Загальні відомості

В період охолодження затверділих виливків через гальмування усадки виникають внутрішні напруження, які можуть привести до утворення тріщин або короблення виливків. Внутрішні напруження виникають внаслідок нерівномірної і неоднорідної усадки різних частин виливка.

Якщо частини виливка мають різну товщину, то процес охолодження і усадки у них різний. Якщо частини виливка з'єднані поміж собою так, що не допускають зовсім ніякою вигину виливка при охолодженні, його можна назвати виливком абсолютно жорсткої конструкції (шар, циліндр і ін.). Жорсткою конструкцією звуть таку, яка допускає дуже дрібні скривлення при охолодженні різних по товщині частин (зубчасте колесо з прямими спицями). В жорсткій конструкції завжди є значні залишкові напруження, які можуть спричинити зруйнування виливка.

Якщо окремі частини виливка охолоджуються у різний час, то замість розтягуючих або стискуючих напружень з'являються згинаючі, що приводять до скривлення виливка.

Така конструкція може бути названа податливою (зубчасте колесо з зігнутим диском або кривими спицями). Виливки податливої конструкції звичайно не руйнуються, а тільки скривлюються.

Частини виливків жорсткої конструкції напружені, і з підвищенням перепаду температури напруження в них збільшуються. Коли напруження у якійсь частині виливка перевищать границю міцності матеріалу, з'являються тріщини. Коли ж підвищення напруженості зупинилося в ході періоду пластичних деформацій, виливок залишається цілим, але деформованим. Деформація залежить від різниці між вільною і дійсною усадкою виливка.

Виливки податливої конструкції характеризуються тим, що їх частини взаємно не перешкоджають усадці. Напруження в них не бувають великими. Усадка в цьому випадку супроводжується явною деформацією – скривленням виливка.

При правильно розроблених конструкціях і технологічному процесі лиття розмір внутрішніх напружень можна зменшити настільки, що вони не подіють на якість готових виробів. Однак, щоб управляли залишковими напруженнями, необхідно вміти визначати їх розмір.

Для цієї мети застосовують спеціальні технологічні проби – грати. Такі проби складаються з породільних брусків різної товщини, жорстко зв'язаних між собою масивними поперечками (рисунок 1).

Рисунок 1 – Прямокутні грати для визначення залишкових внутрішніх напружень у виливках

 

Розрахунок розміру залишкових напружень в товстому і тонких брусках ґратки у спрощеному вигляді зводиться до такого.

В умовах рівноваги, яка установилася в об'ємі ґратки, можна визначити

2σ₁ f₁= σ₂f₂ (1)

Звідки

(2)

де f₁ і f₂ - площі поперечного перерізу тонкого і товстого брусків, м²;

σ₁ і σ₂ - напруження в тонкому і товстому брусках, Н/м².

Напруження σ₁ і σ₂ визивають пружні деформації стиску (в тонких брусках) і розтягу (в товстому брусі).

Абсолютний розмір деформацій дорівнює

(3)

(4)

Якщо розрізати товстий брусок, розміри його збільшаться, напруження знімуться і брусок перейде у ненапружений стан. Абсолютне змінювання розміру буде відповідати розміру пружних деформацій Δ₁ і Δ₂, тобто

(5)

Виразивши σ₁ через σ₂ одержимо

(6)

Звідки

(7)

де Е - модуль пружності металу, Н/м²;

L - довжина тонких і товстого брусків ґратки, м.

При розрахунках по цих формулах переріз, довжину і розмір деформації брусків вимірюють на виливку. Модуль пружності для даного металу беруть із довідника, наприклад, для алюмінієвих сплавів Е = 7·10¹⁰ Н/м².

Порядок виконання роботи

 

1 Виготовити 2 – 3 ливарні форми для лиття ґраток.

2 В плавильній печі приготувати алюмінієвий розплав та перегріти його на 200˚C вище температури ліквідус.

3 Залити ливарні форми розплавом з різними температурами.

4 Після охолодження ґраток до кімнатної температури вибити їх з ливарних форм і очистити від формувальної суміші.

5 В чистому місці поверхні середньої частини товстого бруска нанести дві позначки на відстані (4…5)•10³ м одну від одної. З точністю до 0,05·10 ³ м вимірити відстань між позначками.

6 Розрізати товстий брусок ножівкою поміж нанесеними позначками і повторно вимірити відстань між ними.

7 Зробити необхідні розрахунки та результати занести до таблиці 1.

8 Прибрати робоче місце.

9 Зробити висновки і відповісти на контрольні питання.

Таблиця 1 – Результати проведеної роботи

Номер гратки	Сплав	Температура заливки, ºC	Розмір перерізу виливка, м2	Відстань поміж позначками, м	Деформація, Δ, м	Модуль пружності, Е, Н/м2	Внутрішні напруження, σ, Н/м2
Тонкого бруса	Товстого бруса	До розрізання	Після розрізання	В тонкому брусі	В товстому брусі