14.4 Расчет литниково – питающей системы с полым стояком

Метод Л.А.Щегловитова

Для расчета литниково – питающих систем 5 типа рекомендуется следующая методика /4/.

Толщина стенок полых стояков  70 – 120 мм и высотой до 300 мм, обеспечивающих плотность отливок из стали 35Л – 45Л не менее 7,82 г/см³, с учетом температуры заливки, рассчитываются по формулам:

, (14.26)

, (14.27)

, (14.28)

где Z_c – приведенная толщина стояка, мм;

_в – толщина стенки сверху, мм;

_н – толщина станки стояка внизу, мм;

Z₀ – приведенная толщина отливки, мм;

k₁, k₂ – коэффициенты, учитывающие температуру заливки, указанные в табл. 22.

Таблица 14.1 – Значения коэффициентов

Температура заливки, °С	Корректирующие коэффициенты
	k1	k2
1560 5	1,7	3,44
1590 5	1,0	3,24
1630 5	1,5	3,04

При использовании стояка с цилиндрическими стенками (_в=

_н) переход от приведенной толщины стояка к толщине стенки осуществляется по формуле:

, (14.29)

где – средняя толщина стенки стояка, мм;

H – высота стояка, мм.

Для ускоренного определения толщин стояков рекомендуется номограмма (рис. 25), использование которой не представляет сложности.

Расчет сечения питателя отливок, заливаемых при температурах 1560–1640 °С, рекомендуется проводить по формулам:

, (14.30)

, (14.31)

где – приведенная толщина питателя, мм;

– диаметр круглого питателя, мм.

Корректировка размеров питателей с изменением температуры нецелесообразна, т.к. уменьшение сечения питателя, возможное при увеличении температуры заливки, ухудшает механическую прочность модельного блока, а увеличение сечения питателя при уменьшении температуры заливки в пределах 1560–1640°С не вызывает заметного повышения плотности и ухудшает условия отделения отливок от литниковой системы. Ускоренное определение приведенной толщины питателя может быть приведено по номограмме, рис. 14.12.

Оптимальная длина питателя, обеспечивающая достаточную плотность, прочность модельного блока и удобство отделения отливки, составляет 6–10 мм. С увеличением ее свыше оптимальных размеров наблюдается снижение плотности металла отливок вследствие более быстрого затвердевания длинного питателя. При необходимости, длина питателя может быть увеличена в некоторой степени, при одновременном увеличении его диаметра и повышении температуры заливки.

Изменение среднего диаметра стояка в наиболее рациональных для производства пределах 60–120 мм, при сохранении неизменными температуры заливки и остальных параметров литниковой системы не оказывает заметного влияния на плотность отливок, т.к. скорость затвердевания отливок и стояка изменяются при этом незначительно (от 0,021 до 0,022 мм/с, для Z₀ =5,82 мм; Z_c =5,1 мм; T₃ =1580°С).

Допустимое количество отливок, отливаемых на литниковой системе с кольцевой прибылью может быть рассчитано по формуле:

Рис. 14.11 – Номограмма для определения

приведенных толщин питателя и стояка систем типа V

Рис. 14.12 – Номограмма для определения толщин

стенок полного стояка

(14.32)

где n_m – максимальное допустимое количество отливок на стояке, шт;

m – масса одной отливки, г;

 – плотность качественного металла, г/см³;

Д – диаметр стояка, по средней линии, см;

Н – высота стояка, см;

– толщина стояка вверху, см;

– толщина стояка внизу, см;

– высота прибыли–воронки, см;

– толщина прибыли–воронки, вверху, см;

k₃ – коэффициент, учитывающий эффективность питания от стояка в зависимости от температуры заливки.

Коэффициент, учитывающий эффективность питания равняется:

, (14.33)

где  – коэффициент, учитывающий количество усадочных раковин и пор в стояке и прибыли–воронке, допустимое при качественном питании отливок, расположенных на данном стояке и при данной температуре заливки;

 – коэффициент объемной усадки металла за период до конца затвердевания.

Допустимое количество отливок, отливаемых на литниковой системе с прямоугольной прибылью–воронкой, может быть рассчитано по формуле:

, (14.34)

где – средняя толщина стояка, см;

– средняя толщина прибыли–воронки, см;

L – длина прибыли–воронки, см.

Так как определяется обычно раскладкой отливок на поверхности стояка, то неизвестные размеры прибыли–воронки и могут быть получены по формулам:

, (14.35)

. (14.36)

При малых величинах и , их следует увеличить до размеров, обеспечивающих удобство заливки.

Расчет высоты прибыли–воронки может проводиться из условия обеспечения необходимого гидростатического напора для заполнения верхнего ряда отливок по формуле:

, (14.37)

где – высота прибыли–воронки, см;

– высота отливки от кромки питателя до наивысшей точки отливки, см;

 – поверхностное натяжение, для углеродистой стали,

равное 2,5 Н/м;

 – угол смачивания металлом стенок формы, для стали –180°;

R – половина толщины стенки отливки, см;

 – плотность расплавленного металла, г/см³;

g – ускорение силы тяжести, см/сек .

В формулах (14.32) ч (14.37) влияние температуры заливки на эффективность питания учитывается коэффициентом k₃, для определения которого предварительно были найдены значения коэффициентов  и .

Коэффициент объемной усадки от конца заливки до конца затвердевания  может быть установлен, как сумма коэффициентов объемной усадки при затвердевании и в жидком состоянии. Так как сокращение объема жидкой углеродистой стали при охлаждении до температуры кристаллизации составляет 1,5% на 100 °С перегрева, а при затвердевании – в среднем 3,5 %, то коэффициент  составляет:

 = 0,035 + 0,00015 T_п (14.38)

где T_п – температура перегрева металла над температурой ликвидуса в момент окончания заполнения формы, °С.

Коэффициент  был установлен экспериментальным путем.

Можно рекомендовать значения коэффициентов указанные в табл. 14.2.

Таблица 14.2 – Значение коэффициентов

Температура заливки, °С	Коэффициенты усадки и питания
			k3
1600	0,055	0,163	2,0
1580	0,045	0,125	1,8
1560	0,0375	0,082	1,2
1540	0,035	0,061	0,75