3 Расчеты

3.1 Расчет литниковой системы

Литниковая система – система каналов и устройств, предназначенных для подвода жидкого металла в полость литейной формы, отделения неметаллических включений и обеспечения питания отливки при затвердевании.

На основании условия заливки сплава и расположения в форме для отливки «Корпус» подходит II тип литниковой системы, который состоит из: горизонтального коллектора, питателей, заливочной чаши.

Расчет литниковой системы осуществляется по методу приведенных толщин [1]:

(2)

где: R_пит – приведенная толщина сечения питателя (мм);

k – коэффициент пропорциональности, k = 11;

R_у – приведённая толщина теплового узла отливки (мм);

R_с – приведённая толщина сечения стояка (мм);

G_о = 0,37 масса отливки (кг);

d_с = 40 – диаметр стояка (мм);

l_пит = 4 – длина питателя (мм).

R_у = V_у/S_у (3)

где: V_у – объем теплового узла, мм³;

S_у – площадь теплового узла, мм².

R_у = a·b· l/ [2· (a·b + b·l + a·l)] = 12·40·15 / [2· (12·40 + 40·15 + 12·15) ] = 7200/2520 =

= 2.85 мм

R_с = F_c/P_c (4)

где: F_c – площадь сечения стояка, мм²;

P_c – периметр сечения стояка, мм.

Сечение стояка – окружность, D = 40 мм, l_ст= 30мм.

R_с = d/4 = 40 / 4 = 10 мм.

V_c = ПR²·l_ст = 3,14·20²·30 = 37680 мм³

Размер питателя, определённый по формуле 1 укладывается на тепловом узле отливки. Расстояние от верхнего уровня литниковой воронки до верхнего уровня отливки должно быть не менее 60 мм.

При питании отливок от коллектора в виде прямоугольного бруса:

R_к = (0,75-0,85)·R_с = 0,75 · 10 = 7,5 мм.

Определяем размер заливочной воронки.

(5)

где: R_c – приведенная толщина стояка;

V_c – объем стояка;

V₀ - объем единичной отливки ;

N₀ – число отливок, питаемых от стояка.

=82 мм

Определяем высоту воронки.

h_в = 1,5d_в (6)

где: d_в – диаметр воронки, мм.

h_в = 1,5·82= 123 мм

3.2 Расчёт формы

Основой способа литья по выплавляемым моделям является оболочка: неразъемная, не газоотводная, жесткая с гладкой поверхностью, точно повторяет очертания отливки. Расчет формы по выплавляемым моделям не производится. Для изготовления формы необходимо выбрать нужное количество слоев, для того чтобы обеспечить необходимую прочность оболочки. Количество слоев зависит от способа их изготовления, от конфигурации отливки, от массы, от ответственности. Форма при изготовлении отливки «Корпус» состоит из 6 слоев, толщина которых:

Первый слой – 0,32мм

Остальные – 0,5мм

Все слои наносятся с помощью установки 6А93, после нанесения каждого слоя производят сушку.

Габаритные размеры блока:

Длина – 20 см;

Ширина 5 см;

Высота – 20 см.

3.3 Расчет шихты и баланса металла

Дано:

Сплав – 10Х18Н11БЛ

Печь – УИП 250

Вес плавки – 250 кг.

Годовая программа – 220 т/год

Таблица 7 - Химический состав стали 10Х18Н11БЛ, %

С	Si	Mn	Cr	Ni	Nb
≥0,1	0,2-1,0	1,0-2,0	17,0-20,0	8,0-12,0	0,45-0,9

Угар компонентов:

Si – 5%; Mn – 8%; Cr – 9%; Ni – 0, 8%; Nb – 1%

Таблица 8 - Химический состав шихтовых материалов, %

Компоненты	С	Si	Mn	Cr	Ni	Nb	P	S
Передельный чугун		0,5					0,01	0,01
Возврат собственного пр-ва	0,1	0,6	1,5	18,5	10	0,675	0,004	0,003
Брикетированная стружка	0,1	0,6	1,5	18,5	10	0,675	0,004	0,003
Лом стальной	0,2	0,3	0,8				0,05	0,05

Таблица 9 - Расчет шихты на 100 кг завалки

Компонен-ты	масса		Содержание элементов
			С		Si		Mn		Cr		Ni		Nb		P		S		Fe
	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг	%	кг
Передель-ный чугун П2	5	5		0,5	0,025										0,1	0,005	0,01	0,0005	99,39	4,9694
Возврат собствен-ного пр-ва	65	65	0,1	0,065	0,6	0,39	1,5	0,975	18,5	12,025	10	6,5	0,675	0,4388	0,004	0,0026	0,003	0,00195	68,618	44,6017
Брикетированная стружка	5	5	0,1	0,005	0,6	0,03	1,5	0,075	18,5	0,925	10	0,5	0,675	0,0338	0,004	0,0002	0,003	0,00015	68,618	3,4309
Лом стальной	25	25	0,2	0,05	0,3	0,075	0,8	0,2							0,05	0,0125	0,05	0,0125	98,6	24,65
Всего	100			0,12		0,52		1,25		12,95		7		0,4726		0,0203		0,0151		77,652

