Спосіб визначення напруги при формуванні циліндричного виливка

Способ определения напряжения при формировании цилиндрической отливки, заключающийся в том, что измеряют температуру отливки и ее поперечную усадку и по этим параметрам судят о механических напряжениях в отливке, о т л и ч а ю щ и й с я Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температурных напряжений в процессе кристаллизации и последующего охлаждения цилиндрических сплошных и полых слитков, отливок, изложниц, кокилей. Целью изобретения является повышение достоверности определения механических напряжений в отливке цилиндрической формы. Поставленная цель достигается тем, что температуру и усадку в виде относительной деформации измеряют в заданных точках отливки, а механические напряжения определяют согласно выражению тем, что температуру и усадку в виде относительной деформации измеряют в заданных точках отливки, а механические напряжения определяют согласно выражению где е - относительная деформация наружного диаметра отливки Д D/D; Е - модуль упругости материала отливки в зависимости от температуры ti в заданной точке I; fi - коэффициент поперечной деформации материала; р - коэффициент температурного расширения; 00, Ор - соответственно окружные и радиальные напряжения. С > ел ел где Е - модуль упругости материала отливки в зависимости от температуры tt в заданной точке І; ц - коэффициент поперечной деформации материала; р - коэффициент температурного расширения; е - относительная деформация наружного диаметра отливки AD/D; ст@,Ог ~ соответственно окружные и радиальные напряжения. По сравнению с прототипом, существенным отличительным признаков является то, что температуру и усадку в виде относитель о 15513 ной деформации измеряют в заданных точП р и м е р 2. Значения температур t в ках отливки. точках 0, 1, 2, 3, 4, 5 при нагреве круглой Ив фиг.1 показана схема крепления инпластины диаметром D - 1000 мм (фиг.2), дикаторов и термопар в слитке; на фиг.2 мысленно вырезанной из слитка, приведены схема крепления индикаторов и термопар в 5 в табл.2. Осредненное значение деформакруглой пластине; на фиг.З - схема креплеций диаметра диска, измеренные в двух взания индикаторов и термопар в изложнице имной ерпенди куля рных направлениях, для колесного слитка. равнялось Д D - 1,8 мм. Модуль упругости Е - 2 -10 МПа. Коэффициент поперечной П р и м е р 1. Требуется предложенным деформации/^ = 0,25. Коэффициент темпераспособом изучить напряженное состояние в 10 турного расширения /ї=12- 10 1/град. процессе кристаллизации и последующего охлаждения цилиндрического стального Сумму радиальных и окружных напряслитка размерами 2R х 2Н = 614x1850 мм жений вычисляем из выражения (фиг. 1). Температура разливки стали 1580°С. Температурные напряжения необходимо 15 определить через 45 и 60 мин после заполнения изложницы сталью в точках 1-9 слитка. = (0,00018-12 • 10 6 t ) 2 • 10 Температуры и поперечную усадку ци1 -0,25 ' линдра Л D на трех уровнях по высоте слитка 20 (фиг.1) определяем известными способами П р и м е р 3. Требуется проследить за (В.А.Ефимов. Стальной слиток. М., Метализменением температурных напряжений на лургиздат, 1961, с. 50, рис. 35). внутренней и наружной поверхности стенок Результаты определения температур t и изложницы для колесных слитков в среднем деформации Л D в среднем (точка 1,6,7), про- 25 по ее высоте поперечном сечении (фиг.З). межуточном (точки 2,5,8) и торцевом (точки Экспериментальные значения температур и 3,4,9) поперечных сечений слитка приведедеформаций AD приведены в табл.3. ны в табл.1. В расчетах приняты модуль упругости Сумму окружных и радиальных напряЕ = 0,3 • 105 МПа, /* = 0,25 и коэффициент жений вычисляем из выражения 30 температурного расширения /? = 13,8 • 10" 1/град. На наружной и внутренней поверхностях изложницы радиальные напряжения равны нулю, поэтому имеем В расчетах приближенно принят коэф- 35 фициент поперечной деформации ц = 0,25. На поверхности цилиндра радиальные напряжения равны нулю, поэтому 850 -13,8 • 10"6t)0,9 • 105/0,75. Результаты расчета приведены в табл.3. Из табл.3 видно, что наибольшие напряже40 ния растягивающие на наружной и сжимаюКак видно ния слитка ОгЦ= щие на внутренней поверхности стенки из табл.1, последнее условие соблюдается изложницы напряжения имеют место в перприближенно, что обусловлено погрешностявый период после заливки металла. ми экспериментального определения темпераЭкономический эффект от внедрения тур, усадки, модуля упругости, коэффициента 45 предложенного способа определяется температурного расширения. Для подтверуменьшением брака по горячим и холодным ждения сказанного, ниже рассмотрен притрещинам в отливке путем управления намер для которого имеется точное решение пряженным состоянием в процессе ее форзадачи1 теории упругости. е л мирования. Ох + ( 7 0 = £7(2^ . В Центре ПОПвреЧНОГО СЄЧЄ Та б л и ца1 Температуры, термоупругие напряжения и поперечная усадка слитка после 45 и 60 мм пребывания его в изложнице ел Номера точек в поперечных сечениях на фиг 1 Время ох Температура де лаждения в формации напря мин жения 1 6 7 2 5 8 3 4 9 1177 973 602 1166 964 596 851 705 438 6,56 6,56 6,56 6,32 6,32 6,32 4,75 4,75 4,75 45 t,°C AD, мм Стг+ов МПа 276 -81 276 -296 252 - 198 -138 276 -148 252 -99 -58 199 ае -72 199 Or -138 0 -148 0 -99 0 992 812 492 953 780 473 690 566 345 5,46 5,46 5,46 4,87 4,87 4,87 3.81 3,81 3,81 -450 -416 252 -526 -214 446 -311 298 -225 0 -263 0 -156 -88 -225 -263 446 - 156 298 60 t,°C AD, мм Or + 0 0 , МПа среднем промежуточном 250 торцевом 0 ел ел 15513 Таблица 2 Температуры и термоупругие напряжения в круглой пластине Температуры, напряжения Номера точек на фиг. 2 0 1 2 3 4 5 50 58 82 122 178 250 сте + с*. Па 320 295 217. 89 -89 -320 Or 160 0 о& 160 — — — — -320 t.°C м Таблица 3 Изменение температур и напряжений на наружной (tM) и внутренней (UM) поверхностях изложницы для колесного слитка Время от начала заливки стали в изложницу, мин Температура, деформация стеики изложницы, 10 20 40 60 t H .°C 120 193 300 344 tBH, °С 390 413 485 514 A D, мм . 2.S0 3,30 4,52 5,02