4.5. Метод п. Ф. Василевского

В первом методе, разработанным П. Ф. Василевским [9], выбор размеров прибылей проводят по таблицам и графикам, исходя из соотношения высоты отливки и толщины питаемой стенки. Обобщенные расчетные данные были получены им на основании статистической обработки большого числа технологических разработок.

Второй метод расчета прибылей П. Ф. Василевского [10] основан на утверждении, что для обеспечения нормальных условий питания отливки, затвердевающей в тех же условиях, что и прибыль, достаточно принять отношение R_п/R_о = 1,14-1,2, где R_п и R_о — приведенные толщины стенок прибыли и отливки.

При расчетах размеров прибылей широко используется понятие приведенный размер.

Рис. 31. Первая типовая схема питания.

Первый метод расчета пригоден для определения размеров прибылей отливок из углеродистых и малолегированных сталей. При этом для любого способа вначале следует выбрать места установки прибылей и, определение их размеров начинать с выделения на отливке отдельных узлов питания. Каждый из узлов или отливка в целом приводится к одной из двух типовых схем питания (рис. 31, 32). Расчет прибылей производится по установленным зависимостям между размерами отливки и прибыли.

1. Затем для первой типовой схемы питания определяют толщину δ_у питаемой стенки или диаметр окружности, вписанной в питаемый узел D_окр.

При второй типовой схеме питания подсчитывают отношение высоты отливки к толщине питаемой стенки (H_у/δ_у).

По табл. 4,5 для близких значений δ_у или H_у/δ_у выбирают соответствующие отношения D_п/ δ_у и H_у /D_п а также относительную протяженность прибыли.

Рис. 32. Вторая типовая схема питаний

Параметры обозначения	Урал	Ижора
Высота отливки	Hу	Нотл
Высота прибыли	Hп	Нпр
Толщина стенки отливки	δу	Т
Диаметр прибыли	Dп
Наименьший размер прибыли у основания		d
Диаметр вписанной окружности в узел		Dокр

Таблица 4

Ориентировочные соотношения основных параметров отливки и прибыли из углеродистых и низколегированных сталей для первой типовой схемы питания

δу, мм	Dп/ δу при отношении Hп/Dп			Прибыль	Доливка прибыли через каналы дополнительной литниковой системы
	1	1,2—1,25	1,5
50—120	2,4—2,6	2,3—2,5	2,2—2,3	Закрытая	Не нужна
121—200	2,2—2,5	2,1—2,4	2,0—2,3	Закрытая и открытая	Необходима
201—500	2,1—2,3	2,0—2,3	1,9—2,2	Открытая	»
П р и м е ч а н и я: 1. Нижние и промежуточные значения Dп/у относятся к случаям применения прибылей с отношением Lп/Dп2, а также если прибыли доливаются сверху. 2. При устройстве прибылей шаровой формы Нп/Dп=1

Таблица 5

Ориентировочные соотношения основных параметров отливки и прибыли из углеродистых и низколегированных сталей для второй типовой схемы питания (см. рис. 32, б)

δу , мм	Hу/δу	Dп/ δу		Нп /Dп		b, не менее	l	h, не более
		Испол­нение I	Испол­нение II	Испол­нение I	Испол­нение II	мм
60	3 5 8	1,3÷1,8 1,4÷1,9 1,5÷2,0	1,6÷2,1 1,7÷2,2 1,8÷2,3	1,2÷1,3 1,2÷1,4 1,2÷1,5	1,1- 1,2 1,1÷1,3 1,1÷1,5	4 5 10	50 50 Hу-6δу		Hу— 50 мм Hу— 50 мм 6δу
100	3 5 8	1,2÷1,6 1,3÷1,7 1,4÷1,8	1,5÷2,0 1,6÷2,1 1,8÷2,3	1,2÷1,3 1,2÷1,4 1,2÷1,5	1,1÷1,2 1,1÷1,3 1,1÷1,5	5 5 15	60 60 Hу-6δу		Hу— 60 мм Hу— 60 мм 6δу
200	3 5 8	1,2÷1,4 1,3÷1,4 1,3÷1,5	1,4÷1,9 1,5÷2,0 -	1,1÷1,3 1,2÷1,5 -	1,0÷1,2 1,1÷1,4 -	5 5 -	60 60 -		Hу— 60 мм Hу— 60 мм 6δу
300	3 5 8	1,2÷1,4 1,2÷1,5 1,2÷1,5	1,4÷1,8 - -	1,2÷1,4 - -	1,1÷1,5 - -	6 6 15	60 - -		Hу— 60 мм Hу— 60 мм 6δу

