|
Внутренние напряжения возникают в стенках отливки, усадка которых тормозится сопротивлением элементов формы или действием смежных стенок. Усадочные раковины и пористость появляются в частях отливки, застывающих в последнюю очередь, - в утолщениях и массивах, теплоотвод от которых затруднен (горячие узлы).
Повышенные внутренние напряжения вызывают коробление отливки и могут привести к образованию трещин.
Со временем внутренние напряжения перераспределяются и частично рассеиваются в результате медленно протекающих диффузионных процессов (естественное старение). Через длительный промежуток времени деталь меняет первоначальную форму, что недопустимо для точных машин (например, металлорежущих станков).
Усадочные напряжения возникают лишь на тех стадиях остывания, на которых металл теряет пластичность (для чугуна в интервале 500 - 600 °С, для стали 600- 700 °С). При более высоких температурах изменение размеров компенсируется пластическим течением металла; здесь усадка проявляется лишь утонением стенок.
В коробчатой отливке длиной и шириной внутренняя перегородка остывает медленнее, чем горизонтальные стенки. Пусть в рассматриваемый момент перегородка имеет температуру, соответствующую температуре перехода металла из пластичного состояния в упругое, а стенки - более низкую температуру, при которой металл уже находится в упругом состоянии.
При дальнейшем остывании ниже температуры материал перегородки твердеет и, сокращаясь, подвергается растяжению. Так как сокращение происходит в двух направлениях, в перегородке к концу остывания возникают двухосные напряжения растяжения, а в стенках - реактивные напряжения сжатия.
Если, наоборот, температура перегородки в исходный момент была ниже температуры стенок, то к концу остывания в перегородке возникают двухосные напряжения сжатия, а в стенках - растяжения.
Как правило, участки отливки, остывающие раньше, подвергаются сжатию, а участки, остывающие позднее, - растяжению.
Определим усадочные напряжения для случая, когда перегородка остывает позднее. Ограничимся рассмотрением деформаций по оси х.
Для уменьшения напряжений в перегородке целесообразно увеличивать ее толщину и уменьшать толщину горизонтальных стенок. Опасен случай тонких и узких внутренних связей, в которых развиваются высокие напряжения растяжения (если они остывают позже стенок) или сжатия (если они остывают раньше).
Напряжения можно регулировать также ребрами. Следует иметь в виду, что поперечные ребра влияют на усадочные напряжения только по оси х, а продольные ребра - только по оси у.
Под действием напряжений стенки отливок деформируются, как показано на виде (случай перегородки, застывающей позже). Напряжения можно значительно снизить, если придать отливке податливость в направлении усадки. Например, для уменьшения усадочных напряжений по оси х целесообразно делать криволинейными перегородку или перенаправленное затвердевание городку и горизонтальные стенки или вводить усадочные буфера. Для уменьшения усадочных напряжений одновременно по осям следует придавать перегородке и стенкам двояко-сводчатую форму.
Первопричиной усадочных напряжений является различие температур стенок.
|
