Теория и технология литейного производства: Учебное пособие, страница 6

Рис.1.2. Классификация процессов упрочнения (отверждения) смесей

Многократно используемые формы по характеру протекаю­щего в них процесса кристаллизации литейного сплава условно разделяют на две группы:

а)  формы, в которых расплав кристаллизуется без дополни­тельного воздействия;

б)   формы с кристаллизацией в них литейного сплава под давлением.

К первой группе относятся шамотные, кирпичные, метал- локерамическке, графитовые формы и кокили. Ко второй группе относятся пресс-формы для литья под давлением, для штамповки расплава, для литья выжиманием, для литья вакуумным всасы­ванием и центробежного литья.

1.3. ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ФОРМЕ ПРИ ЗАЛИВКЕ ЕЕ МЕТАЛЛОМ

При заливке литейной формы металлом в ней протекают механические, термические и химические процессы [3]. Механи­ческие нагрузки на форму обусловлены гидростатическим давле­нием металла, которое зависит от его уровня над местом, где из­меряется давление, и от плотности расплава (рис 1.3).

В общем виде:

P_x=pH_xg,                                                   (1.1)

где Рх — удельное давление на поверхности формы, Па; р — плотность жидкого металла, кг/м³; Нх — высота уровня металла в литниковой чаше над точкой, где измеряется давление, м; g — ускорение силы тяжести, м/с².

Наибольшего значения давление достигает на нижней по­верхности полости формы:

Р_н =H_Hpg.                                                         (1.2)

На верхнюю поверхность полости формы действует давление, на­правленное вверх:

Р_В=Н_вр g.                                                (1.3)

Давление металла на боковые стенки формы повышается пропор­ционально высоте уровня металла в литниковой чаше.

В процессе заливки формы расплавленным металлом вслед­ствие его трения о стенки литниковых каналов и полости формы последние подвергаются размыванию. Если же поток металла на­талкивается на поверхности полости формы или меняет свое на­правление, то форма подвергается динамическому воздействию этого потока.

После затвердевания расплавленного металла в форме про­исходят охлаждение и усадка, т.е. уменьшение размеров отливки. Если отливка имеет сложную конфигурацию, то некоторые части формы могут препятствовать ее усадке (рис. 1.4).

Стержень при усадке отливки ис­пытывает сжимающие усилия по всему периметру, в отливке при этом возникают растягивающие усилия. Участок А нижней полуформы сжи­мается выступающими частями от­ливки, которые, соответственно, под­вергаются воздействию изгибающего момента. Сопротивление формы усад­ке может привести к возникновению значительных напряжений, которые могут вызвать образование трещин в отливке.

После заполнения полости формы расплавом между отливкой и формой возникает градиент температур, ко­торый вызывает переход тепла от от­ливки в форму. Отливка при этом охлаждается, а форма нагревается. Этот процесс является неста­ционарным. После заливки поверхностный слой полости формы, находящийся в непосредственном контакте с жидким металлом, быстро нагревается до температуры, близкой к температуре ме­талла. Материал формы при этой температуре должен оставаться прочным, не размягчаться и не плавиться, т.е. быть огнеупор­ным. Через поверхность полости формы тепло отводится из от­ливки в форму. На границе контакта отливки с формой темпера­тура металла снижается и возникает разность температур поверхности и осевой зоны отливки — поперечный температур­ный градиент. При этом поверхность отливки имеет температуру А, а поверхность полости формы нагревается до более низкой температуры А! (рис.1.5, кривая 1). Вследствие перехода тепла из отливки в форму последняя постепенно нагревается. На первой стадии, сразу после заполнения формы металлом, нагревается
лишь поверхностный слой полости формы до температуры А'. По мере удаления от поверхности полости формы температура быст­ро снижается. Через некоторое время температура металла по­нижается до значений, соответствующих кривой 2. Температура формы изменяется согласно кривой 2'. В слое формы толщиной AS перепад температур составляет At. Поверхностные слои полос­ти формы претерпевают более значительное термическое расши­рение, чем внутренние, расположенные на глубине AS.