Примечания:

1. Нижние пределы D_п/ δ_у относятся к случаям доливок металла в прибыль после окончания заливки формы.

2. Размер b принимают в дополнение к формовочным уклонам.

После этого отношения переводят в конкретные размеры, строят контур прибылей и вычисляют технологический выход годного литья (ТВГ).

Ориентировочные соотношения основных параметров отливки, и прибыли из углеродистых и низкоуглеродистых сталей для первой типовой схемы питания (см. рис. 31, а)

Примечания: Нижние и промежуточные значения D_п/ δ_у относятся у случаям применения прибылей с соотношением L_п /D_п≥2 , а также если прибыли заливаются сверху.

При устройстве прибылей шаровой формы Н_п /D_п=1

(4.23 14)

где М_п – масса прибыли; М_о – масса отливки.

Полученное значение ТВГ сравнивают с данными табл. 5, 6, относящимися к отливкам, близким по конфигурации, назначению и массе. В случае несоответствия полученного значения табличным вносят изменения в размеры прибылей. Это следует осуществлять приданием прибыли сфероидальной формы, некоторого ограничения наибольшего размера ее основания, но не снижением высоты, определяемой соотношением Н_п /D_п. Наибольший размер основания прибыли допускается уменьшить, не выходя за пределы соотношения D_п/ δ_у

Таблица 6

Ориентировочный технологический выход годного отливок (углеродистые и низколегированные стали)

№ п|и	ГРУППА ОТЛИВОК	Черновой вес отливки в кг	Преобладающая толщина стенки отливки Т в мм	Технологические выходы годного в %
	Наименование группы			прибыли прямого питания, обычные
				открытые	закрытые
1	2	3	4	5	6
1	Мелкие отливки с большим объемом мех. обработки	До 100	До 20	65	67
			свыше 20 до 50	61,5	63
			свыше 50	58	60
2	Мелкие отливки с малым объемом механической обработки	До 100	До 20	65	70
			свыше 20 до 50	63	67
			свыше 50	60	64
3	Средние отливки с большим объемом механической обработки	Свыше 100 до 500	До 30	66	68
			свыше 30 до 60	63	66
			свыше 60	60	64
4	Средние отливки с малым объемом механической обработки	Свыше 100 до 500	До 30	67	70
			свыше 30 до 60	65	68
			свыше 60	63	66
5	Крупные отливки с большим объемом механической обработки	Свыше 500 до 5000	До 50	67	69
			свыше 50 до 100	64	67
			свыше 100	62	65
6	Крупные отливки с малым объемом механической обработки	Свыше 500 до 5000	До 50	68	70
			свыше 50 до 100	66,5	69
			свыше 100	64	68
7	Очень крупные отливки с большим объемом механической обработки	Свыше 5000	До 50	68	70
			свыше 50 до 100	65,5	69
			свыше 100	63,5	66
8	Очень крупные отливки с малым объемом механической обработки	Свыше 5000	До 50	69	71
			свыше 50 до 100	67,5	70
			свыше 100	66	69
9	Зубчатые колеса с механически обрабатываемыми зубьями	До 100 от 100 до 500 свыше 500		59-59 56-60	58-62 59-62 59-62,5
10	Зубчатые венцы с механически обрабатываемыми зубьями	До 1000 свыше 1000		57-60 59-61	59-61 60-62,5
11	Зубчатые венцы с механически необрабатываемыми зубьями	Свыше 1000		66-69	65-70
12	Цилиндры, плунжеры с механически обрабатываемым наружным и внутренним диаметром	Свыше 1000		61-67	62-69

По второму методу размеры прибыли определяют, принимая для разных условий охлаждения отливки и прибыли соответствующее соотношение R_п/R_y. Экспериментально установлено, что это отношение не с абсолютной точностью характеризует соотношение производительности полного затвердевания стенок отливки τ_о и прибыли τ_п. Но если принять отношение R_п/R_y с некоторым резервом, то отмеченное несоответствие будет компенсировано. Установлено, что для обеспечения нормальных условий питания отливки, затвердевающей в тех же условиях, что и прибыль, достаточно принять R_п/R_y = 1,1÷1,2, которое соответствует τ_п/τ_y = 1,21÷1,44

При расчете прибыли сначала определяют приведенную толщину R_о всей отливки или ее части R_y, на которую устанавливают прибыль. Для этого рассчитывают объем V_y отливки или узла и площадь F_y охлаждаемой поверхности. Под охлаждаемой поверхностью подразумевают все поверхности, соприкасающиеся со стенками формы. Поверхность, перекрываемая прибылью, не учитывается. Зная расчетные значения приведенной толщины отливки или массивного узла, над которым располагается прибыль, определяют приведенную толщину прибыли

R_п = (1,1÷1,2)R_у (4.24 15)

В зависимости от принятой геометрической формы прибыли определяют ее размеры. Диаметр или ширину основания закрытых или открытых конусных прибылей, расчетное значение R_п которых известно, можно определить по табл. 7, 8, а также пользуясь рисунками 35, 36 и табл. 9, 10. Далее по тем же таблицам определяется объем V_п и рассчитывается соотношение V_п/V_у Необходимым для получения отливки без усадочных раковин является условие

V_р=nV_п_з (4.25 16)

(V_о+V_п)_зV_п_з (4.26 17)

где n — коэффициент полезного использования объема прибыли, который характеризует относительный объем усадочных раковин и пор, которые должны образоваться в прибыли при определенных условиях охлаждения в процессе затвердевания жидкой стали; V_р — абсолютный объем усадочных раковин и пор, которые могут образовываться при усадке стали в объеме металла, заливаемого в формы; ε_o — суммарная усадка для различных сплавов, значения которой, определенные экспериментально для марок сталей, чаще всего используемых в η — коэффициент полезного использования объема прибыли. Он характеризует относительный объем усадочных раковин и пор, которые должны образоваться в прибыли при определенных условиях ее охлаждения в процессе затвердевания жидкой стали, коэффициент η принимает наибольшее значение, т. е. η = η_теор, если левую часть уравнения (4.26) приравнять правой. На рис. 37 приведена зависимость η_теор от отношения V_п/V_у при постоянном остаточном перегреве стали, поступившей в полость.

Таблица 7

Ориентировочные соотношения основных параметров

закрытых полушаровых прибылей

Нп	Lп	Vп	Fп	Rп при условии охлаждения стенками формы части площади нижней торцовой поверхности прибыли, %
				20	30	40	50	0
Dп	Dп	0,654 Dп3	3,533 Dп2	0,177 Dп	0,173 Dп	0,170 Dп	0,166 Dп	0,185 Dп
	l,5 Dп	l,100 Dп3	5,070 Dп2	0,207 Dп	0,202 Dп	0,198 Dп	0,193 Dп	0,217 Dп
	2,0Dп	1,547 Dп3	6,610 Dп2	0,222 Dп	0,217 Dп	0,21 Dп	0,207 Dп	0,234 Dп
	2,5 Dп	2,000 Dп3	8,143 Dп2	0,233 Dп	0,227 Dп	0,22 Dп	0,217 Dп	0,246 Dп
	3,0 Dп	2,440 Dп3	9,673 Dп2	0,238 Dп	0,232 Dп	0,226 Dп	0,220 Dп	0,252 Dп
1,2 Dп	Dп	0,8 10 Dп3	4,163 Dп2	0,188 Dп	0,184 Dп	0,180 Dп	0,177 Dп	0,195 Dп
	l,5 Dп	l,357 Dп3	5.427 Dп2	0,239 Dп	0,233 Dп	0,228 Dп	0,224 Dп	0,250 Dп
	2,0Dп	l,900 Dп3	7,167Dп2	0,253 Dп	0,247 Dп	0,24 Dп	0,236 Dп	0,265 Dп
	2,5 Dп	2,460 Dп3	8,900 Dп2	0,263 Dп	0,257 Dп	0,250 Dп	0,244 Dп	0,277 Dп
	3,0 Dп	3,000 Dп3	10,630 Dп2	0,268 Dп	0,262 Dп	0,256 Dп	0,249 Dп	0,282 Dп
l,5 Dп	Dп	l,047 Dп3	5,103 Dп2	0,199 Dп	0,196 Dп	0,193 Dп	0,190 Dп	0,205 Dп
	l,5 Dп	l,743 Dп3	6,350 Dп2	0,264 Dп	0,260 Dп	0,255 Dп	0,250 Dп	0,275 Dп
	2 Dп	2,440 Dп3	8,390 Dп2	0,279 Dп	0,274 Dп	0,268 Dп	0,263 Dп	0,292 Dп
	2,5 Dп	3,140 Dп3	10,433 Dп2	0,288 Dп	0,282 Dп	0,277 Dп	0,272 Dп	0,301 Dп
	3,0 Dп	3,830 Dп3	12,453 Dп2	0,294 Dп	0,288 Dп	0,282 Dп	0,276 Dп	0,306 Dп
1,1 Dп	Dп	0,735 Dп3	3,850 Dп2	0,183 Dп	0,180 Dп	0,177 Dп	0,173 Dп	0,191 Dп
	1,5 Dп	l,228 Dп3	5,485 Dп2	0,214 Dп	0,209 Dп	0,205 Dп	0,201 Dп	0,224 Dп
	2,0 Dп	l,728 Dп3	6,870 Dп2	0,237 Dп	0,233 Dп	0,228 Dп	0,223 Dп	0,252 Dп
l,3 Dп	Dп	0,890 Dп3	4,483 Dп2	0,194 Dп	0,191 Dп	0,188 Dп	0,185 Dп	0,198 Dп
	l,5 Dп	l,485 Dп3	6,318 Dп2	0,223 Dп	0,221 Dп	0,218 Dп	0,214 Dп	0,235 Dп
	2,0 Dп	2,080 Dп3	8,l53 Dп2	0,245 Dп	0,240 Dп	0,235 Dп	0,230 Dп	0,256 Dп
1,4 Dп	Dп	0,971 Dп3	4,798 Dп2	0,197 Dп	0,194 Dп	0,190 Dп	0,187 Dп	0,202 Dп
	l,5	l,617 Dп3	6,733 Dп2	0,231 Dп	0,227 Dп	0,223 Dп	0,219 Dп	0,241 Dп
	2,0 Dп	2,264 Dп3	8,668 Dп2	0,205 Dп	0,246 Dп	0,242 Dп	0,237 Dп	0,262 Dп

При изготовлении промышленных отливок остаточный перегрев изменяется в зависимости от их геометрической формы и размеров. Экспериментально установлено, что при остаточном перегреве стали значение ε_з изменяется в достаточно широком диапазоне. В соответствии с этим стало возможным определять ожидаемый относительный объем усадочных раковин и пор в прибыли V_р/V_п путем умножения найденного по номограмме рис. 34 η_тeop , а поправочный коэффициент k_v.

