16 Примеры расчета литниковых систем

Пример 1. Рассчитать литниковую систему для стальной отливки – ведущего колеса

Данные: = 114,1 кг; = 25,2 кг; = 22 мм;

n = 1 шт.; Н₀ = 24 см; Р = 18,6 см; С = 28,5 см; заливка производится из поворотного ковша; сталь углеродистая с содержанием 0,34 – 0,46 % углерода; 0,25 – 0,50 % кремния;

0,6 – 0,9 % марганца, не более 0,06 % фосфора, не более 0,04% серы; температура заливки 1440° по Пиропто.

Принимая вес литниковых систем равным 6 % веса отливки с прибылью (невысокий стояк, короткие шлакоуловители и питатели), получаем вес литников:

(114,1 + 25,2)  0,06 = 8,4 кг.

Общий вес одной отливки с литниками и прибылью:

114,1 + 25,2 + 8,4 = 147,7 кг.

Продолжительность заливки определяется по формуле ( 3.2). По табл. 4.2 выбирается S₁ = 1,4:

, с.

Средняя скорость поднятия уровня металла в форме:

= 286 / 20,7 = 13,8 мм/сек.

Такая величина для отливок с толщиной стенок более 10 мм вполне допустима. Средний металлостатический напор H_p вычисляется по формуле (3.4):

= 17,95 см.

Коэффициент  по табл. 6.1 и 6.2 принимаем равным:

 = 0,32 + 0,15 = 0,47.

(Отливка стальная, заливаемая всырую; сопротивление формы среднее; отливка средней сложности по конфигурации, со средней толщиной стенок; литниковая система обычная, но с каналами малой протяженности; имеется массивная прибыль с открытыми выпорами на ней). Тогда по формуле (7):

см².

Задаемся отношением

F_ст : F_шл : F_пит = 1,4 : 1,2 : 1 , тогда

= 11,5  1,2 = 13,8 см² и

= 11,5  1,4 = 16,1 см².

Диаметр стояка (внизу, в самом узком месте) 45 см.

Пример 2. Рассчитать литниковую систему для стальной отливки – торцевой крышки.

Данные: = 13400 кг; = 4000 кг; = 80 мм; С = 1980 мм; заливка намечена из 30–т стопорного ковша со средним внутренним диаметром Д = 1,75 м; = 190 см; Н₂ = 25 см; = 248 см; = 50 см. Сталь 35Л. Температура заливки 1420° С по Пиропто. Из одного ковша заливается только одна форма. Намечаем стопорную заливку производить по первому способу – без торможения струи. Рассчитаем оптимальную продолжительность по формуле (3.2). Примем вес литников приближенно равным 3 % от веса отливки с прибылями, т.е. равным:

(13400 + 4000)  0,03 = 522 кг.

Вес отливки с литниками и прибылями

13400 + 4000 + 522 = 17922 кг.

Согласно табл. 3.2, принимаем S₁ = 1,3.

= 1,3  = 146 с.

Средняя скорость поднятия уровня металла в форме определяется по формуле (3.6):

мм/с,

что для отливки с толщиной стенок 70–150 мм вполне допустимо.

Для расчета требуемого диаметра стопорных отверстий в ковше пользуются формулой (8.1):

.

Вычисляем конечный напор в ковше при заливке данной формы, пользуясь формулой (8.4):

Средний напор в ковше при заливке формы находим по формуле(8.3):

.

= 1,311 м, или = 13,11 дм. Для среднего напора =

= 1,311 м, при начальном напоре = 1,9 м принимаем

= 1,06 (для шамотного огнеупорного стаканчика). Подставляя числовые значения букв в формулу, получаем:

дм².

Принимаем два стопорных отверстия диаметром 50 мм; площадь сечения каждого 19,6 см², общая площадь сечения:

= 19,6  2 = 39,2 см².

Расчет литниковой системы для стопорной заливки по первому способу (без торможения струи) можно производить двумя методами.

1–й метод расчета

Для начального момента заливки (рис.8.1) расчет проводим по формуле (8.5), принимаем: = 190 см; = 0,8; = 39,2 см² ; =1;  выбираем согласно табл. 6.1 и 6.2 и принимаем равным 0,5  0,1 = 0,6 (отливка стальная; заливается всухую, сопротивление формы мало; отливка простая по конфигурации, толстостенная; литниковая система довольно простая; большое количество прибылей, но закрытых).

h_н = –10 = 248 – 10 = 238 см;

см².

Для конечного момента расчет проводим по формуле (8.6) и принимаем = 1,12; = – 10 = 50 – 10 =40 см;

.

