Стойкость металлических форм

Категория:
Литейное производство


Стойкость металлических форм

Стойкость форм оценивают числом заливок от начала работы до износа. Поверхность формы, соприкасающуюся с отливкой, называют рабочей, а слой металла формы, прилегающей к этой поверхности, рабочим слоем.

На рабочую поверхность формы, подогретой до 150-200 °С, наносят теплоизоляционную краску или смазку толщиной от 0,05 до 0,6 мм. Краска, а также зазор, образующийся между рабочей поверхностью и отливкой вследствие усадки отливки и расширения формы, представляют собой значительное термическое сопротивление. Изменением толщины краски регулируют величину термического сопротивления и интенсивность теплообмена между отливкой и формой. Краска выполняет вторую, не менее важную роль — снижает температуру рабочей поверхности и этим увеличивает стойкость форм.

Механизм износа металлических форм. Каждый цикл работы формы, например изложницы, можно разделить на три фазы.

Рис. 1. Фазы работы металлической формы

Но увеличение длины этого слоя невозможно, так как он представляет одно целое с более холодным и толстым слоем, который препятствует увеличению длины.

Термическое расширение рабочего слоя остается нереализованным или реализуется только перпендикулярно рабочей поверхности. В результате в нем возникают сжимающие напряжения, а в наружном — растягивающие. Чем больше величина нереализованной деформации, т.е. чем выше температура контактного слоя и выше коэффициент термического расширения материала, тем больше сжимающие напряжения в контактном слое и растягивающие — в наружном. Сжимающие напряжения могут превысить предел упругости, и слой будет пластически деформироваться.

Растягивающие напряжения в наружном слое могут также превысить предел упругости, а также прочность материала формы. При этом результаты будут различны в зависимости от свойств металла. В формах из чугуна (например в изложницах), с незначительным запасом пластичности, образуются наружные трещины, названные А. А. Горшковым трещинами первого рода.

Формы из стали и других пластичных материалов необратимо деформируются — коробятся вследствие пластических деформаций наружного слоя. Это одна из причин того, что сталь для изложниц практически не применяют. Увеличение толщины стенки формы при прочих равных условиях уменьшает растягивающие напряжения.

Вторая фаза — с начала падения температуры на поверхности отливки идо извлечения последней из формы.

Температура контактной поверхности несколько снижается благодаря высокой теплопроводности металла формы и образованию воздушного зазора вследствие усадки отливки и расширения формы. Температура наружной поверхности повышается, уменьшается температурный перепад по толщине формы, что несколько снижает величину нереализованной деформации, а следовательно, величину сжимающих напряжений в контактном слое и растягивающих в наружном.

Третья фаза — после извлечения отливки из формы и до заливки. Охлаждаются контактная и наружная поверхности формы. При этом температура внутри стенки формы выше, чем на обеих поверхностях.

Свободному, термическому сжатию (усадке) контактного и наружного слоев препятствует внутренний, более горячий.

Если до извлечения отливки в контактном слое были сжимающие напряжения, то после — возникают и развиваются растягивающие. Таким образом в течение каждого цикла контактный слой формы испытывает знакопеременные напряжения. Сжимающие- в первой фазе, растягивающие — в третьей.

Металл работает на усталость в условиях повышенных температур, на контактной поверхности появляются трещины. Форма разрушается. Чем выше температура контактной поверхности, тем выше термические напряжения, тем быстрее происходит разрушение, тем меньше стойкость металлической формы.

Если в контактном слое напряжения сжатия достигают предела текучести металла, то он пластически деформируется в сторону отливки. После охлаждения изложницы в этом слое возникают остаточные напряжения растяжения вследствие произошедшей в первой фазе пластической деформации материала.

Рис. 2. Сетка разгара на контактной поверхности металлической формы

Если напряжения сжатия (по А. И. Вейнику) превосходят более чем в 2 раза предел текучести, то при остывании формы в контактном слое возникают остаточные напряжения растяжения, также превосходящие предел текучести.

Таким образом контактный слой испытывает пластические знакопеременные деформации очень быстро (несколько циклов), приводящие к разрушению формы — образованию сетки трещин на контактной поверхности, получившей название сетки разгара (рис. 2).

Стойкость металлических форм тем выше, чем больше толщина слоя краски и меньше коэффициент ее теплопроводности, чем ниже температура заливки и выше начальная температура форм.

Толщину слоя краски можно изменять в пределах до 0,6 мм. При большей толщине она плохо удерживается на контактной поверхности. Следует отметить, что при температурах свечения (выше 700° С) красок коэффициент теплопроводности всех составов практически одинаков. Влиять составами красок на стойкость форм, а также интенсивность теплообмена можно только при литье Цветных сплавов. При литье чугуна и стали главную роль играет толщина слоя краски.

Температуру заливки расплава выбирают возможно низкую, только чтобы гарантировать заполнение полости формы.

Наименьшие напряжения будут в случае подогрева формы до температуры, близкой к температуре расплава. Но в этом случае снижается интенсивность теплообмена, увеличивается продолжительность затвердевания отливки.

Расплав нельзя заливать в неподогретую форму, в процессе работы нужно поддерживать ее температуру на каком-то постоянном уровне: так начальная температура изложниц должна быть 100-200 °С, кокилей 200-400 °С.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум