Рис. 15.17. Схема образования ужимин по варианту развития процесса: а — незатрудненному; б— затрудненному; 1 — сухая корка; 2 — зона конденсации; Мт — термический момент; R1— равнодействующая напряжений растяжения; σр — напряжения растяжения; τф — касательные напряжения, воздействующие на сухую корку со стороны зоны конденсации; r— радиус сопряжения; R2— равнодействующая напряжений сжатия; σсж — напряжение сжатия
Основным моментом для понимания процесса образования ужимин является вопрос о том, почему образуется трещина в хрупкой сухой расширяющейся корке.
Ответ на этот вопрос можно получить на основании анализа схемы сил, действующих на сухую корку в двух названных случаях образования ужимин (см. рис. 15.17).
Рис. 15.18. Технологическая проба для определения склонности формовочных смесей к образованию ужимин
В обоих случаях термическому расширению сухой корки, как уже упоминалось выше, препятствуют напряжения τф сцепления с основной массой смеси формы на горизонтальных участках. Кроме того, сухая корка образуется и на наклонных поверхностях, и в рассматриваемых случаях она представляет собой коробчатую конструкцию. Горизонтальному перемещению сухой корки препятствуют не только напряжения τф сцепления, но также напряжения растяжения σр (см. рис. 15.17, а) и сжатия σсж (см. рис. 15.17, б), связанные соответственно с отрывом вертикальной корки и ее вдавливанием в основную массу смеси. Заменим распределенные напряжения растяжения σр силой R1 а напряжения сжатия σсж — силой R2. Перенесем силы R1 и R2в срединную плоскость горизонтальной сухой корки, соответственно уравновесив их. Замечаем, что силы R1и R2 по отношению к горизонтальной корке образуют изгибающий момент. В случае, показанном на рис. 15.17, а, этот момент стремится оторвать горизонтальную сухую корку от основной массы смеси, а в случае, приведенном на рис. 15.17, б, — вдавить ее.
376
Кроме момента сил R1 и R2 на сухую корку с неоднородным распределением температур действует термический момент, изгибающий сухую корку в сторону источника ее нагрева. «Термическим моментом» в технике называется момент, который вызывает такой же прогиб тела, как и тепловая нагрузка с неоднородном распределением температур.
Заметим также, что для случая, приведенного на рис. 15.17, а, момент сил R1 и термический момент совпадают по знаку — они оба стремятся оторвать сухую корку, а в случае, показанном на рис. 15.17, б, они действуют в противоположных направлениях. При появлении некоторого прогиба от моментов он (прогиб) будет увеличиваться от действия продольных сил, действующих на горизонтальную сухую корку, — сил R1и R2 и равнодействующей напряжений τф сцепления. При этом прогиб в случае, приведенном на рис. 15.17, б, будет реализовываться в сторону смеси.
Очевидно, что вероятность отрыва сухой корки по варианту, изображенному на рис. 15.17, а, намного больше, чем по модели на рис. 15.17,б. Так как сухая корка является хрупким телом, сразу же после отрыва в ней появляется трещина, которая окажется заполненной металлом.
Следует отметить, что отрыв и трещины должны возникнуть в горизонтальной корке на небольшом расстоянии от места сопряжения сухой корки, образующейся на горизонтальной и наклонной поверхностях, так как зона действия моментов для сухой корки, связанной с основанием (основной массой смеси), ограничена, что и подтверждается практическими наблюдениями.
Также экспериментально установлено, что для случая на рис. 15.17, а ужимины не образуются, если нагревать только горизонтальный участок сухой корки, закрыв теплоизолирующим материалом наклонные вертикальные поверхности. Следовательно, отрыв и трещина в сухой корке на развитых горизонтальных поверхностях могут возникать при наличии возмущений: неоднородных плотности, влажности и т.п.
Таким образом, на образование ужимин действуют три группы факторов, из которых первая влияет на термические напряжения в сухой корке, вторая — на прочность в зоне конденсации, по которой происходит отрыв сухой корки, и третья определяется конструкцией отливки.
При рассмотрении первой группы факторов учитываются термические напряжения σк в сухой корке, которые определяются из уравнения
σк = αк Ек∆Тк,
где αк — температурный коэффициент линейного расширения, К–1; Ек — модуль упругости сухой корки, Н/м2; ∆Тк — разность температур, К.
377
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.