15 Расчет литниковых систем для литья по газифицируемым моделям
Конструирование и расчет параметров литниковой системы для литья по газифицируемым моделям проводится с учетом как общепринятых требований, так и процессов взаимодействия расплава с газифицируемой моделью и продуктами ее разложения. Литниковая система должна способствовать оптимальным условиям протекания этих процессов, создание необходимого газового режима в форме. При этом решающее влияние на качество отливки оказывает как конструкция литниковой системы, так и скорость подъема уровня расплава в форме.
Установлено, что наиболее благоприятный режим заполнения формы обеспечивает сифонный подвод металла. Он позволяет создать последовательное заполнение формы и газификацию модели. И хотя в ряде случаев такая литниковая система не обеспечивает желаемой технологичности, при использовании сыпучих наполнителей она единственно возможна. Для сплавов с температурой заливки ниже 750 °С можно применять литниковые системы любого типа. Для стальных отливок с массой до 13 кг так же возможен любой вид литниковой системы. Но литниковая система должна обеспечивать скорость течения расплава равную или больше скорости разрушения модели. В таком случае металл в литниковой системе будет находиться под давлением, что позволяет получить хорошее качество отливок.
Как и в обычных процессах литья, при литье по газифицируемым моделям расчет литниковой системы сводится к определению сечения ее узкого места из условий обеспечения оптимальной линейной скорости подъема уровня металла в форме.
15.1 Литниковые системы для чугунных и стальных отливок массой до 100 кг
Для отливок массой до 100 кг наилучшие условия создаются при использовании сифонной литниковой системы, незамкнутой в стояке. В такой системе узким является сечение стояка вверху в месте соединения с литниковой чашей, что обеспечивает постепенное повышение уровня металла в стояке при заливке формы. Это уменьшает колебание скорости подъема металла и давления летучих продуктов разложения модели в полость формы, предотвращаются выбросы металла в начальный момент заливки. Предлагается проводить расчет литниковой системы по следующей методике.
Определяется диаметр отверстия чаши по формуле:
,
(15.1)
где
– диаметр отверстия чаши, см;
– объемный расход металла из ковша,
см3/с;
– коэффициент расхода отверстия в чаше, равной
0,8–0,9;
– напор в чаше, см.
В упрощенном виде формула выглядит:
,
(15.2)
Напор устанавливается по высоте чаши, принятой для литниковой системы. Объемный расход металла равен:
, (15.3)
где F0 – характерное сечение отливки, см2;
–
оптимальная линейная скорость подъема
металла, м/с.
Величина F0 определяет собой сечение отливки в плоскости, перпендикулярной направлению движения металла в форме, устанавливаемое по чертежу отливки с учетом положения при заливке. При изготовлении нескольких отливок на общей литниковой системе принимается сумма характерных сечений всех отливок. Оптимальные значения в см/с при толщинах стенки 10, 20 и 40 мм для чугуна соответственно равны 2,5; 2,0; 1,5; для стали - соответственно 5,0; 4,0; 3,0. Допускается отклонение от оптимальной скорости при заливке на 30–40 %.
Площадь поперечного сечения стояка (в см2) определяется по формуле:
,
(15.4)
где k – коэффициент , равный 0,3–0,5;
m0 – масса отливки, г;
– плотность металла, г/см2;
h0 – высота отливки, см;
–
избыточный напор, обычно равный 8–10 см.
Площадь поперечного сечения питателя принимается:
– для массивных отливок
;
– для тонкостенных
или
.