направления подготовки 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям) профиля подготовки «Металлургия» профилизации «Технологии и менеджмент в металлургических производствах»
Екатеринбург
2013
Задания и методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Теория литейных процессов». Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2013. 66 с.
Настоящее задание и методические указания составлены в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций Примерной основной образовательной программы по направлению подготовки 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям).
Авторы:
канд. тех. наук., доц.
Ю.И. Категоренко
Одобрена на заседании кафедры автоматизации технологии литейных процессов. Протокол от «__»________ 2013г. № ______________.
Заведующий кафедрой автоматизации технологии литейных процессов
Ю.И. Категоренко
Рекомендована к печати методической комиссией Машиностроительного института РГППУ. Протокол от ___________2013. № ____.
Теория литейных процессов – фундаментальная техническая наука, занимающаяся изучением закономерностей процессов, происходящих при формировании отливок. Это относительно молодая наука, ее возраст не превышает 70–80 лет. Термин «теория литейных процессов» был предложен профессором Б.Б. Гуляевым в конце 50-х гг. прошлого века.
Литейные процессы отличаются большим многообразием. К ним относят механические процессы, процессы тепломассообмена при охлаждении и затвердевании сплавов, процессы кристаллизации в больших объемах и формирования кристаллической структуры отливок, усадочные явления, обусловливающие возникновение объемных дефектов и напряженного состояния сплава в отливках, гидродинамические процессы, происходящие при заполнении формы сплавом и компенсации объемной усадки при затвердевании отливок, процессы растворения и удаления газов из расплавов и т. п.
Особенностью литейных процессов является то, что указанные явления протекают практически одновременно. Это обусловливает большую сложность литейных процессов и трудности при их количественном описании. Литейные процессы являются многофакторными, поэтому в описывающих их уравнениях содержится много переменных, которые влияют на развитие процессов в разных направлениях. Важнейшая задача количественной теории литейных процессов – определение путей оптимального управления технологией и расчет соответствующих оптимальных значений технологических параметров процессов.
Дисциплина «Теория литейных процессов» решает следующие взаимосвязанные задачи: формирование у студентов фундаментальной базы знаний о процессах, происходящих при затвердевании отливок, и развитие навыков и умений решения различных задач по анализу литейных процессов и определению условий их оптимальной организации.
В прил. 1 содержатся необходимые справочные данные для решения задач. Задачи представлены в виде многовариантных заданий. Это позволяет использовать учебно-методическое пособие на практических занятиях, в процессе самостоятельной работы студентов, а также при выполнении домашних контрольных заданий.
МЕТОДЫ РАСЧЕТА МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ СПЛАВОВ С УЧЕТОМ ИХ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
В процессе формирования отливки температура сплава изменяется в широких пределах: от температуры заливки до температуры цеха. При этом меняется состояние сплава и его физико-механические свойства. При температуре заливки жидкий сплав представляет собой ньютоновскую жидкость, кинематическая вязкость которой близка к кинематической вязкости воды. В верхней части интервала кристаллизации сплав является суспензией, сохраняющей текучесть, но не подчиняющейся ньютоновскому закону вязкого трения. При некоторой температуре происходит структурирование расплава и он начинает проявлять свойства твердого тела. Изменяются в широких пределах не только физико-механические свойства сплава, но и его природа. Для эффективной организации технологического процесса получения отливки необходимо знать, как изменяются реологические свойства сплава.
Реология – наука, изучающая развитие напряжений и деформаций в телах различной природы. Основой для исследования механического поведения тел является их реологическое уравнение, связывающее между собой напряжения (σ – нормальное напряжение или τ – касательное напряжение), деформации (ε, γ), скорости деформации ( , ), скорости изменения напряжений ( , ) и т. п.:
; (1.1)
. (1.2)
Как известно из курса сопротивления материалов, под действием приложенных к телу усилий в нем развивается сложное напряженное состояние, характеризующееся тензорами напряжений и деформаций. Действующее в данной точке напряжение относительно выбранной площадки можно разложить на две составляющие: нормальную σn и касательную τ (рис. 1.1). В дальнейшем нормальную составляющую будем обозначать просто буквой σ.
Рис. 1.1. Разложение напряжения σ на нормальную (σn)
и касательную (τ) составляющие