Научная статья на тему 'Исследование конструкционных характеристик срезов на дорне при производстве полых заготовок из цветных сплавов'

Исследование конструкционных характеристик срезов на дорне при производстве полых заготовок из цветных сплавов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
44
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — O. H. Хорошилов, O. K. Пономаренко

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The calculation methods of the contact square between slug and mandrel with cuts and mandrel construction with cuts are given.

Текст научной работы на тему «Исследование конструкционных характеристик срезов на дорне при производстве полых заготовок из цветных сплавов»

штт^г ютшттгтсг?

- 2 (38). 2006

/187

ИТЕИНОЕ1 ПРОИЗВОДСТВО

The calculation methods of the contact square between slug and mandrel with cuts and mandrel construction with cuts are given.

О. Н. ХОРОШИЛОВ, О. И. ПОНОМАРЕНКО, НТУ«ХПИ»

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕЗОВ НА ДОРНЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ

УДК 621.74.002

Разработка методики расчета площади контакта между заготовкой и дорном со срезами

В таких отраслях, как машиностроение, судостроение, узлы и механизмы на 45—50% состоят из литых изделий. В машиностроении большим спросом пользуются изделия и заготовки из медных сплавов: различные втулки, пластины круглого поперечного сечения, изделия, полученные на токарных станках и т.д.

Для получения заготовок простого поперечного сечения из медных сплавов целесообразно использовать технологический процесс непрерывного литья, так как он позволяет получать как сплошные, так и полые заготовки (трубы) с различной толщиной стенки.

Если в ходе процесса непрерывного литья сплошных заготовок можно позволить изменение длительности цикла или скоростных режимов движения заготовки в течение цикла, то процесс непрерывного литья полых заготовок требует более точного соблюдения режимов работы циклограммы. Наиболее опасным, с нашей точки зрения, является изменение длительности паузы, так как это приводит к нарушению стабильности непрерывного литья.

Во время паузы в кристаллизаторе происходит процесс охлаждения стенок заготовки как с наружной, так и внутренней стороны, что приводит к изменению ее геометрических размеров. Перемещение произвольной точки непрерывно-литой заготовки в радиальном направлении при ее охлаждении определяем по формуле [1]:

U (г) = аД7У

1-

0-v) + ^J(l + v)

(i-vK%)(1+v)

(1)

где U(г) — величина перемещения (усадки) произвольной точки в радиальном направлении, м; а — коэффициент термического расширения заготовки в температурном интервале кристаллизации сплава, 1/°С; JST ~ температурный интервал от начала затвердевания до текущего значения температуры, °С; г — текущее значение радиуса в интервале от наружного значения R{ до внутреннего значения IL,; v — коэффициент Пуассона, значение которого для цветных сплавов принимаем равным 0,5.

Разработка методики определения площади контакта между заготовкой и дорном со срезами на величине одного шага включает определение площади контакта при ведении процесса непрерывного литья полых заготовок с использованием дорна со срезами; определение оптимальных технологических параметров непрерывного литья от таких конструктивных параметров дорна, как количество срезов N, длина среза / и диаметр дорна R (который обычно равен внутреннему диаметру заготовки /у; предложение новой конструкции дорна со срезами, который может быть использован для любого типоразмера отливаемых полых заготовок.

Расчет площади контакта дорна на уровне срезов с поверхностью заготовки

Устанавливаем допустимые пределы изменения конструкционных характеристик срезов дорна для расчета указанной площади контакта:

• принимаем допущение, что длина среза / изменяется от 0,04—0,06 до 0,1 м;

• количество срезов N принимаем равным 3, 6 и 12 шт.;

• диаметры дорна равны 0,05, 0,1 и 0,2 м.

1РР /Л гггг

100 /2 (38).

ГГгП- гг г^^гп/тлттггсг?

(38). 2806 -

Определяем также граничные значения, при которых будем описывать геометрические фигуры срезов.

В вершину среза 5 помещаем начало системы координат (рис. 1).

<3 и ев

а

¡г к ч

1) рр

Половина ширины среза X, мм

Рис. 1. Расчет площади контакта между дорном и заготовкой в зоне формирования внутренней поверхности заготовки: Б В — длина среза /; ВС — величина шага Ь

Задаем следующие граничные условия.

1. Точка £ вершины параболы находится в начале координат Х=0, 7=0.

2. Точка В определяет длину среза /, имеет координаты Х=Р/2, У=/,

п пК

где ~ ширина среза; отрезок 57) равен

половине ширины среза, поэтому, подставляя значения граничных условий в уравнение параболы, получаем:

<« ||

(2)

а =

1М1

712/?2

(3)

величины шага (рис. 1). Площадь контакта между дорном и заготовкой представляет собой пятиугольник 5ЛС7)5, который состоит из треугольника БАХ0 и четырехугольника АСОХО.

