SU1225674A1 - Устройство дл определени трещино-устойчивости безопочных форм - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к литейному производству, в частности к безопочной формовке и может быть использовано дл  определени  склонности уплотненной формовочной смеси к образованию трещин после заливки расплава в полость формы.

Известны случаи по влени  трещин в безопочных формах в процессе заливки, затвердевани  и. охлаждени  металла, вызывающие различные дефекты в результате ухода металла в трещину или наруше- ни  очертаний и размерной точности, резкое снижение производительности формовочной линии, св занное с разрущением незалитых форм 1.

Известны устройства (пробы) дл  определени  склонности формовочных смесей к образованию ужимин, содержащие литейную форму с полостью дл  заливки образца и каналами дл  подвода металла. Склонность к образованию ужимин оцениваетс  визуально по степени поражени  ужими- нами отливки - образца. Пробы позвол ют оценивать склонность формовочной смеси к растрескиванию и образованию ужимин только на внутренней поверхности формы 2.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дл  определени  трещиноустойчивости, содержащее установленную на поддоне пробу из уплотненной смеси с полостью дл  заливки металла 3).

Однако известное устройство непригод- но дл  исследовани  факторов, вли ющих на образование трещин в безопочных формах , так как в устройстве в качестве пробы используетс  стержень; услови  работы стержн  и безопочной формы существенно различаютс  как характером нагружени , так и температурным режимом; стержень окружен расплавленным металлом, наружные его слои нагреваютс  сильнее центральных , поэтому в наружных сло х стержн  формируютс  сжимающие термические напр жени , а во внутренних - раст гивающие . При этом трещины образуютс  в углах стержней в результате возникновени  термических моментов в местах сопр жений. В безопочной форме полость, заливаема  металлом, находитс  внутри, поэтому внут- ренние елок формы нагреты сильнее наружных , а термические напр жени  во внутренних сло х будут сжимающими, в наружных - раст гивающими. Кроме того, в безопочных формах, в отличие от стержней, протекают процессы переноса влаги, и нали- чие перемещающейс  в объеме формы зоны конденсации существенно вли ет на распределение напр жений. Наконец известна  проба не позвол ет моделировать услови  внещнего нагружени  безопочной формы при транспортировке ее на формовочной линии: усилий, возникающих при перемещении стопки форм, сил трени  по склизу.

сил сцеплени  между соседними полуформд- ми.

Цель изобретени  - расщирение функциональных возможностей путем определени  склонности к образованию трещин безопочных форм.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  определени  трещиноустойчивости безопочных форм, содержащем установленную на поддоне пробу из уплотненной смеси с полостью дл  заливки металла, проба выполнена в виде усеченного конуса, больщее основание которого обращено к поддону, на ее боковой поверхности выполнена канавка, ориентированна  по образующей конуса, а полость дл  заливки металла имеет вид сквозного цилиндрического отверсти , при этом поддон выполнен из теплоизолирующего материала с теплопроводностью 0,1-0,2 вТ/(м К).

При литье чугуна высота пробы составл ет (2,5-5)d, диаметр меньщего основани  (4-12)df где d - диаметр полости дл  заливки металла,

Кроме того, при литье алюминиевых сплавов высота пробы составл ет (2,5-5)d, диаметр меньщего основани  (2-4)d.

При этом проба выполнена в виде пр моугольной призмы и снабжена двум  пластинами , прижатыми к противоположным боковым гран м пробы при помощи упругих элементов регулируемой жесткости.

На фиг. 1 изображено устройство дл  определени  трещиноустойчивости безопочных форм, продольный разрез; на фиг. 2- вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - варианты выполнени  канавки на поверхности пробы; на фиг. 4 - устройство дл  исследовани  трещиноустойчивости безопочных форм с учетом внещних нагрузок, испытываемых формой, вид сверху; на фиг. 5 - форма, пораженна  трещинами, вид сверху.

Устройство состоит из пробы 1 в виде усеченного конуса (фиг. I) с цилиндрической полостью 2 диаметром d дл  заливки металла и поддона 3. На наружной поверхности пробы по образующей конуса выполнена канавка 4 дл  ослаблени  ее сечени , обеспечивающа  по вление трещины в заданном месте. В сечении канавка может иметь вид: треугольника (фиг. За), половины круга (фиг. 36), равнобедренной трапеции (фиг. За).

