CN105574274A - 一种大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于离心铸造技术领域，涉及大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力的计算方法，大中型卧式离心机铸型金属筒套截面中拉应力σ由因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₁和因金属液质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₂叠加而成，在考虑金属筒套外半径影响因素情况下，对因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₁修正，修正后所述大中型卧式离心机铸型金属筒套截面中拉应力σ的计算式为：，C₁为考虑金属筒套外半径影响因素后，对所述因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面中拉应力σ₁的第一修正系数：

Description

一种大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力计算方法

技术领域

本发明属于离心铸造技术领域，具体涉及一种大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力的计算方法。

背景技术

一种离心机铸型金属筒套截面中拉应力的计算方法，涉及在铸型匀速转动的条件下，当金属液浇入铸型时，所述离心铸型金属筒套截面中总拉应力σ由因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₁和因金属液质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₂叠加而成，即σ＝σ₁+σ₂，其中

式中：ρ_套——金属筒套的密度，kg/m³；ρ_液——金属液的密度，kg/m³；

n——金属筒套的转速，r/min；R₀——金属筒套内圆半径，m；

r₀——铸件内圆半径，m；R_外——金属筒套外圆半径，m。

上述公式中，在推导公式σ₁时，采用了从材料力学中的“薄壁圆环”模型，因该模型在建立时就带有极为苛刻的限制条件：圆筒的壁厚尺寸δ须远小于金属筒套的直径2r(即δ﹤﹤2r)，故将“薄壁圆环”中半径替换成金属筒套外圆半径R_外，将r放大为R_外，得到公式σ₁＝ωρ_套R_外 ²，这会产生计算偏差；而在公式的推导过程中，则忽略了重力的因素，这也会产生计算偏差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑到金属筒套及金属液实际影响因素对大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力的计算产生偏差，对偏差进行修正后的拉应力计算方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力的计算方法，大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力σ由因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₁和因金属液质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₂叠加而成，即σ＝σ₁+σ₂，在考虑金属筒套外半径影响因素情况下，对所述因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₁修正，修正后所述大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力σ计算式为：

式(1)中，C₁为计算考虑金属筒套外半径影响因素，对所述因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面中拉应力σ₁的第一修正系数:

式(1)、(2)中：

ρ_套——金属筒套的密度，kg/m³；ρ_液——金属液的密度，kg/m³；

n——金属筒套的转速，r/min；R₀——金属筒套内圆半径，m；

r₀——铸件内圆半径，m；R_外——金属筒套外圆半径，m。

更进一步的，所述的一种大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力的计算方法，在考虑金属液受重力影响因素后，再对所述因金属液质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₂修正，修正后所述大中型卧式离心机铸型金属筒套截面中拉应力σ计算式为：

式(3)中，C₂为考虑金属液受重力影响因素后，对所述因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₂修正的第二修正系数。

对于卧式离心铸造，由于在离心力和重力的共同作用下，金属液形成上部厚而下部薄的偏心筒套，但其轴线偏离铸型旋转轴线垂直下移很小的距离，可将重力折算为离心力的影响，故

$C_2=\frac{1}{G}$

其中重力系数G为 $G=\frac{n^2{d}_0}{{42.3}^2}$

则第二修正系数为 $C_2=\frac{{42.3}^2}{n^2{d}_0}\mathrm{...}\left(4\right)$

式中：d₀——铸件内圆直径，m；

本发明的有益效果是：对离心铸型金属筒套截面中拉应力计算公式进行修正：①对因放大铸型筒套外径，使原σ₁产生的偏差进行修正；②对因忽略重力影响，使原σ₂产生的偏差进行修正。从而提高了对离心铸型金属筒套截面中拉应力的计算精度。

具体实施方式

第一实施例：对于一种大型碳素铸钢轴套的金属铜套截面中拉应力的计算，在考虑金属筒套外半径影响因素情况下，对因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₁修正，修正后再计算大中型立式离心机铸型金属筒套截面中拉应力σ。

