Спосіб визначення оптимальної товщини стінки чавунної ливарної форми

Изобретение относится к литейному производству и металлургии, может быть использовано при изготовлении литейных форм, например, изложниц, кокилей, пресс и стеклоформ. Известные способы определения оптимальной толщины стенки литейной формы, разработанные на основе соблюдения принципа термоуравновешенности, можно разбить на две основные группы, К первой группе следует отнести способы оптимизации только внешней конфигурации литейной формы, ко второй способы, в которых, наряду с оптимизацией внешней конфигурации формы, определяют также оптимальную толщину стенки. В 1968 г. В,В. Абрамов предложил принцип проектирования термоуравновешенных литейных форм, в том числе металлургических изложниц, согласно которому в любом поперечном и продольном сечениях формы максимальные значения средней температуры tcp.max должны быть одинаковыми и равными допустимым для данного материала значениям. Допустимая температура для известного материала формы определяется температурным порогом циклической вязкости [1]. Недостаток этого способа заключается в том, что в нем стойкость литейной формы связывается только со средней температурой, тогда как толщина стенки зависит также от уровня напряженного состояния в форме и материала из которого она изготовлена. Таким образом совокупное негативное влияние перечисленных недостатков прототипа приводит к тому, что снижается стойкость, повышается коробление литейной формы. Цель изобретения - повышение стойкости, уменьшения веса и коробления литейной формы. Поставленная цель достигается тем, что измеряют максимальную среднюю по толщине стенки температуру ее прогрева, определяют металлографическим методом индекс графита, а оптимальную толщину стенки литейной формы в месте измерения температуры устанавливают из выражения: где SM - толщина стенки формы-модели; Ir - индекс графита чугуна; tcp.i - максимальное значение средней по толщине стенки формы-модели температуры в заданной точке контакта і отливки с формой, в которой определяется оптимальная толщина Son, Tp.i - разрушающий перепад температур для температуры tcp.i равный 295(1,129-0,356(Уг/1,5)0,2640,366(tcр.i/500)3,312); tcp.np. - предельное значение температуры, равное температурному порогу начала резкого снижения малоцикловой усталостной прочности материала формы; Тр.пр - разрушающий перепад температур для материалалитейной формы при температуре tcp.np., равной 295(0,743-0,356(У Г/ /1,51)0,284). Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ определения оптимальной толщины стенки чугунной литейной формы отличается от известного: 1. В прототипе температурные поля исследуются на трех различных по толщине стенки моделях; в заявляемом решении эксперименты проводятся только на одной модели. 2. В прототипе определяют в процессе эксплуатации только максимальные значения средней температуры по толщине стенки, а в заявляемом решении дополнительно определяют разрушающие перепады температур и предельные значения средней по толщине стенки температур, равной температурному порогу начала резкого уменьшения малоцикловой усталостной прочности материала формы. Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое техническое решение содержит вышеуказанные отличительные признаки и, следовательно, соответствуе т требованию "Новизна". На чертеже показано место установки термоблоков в изложнице. Способ осуществляется следующим образом. По форме отливки изготавливают форму-модель с постоянной толщиной (SM), например для изложницы SМ ~ 0,2 F , где F -площадь наибольшего поперечного сечения отливки. В форму-модель заливают металл и для заданных точек і контакта отливки с формой-моделью замеряют температуры в трех точках по толщине стенки: на наружной поверхности, на внутренней поверхности и по середине толщины стенки. Определяют в процессе нагрева стенки изложницы максимальную среднюю по толщине стенки температуру. Изготавливают для рассматриваемого материала изложницы металлографические шлифы и по ГОСТу 1778-81 определяют индекс графита IГ . Используя соотношение (1) вычисляют толщин у стенки литейной формы для точки контакта і. Зависимость разрушающи х перепадов температур Тр от температуры испытания t и индекса графита Iг, входящие в соотношение (1), приведены в таблице 1 [2]. При достаточном количестве точек замера, определяемом размерами и сложностью конфигурации отливки, можно получить оптимальную конструкцию литейной формы обеспечивающую увеличение стойкости против трещинообразования и коробления, а также снижение металлоемкости формы. Пример. Требуется оптимизировать конструкцию изложницы для слитков размерами поперечного сечения АхВ=1385х795 мм=1101075 мм 2 и высотой Н=2000 мм. Материал изложницы немоди-фицированный чугун с содержанием элементов в %: С = 4,19; Si=1,06; Mn=0.72; S=0,037; Р=0,079. Индекс графита IГ=1,48 (табл. 1). 1. Определяем толщину стенки модели 2. Определяем индекс графита чугуна по ГОСТу 1778-81. 3. Размечаем места установки термоблоков в изложнице-модели (фиг. 1). 4. Заливаем в модель сталь, замеряем температуры и определяем максимальные значения средних температур по толщине стенки tcp.i в указанных на фиг. 1 восьми точках і (табл. 2). 5. Для получения из эксперимента tcp.i и индекса графита Iг=1,48 из выражения (1) вычисляем разрушающие перепады температур Трі (табл. 2). Из выражения (1) вычисляем толщину стенки изложницы. Результаты вычисления Sоп приведены в табл. 2. Предельные значения разрушающи х перепадов температур для IГ=1,48; Тр .пр=115°С и для Iг=0,19; Тр.пр=161оС. Анализ табл. 2 показывает, что путем увеличения отношения Тр.пр./с р.і является возможность дополнительно уменьшить металлоемкость термоуравновешенных изложниц, без снижения ее стойкости. Предложенный способ определения оптимальной толщины стенки литейной формы, в частности изложницы, основанной на принципах термоуравновешенности и равнопрочности и может быть использован при оптимизации любой чугунной литейной формы (изложницы, кокиля, кристаллизатора, пресс-формы и стеклоформы) с целью снижения их металлоемкости и повышения долговечности.