Компенсируем угар марганца:

Угар – 8%

Mn = 1, 25*1, 08 = 1,35 кг

Mn = 1, 35 – 0, 25 = 0,1 кг

Для содержания необходимого количества Mn в сплав добавляем металлический марганец Мр 00

Содержание в Мр 00, Mn – 99,9%

100 кг - 99,9%

х - 0,1 кг

х = (100*0,1)/99,9 = 0,1 кг; Так как марганец усваивается на 80%, то:

80% - 0,1 кг

100% - х

х = 0,125 кг

В сплаве с учетом угара 8%, необходимо ввести 0,125 кг марганца.

Компенсируем угар кремния:

Угар кремния составляет – 5%

Si = 0,52*1,05 = 0,546 кг

Si = 0,546-0,52 = 0,026 кг

Для содержания необходимого количества Si в сплав добавляем ферросилиций ФС20, Si – 20%

100 кг - 20%

х кг - 0,026

х = (0,026*100)/20 = 0,13 кг

В сплав с учетом угара 5%, необходимо ввести 0,13 кг ферросилиция.

Компенсируем угар хрома:

Угар хрома – 9%

Cr = 12,95*1,09 = 14,1 кг

Cr = 14,1-12,95 = 1,165 кг

Для содержания необходимого количества Cr в сплав добавляем феррохром ФХ001, Cr – 68%

100 кг - 68%

х кг - 1,165

х = (100*1,165)/68 = 1,71 кг.

В сплав с учетом угара 9%, необходимо ввести 1,71 кг феррохрома.

Компенсируем угар никеля: угар никеля – 0,8%

Ni = 7*1,008 = 7,056 кг.

Ni = 7,056-7 = 0,056 кг.

В сплав с учетом угара 0,8%, необходимо ввести 0,056 кг никеля.

Компенсируем угар ниобия: угар ниобия – 1%

Nb = 0,4725/1, 01 = 0,4772 кг.

Nb = 0,4772-0, 4725 = 0,0047 кг.

В сплав с учетом угара 1%, необходимо ввести 0,0047 кг ниобия.

Таблица 10 - Перерасчет завалки с учетом добавления элементов

Компоненты	кг	%
Передельный чугун П2	5	5,1
Возврат собственного производства	65	66,3
Брикетированная стружка	5	5,1
Лом стальной	25	25,5
Металлический Mn, Мр 00	0,125	0,127
Ферросилиций, ФС20	0,13	0,1326
Феррохром, ФХ001	1,71	1,7442
Чистый Ni	0,056	0,0571
Чистый Nb	0,0047	0,0048
Всего	102,0257	100

Таблица 11 - Шихтовая карта

Сплав -10Х18Н11БЛ Печь – УИП Вес плавки 250 кг Годовая программа –220т/г Угар: Si = 5% Mn = 8% Cr = 9% Ni = 0,8% Nb = 15	Так как расчет был произведен на завалку 102,0257 кг, а вес плавки 250 кг, то 250/102,0257 = 2,5
	Компоненты	Масса, кг
	Передельный чугун П2	5*2,5 = 12,5
	Возврат собственного производства	65*2,5 = 162,5
	Брикетированная стружка	5*2,5 = 12,5
	Лом стальной	25*2,5 = 61,5
	Металлический Mn, Мр 00	0,125*2,5 = 0,313
	Ферросилиций, ФС20	0,13*2,5 = 0,33
	Феррохром, ФХ001	1,71*2,5 = 4,28
	Чистый Ni	0,056*2,5 = 0,14
	Чистый Nb	0,0047*2,5 = 0,012
	Всего	254,075

Таблица 12 – Баланс металла

Приход	т	Расход	%	т
Год.программа	220	Передельный чугун П2	5,1	20,628
Брак, 5%	11	Возврат собственного производства	66,3	268,17
Всего	231	Брикетированная стружка	5,1	20,628
Л.С. 70%	161,7	Лом стальной	25,5	103,14
Всего	392,7	Металлический Mn, Мр 00	0,127	0,514
Потери, 3%	11,78	Ферросилиций, ФС20	0,1326	0,536
Всего	404,48	Феррохром, ФХ001	1,7442	7,055
		Чистый Ni	0,0571	0,230
		Чистый Nb	0,0048	0,0194
		Всего	100	404,48