10. Расчет и конструирование

внутренних и наружных холодильников

Для обеспечения направленного затвердевания в отливке и устранения влияния термических узлов применяют внутренние и наружные холодильники [16], которые позволяют уменьшить размеры технологических напусков и, как следствие, снизить объем механической обработки по их удалению.

Назначение внутренних холодильников — ускорение затвердевания тепловых узлов и скоплений ме­талла. Внутренние холодильники применяются двух типов.

Первый тип в массивных узлах отливок, которые затем удаляются при механической обработке – в местах сверления отверстий.

Второй тип холодильников – расплавляемые. Они должны свариваться с металлом отливки и поэтому они изготавливаются из металла по своим свойствам близким к сплаву самой отливки. Холодильник за счет отвода тепла на его нагрев, а также частичного или полного его расплавления, ускоряет затвердевание термического узла отливки.

На рис. 83 приведена схема отливки, содержащей массивный узел, отделенный от прибыли тонкой стенкой (на рис. 83 h_в, h_н, h_м - высота верней, нижней и массивной частей отливки, δ_в, δ_н,δ_м - толщина верхней, нижней и массив­ной частей отливки)

Рис. 83. Схема установки внутреннего холодильника X в массивном узле отливки: а) внутренний холодильник для высверливания отверстия б) внутренний сваривающийся холодильник

Очевидно, что из-за отсутствия холодильника продолжительность затвердевания массивного узла τ_м больше продолжительности затвердевания расположенной сверху стенки те, т. е. направ­ленность затвердевания нарушена. Для ее обеспечения направленного затвердевания необходимо установить холодильник X и таим образом уменьшить величину τ_м так, чтобы вы­полнялось условие τ_н<τ_м<τ_в (где τ_н - продолжительность затвердевания нижней части стенки).

В основу расчета массы холодильника т_х положим следующее уравнение теплового баланса:

где Q_oxл - тепло, отведенное от теплового узла в форму за время затвер­девания массивного узла;

С_х - удельная теплоемкость материала холодильника;

С - удельная теплоемкость жидкого сплава;

Т _зал - температура заливки;

Т_л - температура ликвидуса сплава;

Т_к - конечная температура холодильника;

L - удельная теплота кристаллизации сплава,-

М- масса теплового узла отливки;

Т₀ - начальная температура холодильника.

Расплавление холодильника в ходе затвердевания отливки неже­лательно, так как при его последующем затвердевании в зоне установки холодильника могут возникать усадочные дефекты. Поэтому примем, что Т_к = Т_с, где Т_с - температура солидуса материала холодильника. В первом приближении количество тепла, отводимого в форму, можно рассчитать по формуле

где S - площадь поверхности охлаждения термического узла; b_ф — коэффициент аккумуляции тепла формой.

Для выполнения условия обходимо выполнение условия

С учетом этого с помощью выражения (4.1) находим время за­твердевания термического узла:

(4.3)

R_м =V_м/S, R_в=V_в/S_в, R_н=V_н/S_н - приведенные толщи­ны стенок термического узла отливки, ее верхней и нижней частей;