Из двух значений, полученных для начального и конечного моментов, принимая большее, т.е. 84,1 см².

Принимаем сечение питателей равным самому узкому сечению литниковой системы:

= 84,1 см²;

= 84,1 1,15 = 96,7 см²;

= 84,1  1,3 = 109,3 см².

2–й метод расчета

Для начального момента (см. рис. 8.1) расчет производим, пользуясь формулами(8.7),(8.9),(8.11),(8.13),(8.15),(8.17) и (8.5):

Приближенно принимаем = 1,1 , где согласно расчету по первому методу, для начального момента:

= F = 46,7 см²;

= 46,7  1,1 = 51,4 см²;

см/с;

Площадь сечения струи, падающей из ковша в плоскость АВ (рис.8.1) :

см²;

;

= 190 + 25 + 248 – (68,4 + 25,7) = 368,9 см.

Для начального момента:

;

= F = 37,7 см²;

= 37,7  1,3 = 49,0 см².

Выше, при расчете потерь напора принято

=51,4 см², что близко к полученному; таким образом, пересчета для уточнения можно не делать.

Для конечного момента (см. рис. 8.1) расчет проводим, пользуясь формулами: (8.8), (8.10), (8.12), (8.14), (8.16), (8.18) и (8.6):

Приближенно принимаем = 1,1 , где согласно расчету по первому способу,

= F = 84,1 см²;

= 84,1  1,1 = 92,5 см²;

см/с;

см²;

.

Согласно формуле (8.8), получаем:

= 82 + 25 + 50 – (29,5 + 53,4) = 74,1 см;

.

Принимая сечение питателей равным самому узкому сечению литниковой систем:

= F = 61,9 см².

= 61,9  1,3 = 80,5 см²;

Выше при расчете потерь напора было принято

= 92,5 см², для уточнения сделаем пересчет, принимая, = 80,5 см².

см/с;

;

= 82 + 25 + 50 – (29,5 + 44,5) = 83 см.

Для конечного момента по формуле (8.6):

;

= 58,4  1,3 = 75,9 см².

Выше при расчете потерь напора принято

= 80,5 см; для уточнения произведем опять пересчет, принимая =75,9 см²:

см/с;

= 82 + 25 + 50 – (29,5 + 40,5) = 87 см.

По формуле (8.6):

;

Принимаем = F = 57,1 см²;

= 57,1  1,3 = 74,2 см².

Выше при расчете потерь напора, было принято = 75,9 см², что мало отличается от полученной величины 74,9 см²; таким образом, больше пересчетов делать не нужно. Из двух значений, полученных для начального и конечного моментов по второму методу, выбираем большее значение. Окончательно принимаем:

= 57,1 см²;

= 57,1 1,15 = 65,7 см²;

= 57,1  1,3 = 74,2 см².

Пример 3.

Рассчитать общую площадь сечения питателей (самого узкого сечения литниковой системы) для стальной отливки. В форме две отливки общим весом (с литниками, выпорами и прибылями) 1000 кг; преобладающая толщина стенок  = 16 см; металл подводится по разъему формы на половине высоты отливки; высота верхней плоскости воронки над уровнем подвода = 550 мм, высота той же плоскости над уровнем металла в конечный момент заливки = 380 мм (рис.8.1). Высота отливки по положению при заливке

С = 340 мм, высота верхней точки отливки над уровнем подвода Р = 170 мм.

Химический состав стали (мас.%): углерод – 0,16–0,25; кремний – 0,25–0,35; марганец – 0,8–1,0 %; сера – не более 0,05; фосфор – не более 0,05. Заливку предложено производить из ковша диаметром 180 см через стопорное отверстие, имеющее диаметр 40 мм. Из одного ковша нужно заливать не одну, а несколько форм вагонных рам, по возможности больше.

Расчет произведем для заливки по первому способу (без торможения струи) и по второму способу (с торможением струи стопором) и сравним полученные результаты. Определим оптимальную продолжительность заливки по формуле (3.2):

; G = 500 кг;  = 16 мм.

Согласно табл. 4.2, принимаем S₁ = 1,5 (подвод в тонкостенные части отливки). Тогда

с.

Проверяем полученную продолжительность заливки в отношении средней скорости поднятия уровня металла в форме (3.6):

м/сек,

что допустимо.

Расчет для заливки по первому способу (без торможения струи металла стопором)

Как уже отмечено выше, заливку с оптимальной продолжительностью без торможения струи можно провести только для одной формы из ковша, а нам нужно заливать несколько форм из ковша.

Примем, что при заливке данной формы отклонения продолжительности заливки допустимы в пределах от S₁ = 1,4 до S₁ = 1,6, следовательно, продолжительность заливки может изменяться от

 = 1,4  = 28 с. до = 1,6  = 32 с.

Для расчета допустимых напоров в ковше при заливке форм пользуемся формулой (8.1):

Подставляя в эту формулу известные нам величины, получаем β_р = 1

.

Определяем при  = 28 с. Предварительно принимаем _р =1, тогда = 13,03 дм = 130,3 см.

Такому уровню в конце отвечает _р =1,05; при _р =1,05 и при  = 28 с; = 118,5; при _р =1,07 и при  = 32 с,

= 88,5 см. Высота слоя металла в ковше, расходуемого на заливку одной формы Δ Н₁, определяется по формуле (8.21):

Δ = 0,56 дм = 5,6 см.

Количество форм, которое можно залить из одного ковша, в указанных выше условиях

+1 = 6.

Общую площадь самого узкого сечения литниковой системы нужно рассчитать на пропускную способность, соответствующую наименьшей продолжительности  = 28 с,

при этом средний напор в ковше должен быть равен

= 118,5 см.

Определяем начальный и конечный напоры по формулам (8.3) и (8.4)

;

12,12 дм = 121,2 см;

11,56 дм = 115,6 см.

Расчет литниковой системы производим по первому методу. Для начального момента (формула 8.5)

= – 5 = 55 – 5 = 50 см.

Согласно табл. 6.1 и 6.2, принимаем

 = 0,32 + 0,15 = 0,47 (сопротивление формы считаем средним; литниковая система, конфигурация отливки тоже средней сложности; преобладающая толщина стенок 16 см; отливка имеет выпоры и прибыли):

35,4 см²

Для конечного момента (формула 8.6) принимаем

=1,05; = 115.6 cм; h_к = - 5 = 38 – 5 = 33 см

.

Из двух полученных значений принимаем большее

= F = 42,5 см².

Можно и в этом случае также рассчитать по другому методу, как показано в примере 2. Тогда потребная площадь сечения получится меньше.

Расчет для заливки по второму способу (с торможением струи стопором)

Как указано выше, для заливки по второму способу производим расчет по формулам (3.4), (17.1), (8.19), (8.20), (8.22), (8.24), (8.27), (8.1):

G₁ = 1000 кг (для двух отливок с литниками и прибылями),

 = 30 сек,  = 0,47.

;

см; С = 34 см; Р = 17 см;

= 45,8 см;

.

Рассчитаем и при заливке данных форм по формулам (8.19) и (8.22):

 = 0,47; _к = 0,8; F = 34 см²;

;

Принимая предварительно = I, получаем

см.

Для такого уровня принимаем = 1,05, получаем

см;

;

 = 0,47; _к = 0,8; = 12,6 см; F = 34 см².

Принимаем предварительно = 1.

см.

При таком уровне принимаем = 1,09. Окончательно

= 70,2 см

Выше мы получили =5,6 см.

= см.

Из двух значений , полученных по формулам (8.19) и (8.22), принимаем большее, т.е. =111 см.

Определяем:

Из двух значений , полученных по формулам (8.25) и (2.27), принимаем меньшее, т.е. = 124,2 см.

Количество форм, которое можно залить с торможением при оптимальной продолжительности, равно:

+1 = 3 шт.

Если из двух значений , полученных выше по формулам (8.19) и (8.22), принять не большее, а меньшее, т.е. = 75,8 см, то при заливке последней формы литниковая система будет пропускать весь металл, вытекающий из ковша, без торможения струи, а поэтому продолжительность заливки определяется диаметром отверстия и напором в ковше и уже не будет оптимальной. Определим, какая получится при этом продолжительность заливки.

= 75,8 см; = 75,8 – 5,6 = 70,2 см;

см.

Из формулы:

µ_кF_от γ β_р .

определим

;

 = 34,2 сек;

= 1,71 .

В этом случае количество форм, которое будет залито, равно:

+1 ≈ 9 шт.

Таким образом, по первому способу (без торможения струи), допуская заливку при значении S₁ в пределах 1,4 – 1,6 можно залить 6 форм; по второму способу (с торможением струи), сохраняя все время S₁ = 1,5, можно залить всего 3 формы; то же по второму способу, но допуская заливку при S₁ в пределах 1,5 – 1,7, можно залить 9 форм.

Большое преимущество первого способа – возможность заливки без торможения струи стопором, Поэтому во всех случаях, когда производственные условия позволяют применить заливку по первому способу, ему нужно отдать предпочтение.