Рис. 33 Номограмма для определения размеров полушаровых прибылей в

зависимости от приведенной толщины R_п (цифры у кривых таблица 9)

машиностроении, приведены ниже (заливаемая сталь должна быть перегрета на 50—70 °Q

Таблица 8 Прибыли без перешейка
Dп	Dп	0,866 Dп3	4,563 Dп2	0,186 Dп	0,185 Dп	0,183 Dп	0,182 Dп	0,190 Dп
	l,5 Dп	1,391 Dп3	6,365 Dп2	0,213 Dп	0,210 Dп	0,207 Dп	0,205 Dп	0,219 Dп
	2,0 Dп	l,916 Dп3	8,168 Dп2	0,227 Dп	0,223 Dп	0,220 Dп	0,217 Dп	0,235 Dп
	2,5 Dп	2,441 Dп3	9,378 Dп2	0,250 Dп	0,246 Dп	0,241 Dп	0,237 Dп	0,261 Dп
	3,0 Dп	2,966 Dп3	10,773 Dп2	0,26 Dп	0,258 Dп	0,253 Dп	0,247 Dп	0,274 Dп
l,2 Dп	Dп	1,061 Dп3	5,386 Dп2	0,195 Dп	0,193 Dп	0,192 Dп	0,190 Dп	0,197 Dп
	l,5 Dп	1,697 Dп3	7,400 Dп2	0,224 Dп	0,22 Dп	0,218 Dп	0,216 Dп	0,229 Dп
	2,0 Dп	2,334 Dп3	9,416 Dп2	0,241 Dп	0,237 Dп	0,233 Dп	0,230 Dп	0,248 Dп
	2,5 Dп	2,996 Dп3	11,431 Dп2	0,251 Dп	0,247 Dп	0,243 Dп	0,240 Dп	0,259 Dп
	3,0 Dп	3,600D3,	13,446 Dп2	0,259 Dп	0,254 Dп	0,250 Dп	0,246 Dп	0,268 Dп
l,5 Dп	Dп	l,360 Dп3	6,503 Dп2	0,206 Dп	0,205 Dп	0,204 Dп	0,203 Dп	0,209 Dп
	l,5 Dп	2,176 Dп3	8,832 Dп2	0,24 Dп	0,238 Dп	0,236 Dп	0,234 Dп	0,245 Dп
	2,0 Dп	2,972 Dп3	11,160 Dп2	0,259 Dп	0,256 Dп	0,253 Dп	0,250 Dп	0,266 Dп
	2,5 Dп	3,780 Dп3	13,490 Dп2	0,280 Dп	0,276 Dп	0,272 Dп	0,268 Dп	0,281 Dп
	3,0 Dп	4,585 Dп3	15,820 Dп2	0,28 Dп	0,277 Dп	0,273 Dп	0,269 Dп	0,290 Dп
			Прибыли с перешейком
Dп	Dп	0,799 Dп3	4.415 Dп2					0,18 Dп
	2,0 Dп	l,808 Dп3	7,959 Dп2	—	—	—	—	0,227 Dп
l,25 Dп		l,030 Dп3	5,315 Dп2	—				0,194 Dп
		2,318 Dп3
	2,0 Dп		9,379 Dп2	—	—	—	—	0,247 Dп

Рис. 34. Номограмма для определения размеров открытых прибылей без перешейка (а) и с перешейком (б) в зависимости от приведенной толщины R_п. Цифры у кривых — см. табл. 10

Числовые значения этого коэффициента определяют в зависимости от относительной плотности отливки:

(4.27)

где G_о — масса отливки, кг; L_о, B_о и H_о — соответственно длина, ширина и высота отливки.

Таблица 9

Ориентировочные соотношения основных параметров

полушаровых прибылей

Номер линии	Нп	Lп	Номер линии	Нп	Lп
1	Dп	Dп	12	1,2 Dп	l,5 Dп
2	l,1 Dп	Dп	13	1,3 Dп	2,0 Dп
3	1,2 Dп	Dп	14	1,4 Dп	2,0 Dп
4	l,3 Dп	Dп	15	1,2 Dп	2,0 Dп
5	1,4 Dп	Dп	16	1,5 Dп	1,5 Dп
6	l,5 Dп	Dп	17	1,2 Dп	2,1 Dп
7	Dп	l,5 Dп	18	1,2 Dп	3,0 Dп
8	1,1 Dп	l,5 Dп	19	l,5 Dп	2,0 Dп
9	Dп	2,0 Dп	20	1,5 Dп	2,5 Dп
10	1,4 Dп	l,5 Dп	21	1,5 Dп	3,0 Dп
11	1,5 Dп	1,6 Dп

