УДК 621.74 Обробка матеріалів у машинобудуванні/Ливарне виробництво

Журило Д. Ю., д. т. н, проф. Шатагін О. О.

Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, м. Харків

Визначення коефіцієнта зчеплення мідної безперервнолитої заготовки з графітовим кристалізатором

Коефіцієнт зчеплення безперервнолитої заготовки з вторинної міді з графітовим кристалізатором є одним з найбільш важливих параметрів горизонтального безперервного лиття. На практиці його визначення викликає деякі труднощі і в теорії безперервного лиття прийнято, що він дорівнює коефіцієнту тертя [1], що не завжди виправдано. Коефіцієнт зчеплення безперервнолитої заготовки прямо зв'язаний з такими параметрами горизонтального безперервного лиття як сила витягування, час витягування заготовок, наявність неметалевих включень в безперервнолитій заготовці.

Вплив коефіцієнта зчеплення на стійкість графітового кристалізатора машини горизонтального безперервного лиття (МГБЛ) позначається таким чином: у початковий момент витягування безперервнолитої заготовки метал зчеплюється з матеріалом кристалізатора тим сильніше, чим більш груба чистота робочої поверхні кристалізатора. Якщо враховувати той факт, що стійкість графітових кристалізаторів визначається їх механічним стиранням по поверхні заготовок, що відливаються, то стає зрозуміло, що коефіцієнт зчеплення безперервнолитої заготовки з графітовим кристалізатором безпосередньо впливає на тривалість роботи останнього [2]. Основним фактором, що визначає величину механічного стирання є сила тертя.

Сила тертя ковзання у випадку сухого тертя викликається механічним зачепленням між нерівностями поверхонь тіл і зчепленням між молекулами обох тіл у зонах безпосереднього зіткнення. У випадку свідомо завищеного первинного зусилля витягування в початковий момент часу витягування безперервнолитої заготовки (ще на несталих режимах витягування заготовки) можливі механічні ушкодження робочої поверхні кристалізатора, що обумовлюються вириванням частин кристалізатора гострими крайками відлитої заготовки. Безперервнолиті заготовки, кристалізуючись, копіюють профіль робочої поверхні кристалізатора, тому подальший процес лиття приводить до утворення дефектних виливків.

Дослідження коефіцієнта зчеплення безперервнолитої заготовки з графітовим кристалізатором, а також часу кристалізації безперервнолитих заготовок із міді з діаметром 11 - 14 мм є особливо важливим, тому що знаючи ці параметри, можна з великою точністю задавати швидкість лиття, крок витягування, час паузи і витягування, швидкість і витрату охолоджуючої води, наявність і параметри вторинного охолодження заготівель. При визначенні коефіцієнта зчеплення безперервнолитої заготовки з міді по графітовому кристалізатору необхідно визначити його в різних умовах лиття: у початковий період лиття (при несталому процесі лиття) і при сталому процесі лиття. Ці два режими лиття мають наступні розходження. При несталому процесі лиття поверхня кристалізатора максимально гладка - чистота робочої поверхні кристалізатора відповідає 7 - 8 класу чистоти поверхні (після чистового розгорнення і протягування). Контакт заготовки і кристалізатора відбувається по всій довжині кристалізатора (крім частини кристалізатора, зайнятого запалом). Початкове зусилля витягування значно перевищує аналогічне зусилля при сталому режимі лиття.

При сталому процесі лиття поверхня кристалізатора погіршується, у порівнянні з вихідним станом, за рахунок стирання його, особливо в нижній частині. Контакт заготовки і кристалізатора по всій площині робочої поверхні відбувається по довжині, що не перевищує крок витягування заготовки, внаслідок різного коефіцієнта термічного розширення (у міді α = 1,67*10^-5 1/К, а для графіту - α = 0,79*10^-5 1/К). Іншими словами, внаслідок усадки і різного значення коефіцієнтів термічного розширення виливок контактує з кристалізатором по всій площині робочої поверхні та по довжині, приблизно рівній кроку витягування заготовки, а подальше її просування по кристалізатору відбувається по нижній частині кристалізатора, викликаючи його стирання. Числові значення коефіцієнта зчеплення безперервнолитої заготовкі з вторинної міді з графітовим кристалізатором при несталому і сталому режимах лиття, визначені при наступних параметрах лиття [3]: швидкість витягування заготовок - 0,48 м/хв; температура розплаву вторинної міді – 1200^О С; витрата охолоджуючої води - 0,1 м³/год; швидкість охолоджуючої води - 0,6 м/с; крок витягування - 40 мм; кут нахилу кристалізатора до горизонту - 10 ^О. У таблиці 1 наведено залежність коефіцієнта зчеплення від діаметра виливка та часу паузи.

Таблиця 1. - Значення коефіцієнта зчеплення мідної безперервнолитої заготовки з графітовим кристалізатором при несталих режимах лиття

Діаметр виливка, мм	Час паузи при витягуванні заготовки, с.
	1	2	3	4	5
11/14	1,9/1,95	1,94/2,1	1,94/2,1	2,2/2,4	3,0/3,5

Аналізуючи таблицю 1, можна зробити висновок про те, що час паузи повинен бути не більш, ніж 3- 4 секунди, інакше - знижується продуктивність МГБЛ, а відлиті заготовки мають дефекти. Збільшувати час паузи більш 5 секунд також нераціонально, тому що при цьому збільшується час циклу витягування, що викликає зниження продуктивності МГБЛ.

Література

1. Шатагин О. А., Сладкоштеев В. Т., Вартазаров М. А. и др. Горизонтальное непрерывное литье цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия , 1974.-176 с.

2. М. О. Гусман, И. М. Розенман, С. Н. Зеленов. Износ графитовых кристаллизаторов при непрерывном литье. // «Цветные металлы». - 1979. - №6. - С. 60 - 62.

3. Д. Ю. Журило, А. Г. Журило. Тепловой расчет кристаллизатора скольжения машины горизонтального непрерывного литья // Процессы литья. - 2004.- № 2.- С. 61 - 68.