1.7.2. Визначення параметрів шлакоуловлювача і стояка

Площа поперечного перерізу шлаковловлювачів і стояка знаходиться по співвідношенням:

для тонкостінних відливок Fж:Fшл:Fст = 1:1,06:1,11;

для середніх і дрібних Fж:Fшл:Fст = 1:1,1:1,15;

для середніх і крупних Fж:Fшл:Fст = 1:1,15:1,2.

1.7.3. Визначення розмірів елементів ливникової системи

В залежності від площі поперечного перерізу визначаємо розміри:

а ) живильника

h = √Fж , см = мм

а = h - 2 мм , мм

в = h + 2 мм , мм

б) шлаковловлювача

h = √Fш , см = мм

а = h - 2 мм , мм

в = h + 2 мм , мм

в) стояка

Дст = √(4 Fж/П), см = мм

Дст’ = Дст+(2…3) , мм

г) воронки

Двор = (2,7…3)Дст_в’ , мм

Нвор = Двор , мм

Vвор = (Двор²+Дст²+Двор*Дст), см³

або Vвор = (R²+r²+rR), см³

д) металоприймальника, зумпфа

Нмет = h_шл+(3…5) , мм

Дмет = Дст_н+(3…5), мм

Rз = Дмет/2 , мм

Розрахунок ливниково-живильної системи для відливок із ковкого чавуну і сталі

Ковкий (білий) чавун має велику усадку (до 2%), через це ливникова система для ковкого чавуну складається із підводячих і живильних елементів (мал.8 ).

Метал підводиться в найбільш товсте місце відливки через живильну бобишку, яка є бічним додатком.

Ливникову систему можна розрахувати по формулі Озанна-Діттерта, для сірого чавуну , тільки значення коефіцієнта S в формулі t=S√G необхідно приймати по таблиці 11.

Таблиця 11

Товщина стінки відливки, мм	3-4	5-8	8-15
Коефіцієнт S	7,5	6,3	5,5

На практиці прийнято співвідношення між елементами ливникової системи для відливок із ковкого чавуну:

∑Fжи в: Fшл : Fст = 1,5(до 5) : 1 : 1

Для затримання шлаку використовують також фільтрувальні сітки, які виготовляють із стержневої суміші, дросельні ливникові системи і інші методи. Розміри живильної бобишки можна розрахувати по формулі, рекомендованої Б.В.Рабиновичем. Модуль охолодження відливки визначається по формулі:

L = Vвідл./F,

де Vвідл - об'єм відливки; F - поверхня відливки.

Розміри живильної бобишки можна визначити по графіку (Мал.9.) по відомим значенням маси відливки G і модуля охолодження L. Переріз шийки повинен складати не менше 75% перерізу тіла відливки в живильному місці.

До ливникових систем для стальних відливок ставлять вимоги:

• довжина ливників повинна бути мінімальною, щоб забезпечити краще заповнення форми;

• метал слід підводити в місця відливки, нагрів яких сприяє послідовному твердінню і живлення відливки;

• при заливці форми ливники повинні бути заповнені металом, щоб виключити інжекцію повітря і газів із форми і розчинення їх в металі;

• при твердіні ливники не повинні гальмувати усадку відливки.

D,мм

Vсм3 fсм2

460 80 7

L=1,0см L=1,0см

380 76 6

0,85 72 0,85

300 68 5

0,7 64 0,7

220 60 4

0,5 56 0,5

140 52 3

L=0,3 44 L=0,3

36

60 2

28

0 4 8 12 G, кг 0 4 8 12 G, кг

V і D - об'єм і діаметр бобишки; f - площа перерізу шийки;

G - маса відливки.

Мал.9.

Для дрібних і середніх невисоких відливок використовують підвід металу по роз'єму або зверху, для масивних відливок знизу сифоном. Ливникові системи для сталі відрізняються коротким масивним ливниковим ходом, відсутністю шлаковловлювачів, встановленням додатків для живлення усадки відливки. На ливникову систему з додатками витрачається 25-50% загальної маси рідкої сталі.

