4.3.2.4. Податливость, как мера снижения упругости.

В настоящее время для изготовления форм и стержней большое распространение в качестве связующих материалов в литейном производстве получают различные синтетические смолы. Они облегчают процесс формовки, обеспечивают легкое извлечение модели после формовки, повышенную выбиваемость и меньшее содержание вредных выбросов. Однако значительное увеличение прочностных свойств смесей при высоких температурах вызывает возможность возникновения таких дефектов, как горячие трещины. Поэтому необходимо проводить исследования деформационных процессов в системе отливка-форма при затвердевании отливки.

Вопросу податливости формы посвящено много работ, однако количественной оценки ее деформационной способности практически не существует. Это связано со сложностью протекания силового взаимодействия между отливкой и формой. Форма в этом случае расширяется при нагревании, деформируется механически, одновременно разупрочняется и реагирует на опустошения. Эти свойства, возможно, определить только расчетно-экспериментальным путем и эффективно воздействовать на снижение брака отливок по горячим трещинам.

Конструкция отливки- пробы для исследования деформационных свойств формы построена по схеме затруднения усадки отливки опорной поверхностью. Один конец закрепляется в захватах, а другой имеет выступы в форме. Конструкция установки позволяет проводить измерение перемещения опорных частей отливки, которые внедряются в форму.

Эта экспериментальная установка позволяет фиксировать перемещение опорной границы раздела отливка-форма и усилие, возникающее в отливке.

Одновременно выполняется компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния силового взаимодействия между отливкой и формой. Сличение результатов эксперимента и моделирования позволит определить неизвестные величины деформационных свойств формы в зависимости от времени, величины усилия, плотности формы, температуры.

Область значений непрерывных независимых переменных исходной дифференциальной задачи заменяется конечным дискретным множеством точек. Геометрическая информация об отливке задается в виде набора узловых точек. Расчетная область покрываетя сеткой одинакого шага. Мозаичных рисунок указывает множество элементов, принадлежащих металлу, форме и стержню.

Расчетная сетка позволяет зафиксировать для каждого элемента координаты сторон (границы). Различается правая и левая границы вдоль оси Х и верхняя и нижняя вдоль оси У. Часть значений координат представлены на рис.4.42– Х-координаты сторон элементов, рис.4.43 – У- координаты сторон элементов.

В расчете теплопередачи между отливкой и формой был применен метод элементарных балансов.

Результаты расчета теплопередачи выполняются в виде температурных полей в различные моменты времени до момента полного затвердевания отливки. Упругие свойства металла внутри интервала кристаллизации являются значительно меняющейся величиной. Деформация элементов записывается в форме баланса деформаций и реализуется в изменении положения границ элемента.

Поиск напряжений в затвердевающей отливке является сложной задачей, т.к. мы имеем дело с участками отливки различной упругости и, при одинаковом напряжении, их деформация различная. Какова при этом общая деформация совокупности участков неизвестно. В нашем случае определяется значение напряжений при известной общей деформации, что является сложной итерационной задачей.

В данном случае, напряжения по сечению отливки не одинаковы.

После определения поля напряжений, возможно, определить распределение деформаций (в процентах) в затвердевающей отливке на момент конца затвердевания. Распределение деформаций далеко от равномерного, вследствие сложного температурного поля в отливке.

Для анализа деформационных процессов на каждом шаге по времени фиксируются напряжения в форме, которые определяются в элементарном объемы форме, непосредственно примыкающему к металлу. По значениям напряжений в элементарном объеме определяется перемещение границ элементарных объемов и, соответственно, напряжения в полном объеме формы.При изменении положения границ изменяется текущая плотность и упругость материала формы.

Зная напряжение в каждом элементарном объеме, возникших от усилия отливки и напряжения от теплового расширения, можно вычислить суммарные напряжения в форме.

На каждом шаге по времени решается задача расчета усилий со стороны отливки и формы. Отливка сокращается, а напряжение в форме возрастает. Программа отыскивает равенство усилий со стороны отливки и формы. На каждом шаге по времени происходит прирост напряжений за счет сокращения отливки. Затем происходит пробное сокращение отливки, что снижает напряжения в отливке и увеличивает в форме. Это пробное сокращение происходит до тех пор, пока не будет достигнуто равенство напряжений в отливке и форме. Далее рассматривается следующий шаг по времени. Результат итерационного процесса представлен на рис.4.54. Таким образом, формируется кривая деформации отливки. Она должна сравниваться с экспериментальной для получения свойств формы, которые реализуются при взаимодействии с отливкой.