Устройство дл  проведени  испытаний с учетом внещних нагрузок состоит из пробы 5 в виде пр моугольной призмы (фиг. 4) с цилиндрической полостью 2 дл  заливки металла , поддона 3, двух пластин 6, соединенных между собой упругими элементами 7, снабженными регулировочными винтами 8 с гайками 9. При исследовании вли ни  сжимающего усили  или сил трени  на образование трещин канавка выполн етс  в местах 10 и 11 соответственно.

Испытани  провод т следующим образом.

Проба 1 заданной плотности (фиг. 1) из испытываемой смеси с полостью 2 дл  заливки металла устанавливаетс  на поддон 3. Полость заполн етс  расплавленным металлом . По вление трещин фиксируетс  визуально либо скоростной киносъемкой, либо использованием датчиков, измер ющих сопротивление токопровод щего покрыти , нанесенного в месте образовани  трещины.

При проведении испытаний с учетом внешних нагрузок на изготовленную и установленную на поддон 3 пробу 5 (фиг. 4) с полостью 2 дл  заливки металла устанавливают две пластины 6. Необходимое усилие прижима пластин достигаетс  предварительбоковой поверхности с меньщим основанием, а наличие концентратора - канавки вдоль образующей конуса приводит к возникновению трещины только вдоль нее. Перечисленные признаки в совокупности повыщают

стабильность процесса образовани  трещины и точность определени  времени ее зарождени .

Выполнение пробы в виде пр моугольной призмы, взаимодействующей противопо10 ложными гран ми с пластинами, св занными упругими элементами, позвол ет исследовать процесс трещинообразовани  в услови х затруднени . Така  ситуаци  реализуетс  в стопочной безопочной форме когда образованию трещины в залитой форме преизводимои с помощью регулировочных винтов 8 и гаек 9. В остальном проведение испытаний не отличаетс  от описанного. В качестве критери  трещиноустойчивозаливки до момента возникновени  трещины к технологически заданному времени. Под технологически заданным временем понимаетс , например, врем  затвердевани  отливки.

35

ной регулировкой упругих элементов 7, про- 15 п тствуют соприкасающиес  с ней соседние незалитые формы или части автоматической линии.

При исследовании затруднени  трещинообразовани  силами трени , канавка выпол- сти прин то отношение времени от началан етс  на поверхности, взаимодействующей с

-- ----- -плитой (позици  11, фиг. 4), а затруднени 

сжимающими силами -- на свободной боковой поверхности формы (позици  10 фиг. 4). Выполнение пробы в виде пр моугольной призмы усложн ет картину термических на- Если названное соотнощение меньще еди- 25 пр жений в ней, однако плоские наружные ницы, то по вл етс  брак, если соотнощение поверхности позвол ют получить равномер- больще или равно единице,то брак не по в- ное распределение сил трени  и сжимаю- л етс . При этом численное значение отно- UJ,HX, что повышает точность результатов шени  характеризует трещиноустойчивость в услови х затрудненного трещинообразова- формы.ни . Св зь пластин регулируемыми упругиГлавной причиной образовани  трещин в 30 ми элементами позвол ет измен ть в иссле- безопочных формах  вл ютс  термические напр жени , обусловленные наличием значительного температурного градиента по толщине формы. При этом на внутренней поверхности формы формируютс  сжимающие напр жени , а на наружной - раст гивающие . Поскольку дл  формовочной смеси отношение прочности на разрыв к прочности на сжатие измен етс  в пределах от 1:8 до 1:15, трещины в результате термических

напр жений по вл ютс  на наружной поверх- Q ности и не нарушаютс  услови  теплоотво- ности формы.да, что повышает стабильность результатов.

В насто щее врем  не существует мето-Соотношение размеров пробы играет судики расчета термических напр жений в бе-щественную роль в процессе образовани 

зопочных формах из-за сложности учета зо- трещин. В св зи с этим соотношение раз- ны конденсации, объемных изменений в су- меров опреде„т лось экспериментально. При- хой корке формы при прогреве и в сплаве 45 мен лась смесь следуюш,его состава, %: при кристаллизации (предусадочное расширение ), металлостатического напора.

Конфигураци  пробы, выполненной в виде усеченного -конуса с цилиндрической полостью вдоль оси, обеспечивает формирование в ней осесимметричного напр женно- деформируемого состо ни , повышающего стабильность результатов, так как в этом случае компоненты напр женно-деформируемого состо ни   вл ютс  функцией только радиальной и осевой координат. Уровень напр жений со стороны меньшего основани  пробы выше, в результате чего трещина зарождаетс  .в месте сопр жени 

довани х силы трени  и сжимающие.

Чтобы исключить вли ние на образование трещин донышка пробы и отливки, цилиндрическа  полость выполнена сквозной, а сама форма установлена на поддон из материала с коэффициентом теплопроводности 0,1 -0,2 Вт/ (м К), что обеспечивает кристаллизацию отливки от стенок формы. При этом не происходит отхода затвердевшей корки отливки от формообразующей поверх50

Оборотна  с.месь

Кварцевый песок

О63КО2

Глина

Сульфитно-спиртова 

барда

Молотый уголь

Вода до влажности

90

4 3

1,5 1,5

4-4,5

55

Прочность на сжатие в сыром состо нии составл ла 0,57X10 Па, прочность на разрыв в сыром состо нии 0,0347Х Ю Па. Формы уплотн лись вручную до твердости

боковой поверхности с меньщим основанием, а наличие концентратора - канавки вдоль образующей конуса приводит к возникновению трещины только вдоль нее. Перечисленные признаки в совокупности повыщают

стабильность процесса образовани  трещины и точность определени  времени ее зарождени .

Выполнение пробы в виде пр моугольной призмы, взаимодействующей противоположными гран ми с пластинами, св занными упругими элементами, позвол ет исследовать процесс трещинообразовани  в услови х затруднени . Така  ситуаци  реализуетс  в стопочной безопочной форме когда образованию трещины в залитой форме преп тствуют соприкасающиес  с ней соседние незалитые формы или части автоматической линии.

ми элементами позвол ет измен ть в иссле-

ности и не нарушаютс  услови  теплоотво- да, что повышает стабильность результатов.

довани х силы трени  и сжимающие.

Чтобы исключить вли ние на образование трещин донышка пробы и отливки, цилиндрическа  полость выполнена сквозной, а сама форма установлена на поддон из материала с коэффициентом теплопроводности 0,1 -0,2 Вт/ (м К), что обеспечивает кристаллизацию отливки от стенок формы. При этом не происходит отхода затвердевшей корки отливки от формообразующей поверхтрещин . В св зи с этим соотношени меров опреде„т лось экспериментально 5 мен лась смесь следуюш,его состав

0

Оборотна  с.месь

Кварцевый песок

О63КО2

Глина

Сульфитно-спиртова 

барда

Молотый уголь

Вода до влажности

90

4 3

1,5 1,5

4-4,5

Прочность на сжатие в сыром состо нии составл ла 0,57X10 Па, прочность на разрыв в сыром состо нии 0,0347Х Ю Па. Формы уплотн лись вручную до твердости

75±3 ед., фиксируемой с помощью твердомера на верхнем основании пробы. Формы заливались алюминием А7 при 750±10°С и чугуном марки СЧ 20 при 1350±20°С. В опытах измен ли диаметр полостии диаметры верхнего и нижнего оснований формы.

Результаты (средние по трем заливкам) вли ни  соотношени  размеров формы на врем  образовани  трещин приведены в таблице .

трещин во врем  заливки или через очень короткий промежуток времени после ее начала , что существенно усложн ет проведение исследований и снижает точность результатов (опыты 10 и 16, таблица). В р де случаев металл вытекал из полости через трещину, что делало невозможной работу с пробой.

Дл  алюминиевых сплавов применение проб с диаметром верхнего основани  более 4d нецелесообразно, так как при этом суДиаметр полости дл  заливки металла Ю щественно уватичиваетс  врем  образовавыбираетс  исход  из среднего приведенного размера толщины стенки отливки. Так дл  отливок, получаемых на лини х безопоч- ной формовки, толщины плоской стенки составл ют 5-30 мм, приведенный размер, определ емый по известной формуле при

этом равен 2,5-15 мм. Дл  цилиндра S

- отсюда диаметр полости дл  заливки металла выбираетс  равным 10-60 мм.

ни  трещины, что затрудн ет проведение экспериментов. Дл  чугунов, в силу более высокой температуры заливки, названное соотношение принимаетс  большим. Однако не следует увеличивать диаметр верхнего основани  более 12с(, так как проба при этом получаетс  громоздкой, требуетс  больщое количество формовочной смеси и специальное оборудование дл  изготовлени  и транспортировки пробы. Следует также иметь в виду.

