым источником газов служит литниковая система. При движении струи жидкого металла по литниковым каналам в ряде характерных участков наблюдается явление инжекции, то есть механического захвата газа (воздуха) струей жидкого металла. Инжектированные газы обычно всплывают и образуют газовые раковины в зоне отливки, непосредственно прилегающей к литникам.

Третий источник газов – химические реакции между металлом и формой на границе раздела. Например, при контакте жидкой стали с кокилем или холодильником, покрытым слоем ржавчины, возможно образование газа по реакции FeO + C = Fe + CO↑ .

Четвертый источник газов – газотворные вещества формы и стержня. Как правило, формовочные и стержневые смеси в том или

21

ином количестве содержат воду, органические вещества и минералы, диссоциирующие при невысоких температурах. Все эти вещества при нагревании образуют большое количество газов. В тех случаях, когда отвод газов из какого-либо места формы или стержня затруднен, давление газов может вырасти настолько, что газы прорываются в металл и образуют в нем газовые раковины.

Условия прорыва газового пузырька в металл определяются выражением

Рг > Ратм + Р мет + Рк,

где Рг – интегральное давление газов; Ратм – атмосферное давление; Рмет = ρН – металлостатический напор; ρ – плотность жидкого металла; Н – высота столба металла; Рк = 2σ/r – капиллярное давление на пузырек радиусом r, вызываемое существованием поверхностного натяжения металла σ.

Давление газов в форме и стержнях Рг зависит от многих факторов. Основными считаются следующие факторы: количество газообразующей примеси в смеси и ее природа; зерновой состав и плотность набивки, смеси; температура заливаемого сплава; наличие газоотводных каналов. Кроме того, в одной и той же форме давление газов не остается постоянным во времени. Все эти факторы необходимо учитывать при разработке технологии с тем, чтобы обеспечить получение качественных, без газовых раковин, отливок.

Измерение газового давления в форме

Для измерения газового давления в форме служат различные приборы и датчики давления. В данной работе используется специальная проба, созданная на кафедре «Литейные процессы и конструкционные материалы» Владимирского государственного университета.

Проба состоит из чугунного или стального стакана 1, (см. рисунок), нижнюю часть которого заформовывают смесью 3. Высота слоя смеси должна быть такой, чтобы верхняя часть трубки 4 была на 3 – 4 мм закрыта смесью так, чтобы металл не мог попасть в трубку, которая соединена резиновым шлангом 7 с водяным манометром 6. Пробу заливают жидким металлом 2. Возникающее давление газов через трубку и шланг передается на манометр. Проба имеет болты 5, извлекая которые можно моделировать различную степень вентиляции формы.

22

Оборудование, инструменты и материалы

Технические весы с разновесами; лабораторный смеситель, проба с трубками, водный дифференциальный манометр, резиновые шланги, секундомер, печь сопротивления, тигли, алюминиевый сплав;, термопара, потенциометр КСП-4.

Схема прибора для изучения газового режима формы

Порядок проведения работы

1. Изготовить подряд три одинаковые литейные формы с заформованными трубками для отвода газов. При формовке трубки устанавливать на расстоянии 5 – 8 мм от поверхности контакта с металлом.

Форму № 1 перед заливкой просушивают. Форму № 2 заливают без просушки.

Форму № 3 заливают без просушки. При формовке в болване формы № 3 проделывают наколы для отвода газов.

Перед заливкой форму устанавливают на поддон и соединяют шлангом с дифференциальным манометром, как показано на рисунке. Температуру сплава замеряют перед заливкой термопарой погружения и записывают в таблицу. В момент окончания заливки включают секундомер. Через каждые 10 с снимают показания с дифференциального манометра и заносят в таблицу.

23

Содержание отчета

1.Указать основные источники газов в отливках.

2.Описать порядок работы с указанием особенностей в подготовке форм № 1, № 2, № 3.

3.Представить таблицу с данными замеров.

4.Построитьграфикиизменениядавлениявзависимостиотвремени.

5.Сформулировать выводы.

Контрольные вопросы

1.Какую роль играют газы в литейной форме?

2.Какие дефекты в отливках вызывают газы?

3.Что является источником газов в отливках?

4.Каковы условия образования газовых раковин в отливках? Какова величина критического давления?

5.Какой период времени является наиболее опасным с точки зрения образования газовых дефектов?

6.Какие меры следует применять для борьбы с газовыми дефектами в отливках?

Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ

Цель работы: приобрести навыки лабораторных исследований, изучить одно из важнейших свойств формовочных смесей – способность аккумулировать тепло, передаваемое от затвердевающей отливки в форму.

Основные положения

Структура отливки формируется в период охлаждения жидкого металла в литейной форме и во многом зависит от скорости охлаждения. Скорость охлаждения в значительной мере определяется способностью формы поглощать теплоту, отдаваемую отливкой.

Способность форм и стержней аккумулировать теплоту, посту-

пающую от отливки, называют теплоаккумулирующей способнос-

тью. Эта способность характеризуется коэффициентом аккумуляции, определяемым по формуле Б.Л. Богданова:

24