Таблица 10

Ориентировочные соотношения основных параметров

открытых прибылей

Номер линии	Нп	Lп	Номер линии	Нп	Lп
1	1,0 Dп	l,0 Dп	9	1,5 Dп	2,5 Dп
2	1,5 Dп	1,0 Dп	10	1,5 Dп	3,0 Dп
3	l,0 Dп	l,5 Dп	11	1,2 Dп	3,0 Dп
4	1,0 Dп	2,0 Dп	12	l,2 Dп	2,5 Dп
5	1,5 Dп	l,5 Dп	13	l,25 Dп	2,0 Dп
6	l,0 Dп	2,5 Dп	14	l,2 Dп	l,5 Dп
7	1,5 Dп	2,0 Dп	15	l,2 Dп	Dп
8	1,0 Dп	3,0 Dп	16	1,25 Dп	Dп

таблица 11

Марка стали	88
20Л, 25Л, ЗОЛ, 35Л, 10Х18Н9ТЛ	0,041
20ХМЛ, 230ХМЛ, 35МЛ, ЗОХГСЛ, 35ХГСЛ	0,045
45Л, 55Л, 10Х13Л, 20Х13Л, 40Г2Л, 15Х1М1ФЛ	0,049
70ХЛ	0,054
Х25Н2Л	0,057
110Г13Л	0,067

Рассмотренную номограмму используют при проверке соответствия размеров прибылей, определенных любыми методами, требованиям нормального питания стенок отливки. Номограмма разработана для условий полного сосредоточения в прибыли усадочных раковин и пористости при разных соотношениях V_п/V_у Точками 1 зафиксированы значения η_тeop, при которых соответствующие им отношения V_п/V_у определяют минимальные V_п, достаточные для сосредоточения усадочных раковин и пористости в обычных прибылях рациональной геометрической формы. В связи с этим нижние участки кривых относятся к прибылям, скорость охлаждения которых замедляется специальными методами.

Рис. 35. Номограмма для определения η_тeop и ТВГ

Таблица 12

Значения поправочного коэффициента k_v

Перегрев заливаемой стали сверх температуры ликвидуса, °С	kv при относительной плотности отливки, кг/м3
	до 5	более 5
50—70	0,86	0,92
	0,90	0,97
100	1,05	1,10
	1,07	1,14

Продолжая расчет прибыли, необходимо определить значение ε_з для стали, из которой изготовляют отливку, и по номограмме (см. рис. 33) найти значение η_тeop Если ни одна из кривых η_тeop не соответствует принятому значению ε_з , то можно определить искомую геометрическую точку между близкими по значению ε_з кривыми η_тeop . Горизонтальная линия, проводимая мысленно от принятого по оси ординат значения V_п/V_у, должна пересечь соответствующую кривую η_тeop выше точки 1. Если линия, проведенная мысленно, пересечет кривую η_тeop ниже точки /, то отношение V_п/V_у должно быть изменено путем увеличения объема прибыли. Для определения относительного объема усадочных раковин в прибыли V_р/V_п рассчитывается значение коэффициента k_v и по табл. 46 определяется значение поправочного коэффициента k₁ Тогда

V_р/V_п = η_тeop k₁ (4.28)

Технологический выход годного литья определяют по номограмме, показанной на рис. 35. Для этого мысленно продлевают параллельно оси абсцисс линию от точки, соответствующей окончательно принятому значению V_п/V_у, до пересечения с кривыми ТВГ. На этих линиях находят точку, соответствующую ранее определенному отношению V_р/V_п , и опускают вниз перпендикуляр до пересечения с осью ТВГ. Если отливка питается не одной прибылью, а несколькими, то при определении ТВГ следует принимать значение V_п/V_у , относящееся к отливке в целом, а отношение V_р/V_п принимать либо по среднему значению для нескольких прибылей, либо по минимальному значению, если оно резко не отличается от среднего значения.