ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОТЛИВКАХ
Цели работы
1. Изучение определений и основных закономерностей процессов формирования термических литейных напряжений.
2. Приобретение умения и навыков экспериментального определения величин остаточных литейных напряжений в отливках.
3. Овладение методиками выполнения работы, обработки экспериментальных данных и анализа полученных результатов исследования.
Работа выполняется за 4 часа.
Теоретическая часть
Напряжения в отливке возникают вследствие неравномерной и неоднородной усадки различных ее элементов. Быстро охлаждающийся элемент отливки в данный момент будет иметь меньшую температуру, меньшую длину, и, следовательно, будет претерпевать большую усадку, чем медленно охлаждающийся элемент отливки. Поскольку все элементы отливки связаны в единое целое, между ними происходит взаимодействие и начинаются деформации. Если деформации тормозятся, то возникают напряжения.
В зависимости от причин, вызывающих неравномерность усадки, напряжения в отливке подразделяются на три вида.
1. Термические (температурные), обусловленные различной температурой разных частей отливки в процессе охлаждения.
2. Фазовые, возникающие в результате неодновременного протекания фазовых и структурных превращений в отливке. Эти напряжения могут усилить или ослабить термические напряжения, так как превращения могут протекать с уменьшением или увеличением объема.
|
|
|
3. Механические (усадочные), обусловленные механическим торможением усадки отливки со стороны формы, выступающих частей и т.д.
Сумма всех видов напряжений и составляет литейные напряжения. Напряжения могут быть временными или остаточными.
Напряжения, действующие в некоторый момент времени в отливке, называются временными. Они существуют в отливке до тех пор, пока есть вызывающая их причина.
Если в каких-то частях отливки при некотором распределении температур происходят пластические деформации, то после охлаждения и выбивки в отливке будут наблюдаться остаточные напряжения. Литейные статочные напряжения всегда являются внутренними, которые в данное время не зависят от внешних сил, связей отливки и уравновешиваются в ее объеме.
Для определения величин литейных остаточных напряжений в отливках чаще всего используют технологические пробы – усадочные решетки (прямоугольные, кольцевые, треугольные). Несмотря на различие формы, пробы имеют два основных элемента – толстые и тонкие брусья, соединенные перемычками.
В данной лабораторной работе литейные остаточные напряжения в отливках определяют на прямоугольной усадочной решетке, изображённой на рис. 5.1. Для упрощения расчета, чтобы не учитывать изгибающий момент в перекладинах, их сечение значительно превосходит сечение вертикальных брусьев.
|
|
|
В условиях равновесия, установившегося в объеме всей решетки (5.1).
 ,
| (5.1) |
где σ1 – напряжения в тонких брусьях, МПа; F1 – сечение тонкого бруса, мм2; σ2 – напряжения в толстом брусе, МПа; F2 – сечение толстого бруса, мм2, напряжение в тонком брусе будет иметь
значение (5.2).
 ,
| (5.2) |
Рис. 5.1. Схема технологической пробы для определения термических напряжений
Напряжения вызывают упругие деформации сжатия – в тонких брусьях, и растяжения – в толстом брусе (5.3).
 ,  ,
| (5.3) |
где l – длина тонкого и толстого брусьев решетки, м; Е – модуль упругости сплава, МПа (для сплава АК12 Е = 65 000 МПа).
Если толстый брус разрезать, то напряжения снимутся и брус перейдет в ненапряженное состояние, размеры его сократятся. Абсолютное изменение размера будет соответствовать величине упругих деформаций Δ1 и Δ2 (5.4).
 ,
| (5.4) |
С учетом выражения (5.2), абсолютное изменение размера рассчитывается по формуле (5.5). Таким образом, напряжение в толстом брусе будет соответствовать выражению (5.6).
|
|
|
 ,
| (5.5) |
 .
| (5.6) |
Длину и величину деформаций брусьев измеряют на отливке – пробе.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 252; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!