Высота формы в опытах измен лась в 20 что больщие соотношени  применимы к пропределах 2,5-5,0 диаметров полости. Названное соотношение высоты формы и диаметра полости принималось из услови  получени  пробы равной плотности, что повышает стабильность результатов. При соотбам с малым диаметром полости, а меньшие - с большим.

Диаметр большего основани  в пробах больше диаметра верхнего (меньщего) осно j ..J,.. вани  на величину 1-2 диаметров полости

ношени х меньше 2,5 не представл етс  воз- дл  заливки металла, что обеспечивает можньш наблюдать за динамикой развити  равномерную ее плотность, свободное извлечение пробы из оснастки при изготовлении, улучшает услови  наблюдени  кинетики роста трещины по высоте пробы.

Применение пробы позвол ет устранить брак отливок и форм в процессе заливки и затвердевани  металла, предотвратить аватрещин , при соотношении больше 5 наблюдаетс  отход затвердевшей корки отливки от поверхности полости.

В опытах установлены различные дл  алюминиевых сплавов и чугунов пределы соотношени  размеров пробы. Однако предлагаемые пределы выбирались исход  из общих соображений, обусловленных единым механизмом трещинообразовани .

рииные остановки при полном разрушении формы на склизе формовочной линии, повысить выход годного и фактическую произУменьшение диаметра верхнего основа- 5 водительность линии, приближа  ее к пас- ни  меньше 2d дл  алюминиевых сплавов портной, что дает положительный экономи- и 4d дл  чугунов приводит к образованию ческий эффект.

трещин во врем  заливки или через очень короткий промежуток времени после ее начала , что существенно усложн ет проведение исследований и снижает точность результатов (опыты 10 и 16, таблица). В р де случаев металл вытекал из полости через трещину, что делало невозможной работу с пробой.

Дл  алюминиевых сплавов применение проб с диаметром верхнего основани  более 4d нецелесообразно, так как при этом существенно уватичиваетс  врем  образовани  трещины, что затрудн ет проведение экспериментов. Дл  чугунов, в силу более высокой температуры заливки, названное соотношение принимаетс  большим. Однако не следует увеличивать диаметр верхнего основани  более 12с(, так как проба при этом получаетс  громоздкой, требуетс  больщое количество формовочной смеси и специальное оборудование дл  изготовлени  и транспортировки пробы. Следует также иметь в виду.

рииные остановки при полном разрушении формы на склизе формовочной линии, повысить выход годного и фактическую произ6

31 413

Не образовываетс  7

180

ii:;::iir::i

4

4 5 6 2

4

6

8

10

12

2

4 5 6

60 60 60 30

30 30 30 30 30 60

60 60 60

2,5 2,5 2,5 5

5

5 5 5 5 2,5

2,5 2,5 2,5

Продолжение таблицы 6 I 7

izzr

5 6 7 4

0

2

4

3

5 6 7

А7 502 А7 896

А7 Не образовываетс 

СЧ20 Во врем  заливки

СЧ205

СЧ2033

СЧ20128

СЧ20177

СЧ20240

СЧ20 Во врем  заливки

СЧ20 11 СЧ20 21 СЧ20 38

цг.2

-5 / ив8р/ /ШО

789

Составитель В. Сазонов

Техред И. ВересКорректор В. Бут га

Тираж 757Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Claims (4)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕЩИНОУСТОЙЧИВОСТИ БЕЗОПОЧНЫХ ФОРМ, содержащее установленную на поддоне пробу из уплотненной смеси с полостью для заливки металла, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем определения склонности к образованию трещин безопочных форм, проба выполнена в виде усеченного конуса, большее основание которого обращено к поддону, на ее боковой поверхности выполнена канавка, ориентированная по образующей конуса, а полость для заливки металла имеет вид сквозного цилиндрического отверстия, при этом поддон выполнен из теплоизолирующего материала с теплопроводностью 0,1—0,2 Вт/(м.К).

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что при литье чугуна высота пробы составляет (2,5—5) d, диаметр меньшего основания (4—12)d, где d — диаметр полости для заливки металла.

3. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что при литье алюминиевых сплавов высота пробы составляет (2,5—5)<Z, диа- g метр меньшего основания (2—4)d. “

4. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что проба выполнена в виде прямоугольной призмы и снабжена двумя пластинами, прижатыми к противоположным боковым граням пробы при помощи упругих элементов регулируемой жесткости.

Фиг. 1