Площадь треугольника ЗАХ0 определяем по уравнению с изменением параметра интегрирования по оси ОХ от 0 до X'

Л 0 гл! / г

} 2 а з , кШ (Ь

5Л = \ах ах = —х =- —

I 3 ! N ^ /

(4)

где Х0 — точка пересечения кривой параболы с прямой величины шага Ь:

(I

N41'

(5)

Площадь четырехугольника АСВХ{} находим по формуле

= пЯ2Ь

N

4

(6)

Общую площадь контакта между заготовкой и дорном рассчитываем по формуле

-'общ

ЛЯ

N

(7)

Площадь контакта заготовки и дорна без срезов:

3Д-3 = 2кЯЬ. (8)

Изменения площади контакта между заготовкой и дорном со срезами по сравнению с площадью контакта между заготовкой и дорном без срезов находим по выражению

л =

5 общ

с Д-з

_1_ ' 2Ж

з

I

ЬЛг

(9)

где / — длина участка дорна со срезами, м; Р — ширина площадки на торце дорна.

Для определения площади контакта между дорном и заготовкой необходимо вычисления проводить в данной последовательности.

Находим коэффициент параболы. Изменение геометрических характеристик срезов (ТУ, I и с!) в общем виде определяем по формуле

где N — количество срезов, шт.; Я — радиус дорна, м; / — длина срезов.

Определяем площадь контакта между дорном со срезами и заготовкой. Площадь контакта между дорном со срезами и заготовкой зависит от

Расчет силового взаимодействия между дорном и заготовкой при различных геометрических параметрах дорна и технологических параметрах процесса литья

Для определения взаимодействия между дорном и заготовкой к геометрическим параметрам дорна добавляется типоразмер заготовки — величины наружного (Ях) и внутреннего (7^) радиусов. Причем величина внутреннего диаметра заготовки равна радиусу дорна Я. Приведем выражения, которые позволяют установить влияние указанных параметров срезов: длины /, их количества ТУ, соотношения наружного и внутреннего диаметров заготовки и величины шага Ь на изменение площади контакта дорна и заготовки.

Удельное напряжение, возникающее между дорном и заготовкой, находим по выражению [1]

х

1

/

V

пг.п^г: ггшпмггг.а

- 2 (38). 2006

/189

тЛ-З _ .

i^TE.

С)

а-*)+Л/

ra+v)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(10)

где а=3 • 10 6 — коэффициент термического расширения заготовки в температурном интервале

кристаллизации сплава, 1/°С; АГ = Г0-Гтек — температурный интервал между текущим значением температуры заготовки Гтек и температурой начала

затвердевания Т=645°С; Гтек = — текущее значение температуры; Ь — величина шага, м; £=45,3ехр[0,029(600— Т7^)] — модуль упругости материала заготовки, МПа; у=0,5 — коэффициент Пуассона; Я2 — наружный и внутренний радиусы заготовки, м.

Силу срыва заготовки с дорна рассчитываем по выражению

(П)

где ^=0,5—0,75 — коэффициент трения между дорном и заготовкой для пары бронза—графит.

Определим силу, способную разрушить дорн в его поперечном сечении:

[/?пред] = ^1[аЙРед]!

(12)

вов, необходимо сделать регулируемой площадь контакта между заготовкой и дорном. Эту задачу можно решить с помощью срезов, выполненных на поверхности дорна. Параметры срезов на рабочей поверхности дорна: длина /, количество срезов N, ширина среза Р, которая является функцией от диаметра заготовки: Р=А&, N)-

Дорн со срезами [3] показан на рис. 2. Срезы выполняются на поверхности дорна. Вершины срезов S направлены в обратном направлении относительно движения заготовки и расположены на расстоянии одного шага от фронта затвердевания.

где апред — напряжение, при котором происходит разрушение дорна при растягивающей нагрузке [2]:

[сТпред] = (17 - 35) • 105 Н/м2.

По формуле (12) можно получить выражение для определения предельного усилия, которое необходимо прилагать к заготовке непрерывного литья для соблюдения стабильного процесса непрерывного литья:

/>пред<^[рйРед], (13)

где К — коэффициент запаса, равный 1,5.

Таким образом, были получены выражения для расчета предельного напряжения, которое целесообразно прикладывать к заготовке в процессе непрерывного литья, а также выражение для определения текущей силы срыва заготовки с дорна со срезами при различных геометрических параметрах срезов, дорна и заготовки.

Конструкция дорна со срезами

Для того чтобы повысить стабильность непрерывного литья полых заготовок из медных спла-

Рис. 2. Графитовый дорн со срезами: 1 — отверстия для прохождения расплава; 2 — посадочное место дорна в графитовую втулку кристаллизатора; 3 — рабочая поверхность дорна; 4 — срезы; 5 — торец дорна; Р — ширина среза на торце дорна

Таким образом, данная методика позволяет:

• уменьшить усилие извлечения заготовки из кристаллизатора за счет регулирования площади контакта между заготовкой и дорном со срезами;

• снизить вероятность получения трещин на внутренней поверхности заготовки за счет уменьшения усилия извлечения заготовки из кристаллизатора;

• повысить стабильность непрерывного литья полых заготовок из медных сплавов на машине горизонтального непрерывного литья за счет снижения усилия извлечения заготовки из кристаллизатора.

Литература

1. ХорошиловО.Н. Методика определения внутренних напряжений в охлаждающихся полых непрерывнолитых заготовках из цветных сплавов // Процессы литья. 2005. №3. С. 37-42.

2. Колотило Д.М., Челядинов Л.М. Углеродные литейные формы. Киев: Наукова думка. 1971.

3. Дорн для непрерывного литья полых заготовок из цветных сплавов. Пат. С250 21/12, В22Э 11/04.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.