Додатки встановлюють на самі масивні частини відливки. Прямі відкриті додатки, окрім свого основного призначення - живлення відливки, служать резервуаром для спливання неметалевих включень (засорів). Вивідні додатки використовують для живлення вузла відливки в тих випадках, коли неможливо поставити прямий додаток без зміни конфігурації відливки. Для полегшення відокремлення додатків застосовують спеціальні тонкі керамічні пластинки, які швидко прогріваються, не охолоджують перешийок між відливкою і додатком і не мішають протіканню металу із додатка у відливку, не утворюють своєрідний надріз, який дозволяє легко відділити додаток від відливки.

Сумарну площу перерізу живильників рекомендується визначати по формулі Озанна- Діттерта. Час ( t ) заповнення форми рідким металом слід знаходити по формулі:

t=S√δG

де S - коефіцієнт часу; δ - середня товщина стінок, мм;

G - маса відливки з ливниками і додатками, кг.

Коефіцієнт S залежить від товщини стінки, маси, конфігурації відливки і матеріалу форми. Для відливок масою 500-1000 кг в формах із рідиноскляних сумішей коефіцієнт S має слідуючі значення:

Товщина стінки відливки, мм 15 25 40 60

Коефіцієнт S 1,3 1,2 1,1 1,05

Для відливок, які здатні до утворення внутрішніх напружень, тріщин і усадочних раковин, коефіцієнт S бажано збільшити на 0,1-0,2. Відливки, які виготовляються в піщаних формах з великою кількістю холодильників, слід заливати швидше і значення S для них зменшити на 0,1-0,2. Знайдений час рекомендується перевіряти співвідношенням:

U = H/t,

де U - швидкість підйому розплаву в формі, см/с;

Н - висота відливки, см;

При товщині стінок 7-10 мм швидкість підйому U повинна бути не менше 20 мм/с; при δ = 10-40 мм U > 10 мм/с; при δ >40 мм U > 8 мм/с. Якщо U виявиться недостатнім, то потрібно зменшити час заливки або ж змінити положення відливки у формі.

По Г.М.Дубіцкому співвідношення перерізів елементів ливникової системи повинно бути для відливок:

дрібних Fж : Fл.х. : Fст = 1,0 : (1,05…1,2) : (1,1…1,2);

середніх Fж : Fл.х. : Fст = (1…1,5) : 1,0 : (1,05…1,2);

крупних Fж : Fл.х. : Fст = (1,0…2,0) : (1,0…2,0) : 1,0,

де Fл.х. - поперечний переріз ливникового ходу.

Розрахунок і будування додатків засновані на принципах, сформульованих В.Е.Грум-Гожимайло:

• додаток повинен твердіти пізніше живильного ним вузла відливки;

• об'єм Vдод повинен бути достатнім для живлення усадки теплового вузла відливки;

• висота додатка (Ндод) повинна бути достатньою для розміщення в додатку усадочної раковини.

При проектуванні технології живлення відливки необхідно визначити місця встановлення додатків, визначити їх розміри і число. Теплові вузли в відливці визначаються методом вписаних кіл. Розміри і кількість додатків для живлення теплового вузла визначають на основі практичних даних. Й.Пржибил встановив, що об'єм Vр усадочної раковини складає 1/10 об'єму додатка Vдод. для відкритих додатків і 1/8 Vдод. для закритих додатків. Об'єм додатка знаходимо по формулі:

Vдод. = [ ß/(α-β)] Vвід.,

де ß - коефіцієнт об’ємної усадки металу, ß = 3Ел ;

Ел - лінійна усадка металу;

α = 1/8 або 1/10, в залежності від типу додатку;

Vвід. - об'єм живильного вузла відливки.

Площа основи додатка (Fо.дод.), який примикає до живильного вузла відливки, рекомендується приймати більше площі Fвідл. перерізу живильного вузла відливки в місці встановлення додатка

Fо.дод. = ( 1,2 : 1,3 ) Fвідл.

Знаючи об'єм Vвід. і площу Fо.дод. основи, визначаємо її висоту:

Ндод. = Vдод. / Fо.дод.

Додаток на кресленнях позначають порядковим номером на польці лінії-виноски, перед яким ставлять слово "додаток". Якщо на відливці встановлюють декілька однакових додатків, то їм присвоюють однакові номери і на польці лінії-виноски після номеру додатка вказують загальну кількість встановлювальних на відливці додатків цього номера. Додаток зображається суцільною тонкою лінією червоного кольору.

Розрахунок ливниково-живильної системи для відливок із кольорових сплавів при литві в разові форми

Для литва алюмінієвих, мідних і магнієвих сплавів застосовують розширяючі ливникові системи. Це знижує інтенсивність окислення розплаву і здатність захоплення потоком оксидних плів. Плавне, без ударів і завихрення, заповнення ливарних форм забезпечується застосуванням ливникових систем з співвідношенням площ перерізів основних елементів в залежності від підводу металу до порожнини ливарної форми:

- для нижнього Fст:Fшл.:Fжив = 1:2:3;

• щільового Fст:Fшл.:Fжив = 1:2:4;

• багатоярусного Fст:Fшл.:Fжив = 1:3:6.

Розрахунок площі мінімального перерізу стояка звичайно проводиться по формулі:

Fmin = 100 G / μ t ρ √2gHр,

де Fmin - мінімальна площа перерізу стояка, см²;

G - маса відливки, кг;

t - тривалість заливання, с;

μ - коефіцієнт витрат або втрат напору на тертя ( < 1 );

ρ - густина сплаву, т/м³;

Нр - розрахунковий напір металу, м;

g - прискорення вільного падіння, м/с².

Час заливки t , який входить в формулу, визначається із виразу:

t = S √ δG,

де δ - товщина стінки, мм;

S - коефіцієнт, який залежить від товщини стінки і конфігурації відливки:

• для алюмінієвих сплавів S = 1,7-3,0 (менше значення відноситься до дрібних відливок, а більше - до крупних);

• для мідних сплавів S = 2,0-2,1; для магнієвих сплавів S = 2,3-4,5.

Швидкість підйому металу в порожнині ливарної форми не повинна перевищувати 4,5 δ.

Обробка заводських показників литва алюмінієвих сплавів показує, що середня швидкість підйому сплаву в формі складає 1,0-2,5 см/с.

Втрати напору на тертя μ приймають за дослідними даними в межах 0,3-0,8 ( 0,3 - дуже великий опір, великі втрати напору на тертя; 0,8 - малий опір, низькі втрати напору ).

При литві алюмінієвих сплавів використовуються головним чином заповнені стояки з звуженим вихідним перерізом, що зменшує окислення розплаву. Небажане підвищення швидкості на виході із стояка усувається застосуванням декількох тонких стояків з малою конусністю замість одного великого. Такі ж результати дає застосування пластинчастих стояків замість круглих; введення місцевих опорів (установка ливникових сіток). Постійний тиск може бути створений по всій висоті і при встановлені змієподібного стояка. Однак із-за ускладнення формовки змієподібні стояки застосовують в спеціальних випадках при дуже великій висоті форми.

Алюмінієві сплави з низьким інтервалом кристалізації ( АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34, АК9 ) здатні до утворення концентрованих усадочних раковин в теплових вузлах відливки. Для виведення цих раковин за межі відливок широко використовують установку масивних додатків. Для тонкостінних (4-5 мм) і дрібних відливок маса додатку в 2-3 рази перевищує масу відливок, для товстостінних - в 1,5 рази. Висоту додатку вибирають в залежності від висоти відливки. При висоті менше 150 мм висоту додатка приймають рівну висоті відливки. Для більш високих відливок відношення висоти додатку до висоти відливки приймають рівним 0,3-0,5. Відношення висоти додатку до його товщини складає в середньому 2-3. Найбільше застосування при литві алюмінієвих сплавів знаходять верхні відкриті додатки круглого або овального перерізу; бокові додатки в більшості випадків виконують закритими.

Сплави з широким інтервалом кристалізації ( АЛ1, АЛ7, АЛ8, АЛ19, АЛ33 ) здатні до утворення розсіяної усадочної пористості. Для отримання якісних відливок здійснюють направлену кристалізацію, використовуючи для цього установку холодильників. При литві кольорових сплавів застосовують тільки зовнішні холодильники, які виконують із чавуну, сталі, міді і мідних сплавів, алюмінію і графіту. Їх встановлюють на відповідні місця моделі при виготовлені ливарних форм. Товщину холодильника приймають рівною 0,6-0,8 від товщини охолоджувального вузла.