具体的，大型碳素铸钢轴套，材质为ZG230-450，铸件尺寸为：外圆半径R₀＝0.450m，内圆半径r₀＝0.390m，长度L＝2.700m，铸件壁厚R₀－r₀＝0.060m，合金液密度为ρ_液＝7000kg/m³(即γ＝6.86×10⁴N/m³)，铸件质量为3335kg。采用卧式离心铸造，金属筒套的外圆半径R_外＝0.535m，材质为碳素铸钢ZG230-450，ρ_套＝7800kg/m³。现考虑金属筒套外径影响因素，计算第一次修正后的离心铸型金属筒套截面中拉应力σ。

取康氏离心转速公式中的调整系数β＝1.3，铸型所需的离心转速为

$n=\frac{55200}{\sqrt{\mathrm{\γ}\·r_0}}\mathrm{\β}=\frac{55200}{\sqrt{6.86\×{10}^4\×0.390}}\×1.3=337.5\×1.3=440(r/min).$

(1)第一修正系数C₁的计算：

(2)计算第一次修正后的离心铸型金属筒套截面中拉应力：

根据R_外＝0.535m，R₀＝0.450m，r₀＝0.390m，ρ_套＝7800kg/m³，ρ_液＝7000kg/m³，n＝440r/min，C₁＝0.1713，

第一次修正后的离心铸型金属筒套截面中拉应力σ为

显然，按照未修正前的拉应力σ₁计算值为4.74MPa，修正后的拉应力σ₁计算值为3.93MPa，要小一些，即对因放大金属筒套外半径R_外所产生的偏差进行了修正。

第二实施例：对于大型碳素铸钢轴套的金属铜套截面中拉应力的计算，在考虑金属液受重力影响因素后，再对所述因金属液质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₂修正，修正后计算大中型卧式离心机铸型金属筒套截面中拉应力σ。

铸件尺寸同第一实施例情况下，计算第二次修正后的离心铸型金属筒套截面中拉应力σ。

(1)考虑因忽略重力、计算对拉应力σ₂的第二修正系数C₂：

$C_2=\frac{{42.3}^2}{n^2{d}_0}=\frac{{42.3}^2}{{440}^2\×0.780}=\mathrm{0.0119.}$

(2)计算第二次修正后的离心铸型金属筒套拉应力：

其中，按照未修正前的拉应力σ₂计算值为1.98MPa，修正后的拉应力σ₂计算值为2.00MPa，要大一些，即对因忽略重力所产生的偏差进行了修正。

在上述实施例中，对离心铸型金属筒套截面中拉应力计算公式进行了修正计算：①对因放大铸型筒套外径，使原σ₁产生的偏差进行修正；②对因忽略重力影响，使原σ₂产生的偏差进行修正，从而提高了对离心铸型金属筒套截面中拉应力的计算精度。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力的计算方法，大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力σ由因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₁和因金属液质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₂叠加而成，即σ＝σ₁+σ₂，其特征在于，在考虑金属筒套外半径影响因素情况下，对所述因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₁修正，修正后所述大中型卧式离心铸型金属筒套截面中拉应力σ的计算式为：

式(1)中，C₁为考虑金属筒套外半径影响因素后，对所述因金属筒套自身质量产生的离心力对金属筒套截面中拉应力σ₁的第一修正系数：

式(1)、(2)中：

ρ_套——金属筒套的密度，kg/m³；ρ_液——金属液的密度，kg/m³；

n——金属筒套的转速，r/min；R₀——金属筒套内圆半径，m；

r₀——铸件内圆半径，m；R_外——金属筒套外圆半径，m。

2.根据权利要求1所述的一种大中型卧式离心机铸型金属筒套截面中拉应力的计算方法，其特征在于，在考虑金属液受重力影响因素后，再对所述因金属液质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₂修正，修正后所述大中型卧式离心机铸型金属筒套截面中拉应力σ计算式为：

式(3)中，C₂为考虑金属液受重力影响因素后，对所述因金属液质量产生的离心力对金属筒套截面产生的拉应力σ₂修正的第二修正系数：

$C_2=\frac{{42.3}^2}{n^2{d}_0}...\left(4\right)$

式中：d₀——铸件内圆直径，m。