3.3. Напряженное состояние литейной формы. Опока с моделью

При прессовании опоки с моделью (рис. 5) жесткой плоской колодкой возникает сильное перенапряжение, и переуплотнение объема смеси A над моделью и недостаточность сжимающих напря­жений и, соответственно, недостаточное уплотнение смеси в объемах B и, особенно в объемах C вокруг модели. Причиной этого являются геометрические соотношения деформаций и высот участ­ков смеси A и (B + C). Абсолютные деформации объемов смеси A и (B + C) одинаковы и равны перемещению прессовой плиты. Относительные же деформации (отношение абсолютной деформации к высоте деформируемого столба) для объема A больше, чем для объема (B + C). Это приводит к развитию в объеме A более высоких сжимающих напряжений.

Вследствие текучести формовочной смеси во время прессования происходит некоторое выравнивание напряжений и уплотнения в этих объемах. Сначала в состояние предельного равновесия при­ходит объем A, и смесь из него частично перетекает вбок, в объемы B, уплотняя их дополнительно к сжатию, происходящему непосред­ственно от передвижения прессовой колодки. При продолжающемся сжатии смесь в объемах B также приходит в состояние предельного равновесия и начинает перетекать в объемы C, которые таким образом получают некоторое дополнительное уплотнение к тому, которое в них создается непосредственно от передвижения прессовой колодки.

Рис. 5. Схема напряженного состояния смеси в опоке с моделью при прессовании

Пользуясь этой концепцией последовательного перетекания смеси в прессуемой форме и соотношениями между главными напряже­ниями для состояния предельного равновесия связного сыпучего тела, можно, с учетом трения смеси о стенки опоки и модели, рассчи­тать необходимую силу прессования на колодке. Необходимо лишь задаться техноло­гически необходимым напряжением в самом слабом месте формы, на уровне модельной плиты.

Пусть это минимальное технологически необходимое прессующее напряжение на плоскости модельной плиты будет ₄. Тогда, чтобы пере­йти от него к напряжению ₃ на уровне верхней кромки модели в объемах C, необходимо учесть потери силы прессования на трение смеси о стенки опоки и модели под действием бокового давления.

Учет этого трения и уравнение сил для слоя dx в этом объеме будут аналогичны схеме рис. 1, и решение будет аналогичным решению (2), из которого следует

,

(13)

где  – коэффициент бокового давления;

f – коэффициент внешнего трения смеси о стенки опоки и модели;

U – периметр трения для рассматриваемой части смеси;

U = 2(A_м + B_м);

F – площадь объемов С в плане, равная разности между площадью опоки и площадью модели F = F_o – F_m = А_оВ_о – A_мB_м;

H_м – высота модели;

А_о, B_о, А_м, B_м – размеры опоки и модели в плане.

(В приведенных здесь рассуждениях предполагается, что опока и модель имеют в плане форму прямоугольника).

Переходя далее от напряжения ₃ последовательно к напряже­ниям ₂ и ₁, на основании соотношения между главными напря­жениями для состояния предельного равновесия получим искомую силу прессования, которую надо приложить к прессовой колодке:

,

(14)

где H_o – высота опоки.

В этом выражении третье слагаемое учиты­вает трение смеси в объемах B о стенки опоки. Подставив сюда полу­ченное выше выражение для ₃ и, выражая ₂ и ₁ также через ₄, получим следующее развернутое выражение для силы прессования:

(15)

Данный расчет годен только для определения Р_пр при прессовании форм с простыми моделями. К тому же, он не учи­тывает торцовое трение формовочной смеси о прессовую колодку, верхнюю плоскость модели и модельную плиту.

Более сложный аналитический метод расчета напряженного со­стояния литейной формы при прессовании, разработанный Г. М. Ор­ловым, дает возможность получить поле главных напряжений в прессуемой форме. Этот метод может быть рекомендован для более глубоких исследований и имеет большое значение для раз­вития науки о рабочих процессах формовочных машин.

На основании изложенного представления о последовательном перетекании смеси ABC при прессовании следует применять для уменьшения разницы в степени уплотнения смеси над моделью и вокруг модели при прессовании жесткой плоской прессовой колод­кой особые более текучие формовочные смеси, что частично и делается на практике. Используют, например, смеси с текучестью около 87% при давлении прессования 2,0 МПа, в то время как обычные смеси имеют текучесть всего 45%.

Переуплотнение формовочной смеси над моделью и недостаточное уплотнение ее вокруг модели является основным недостатком метода уплотнения литейных форм прессованием. Этот недостаток особенно сказывается при низком давлении прессования. Метод применяют для формовки сравнительно низких моделей, формуемых в низких опоках (H₀ = 200250 мм).

По сравнению с этим основным недостатком прессования неравномерность уплот­нения смеси по высоте формы менее выражена, поэтому имеет не столь существенное значение.