2. Расчет литниково-питающей системы

Одним из важнейших условий получения качественной отливки является правильное устройство литниковой системы.

Правильно построенная литниковая система должна удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и питание отливки в процессе ее затвердевания;

- способствовать получению отливок с точными размерами, без поверхностных дефектов;

- расход металла на литниковую систему должен быть минимальным;

- способствовать направленному затвердеванию отливки;

- обеспечивать удобство формовки и легко отделяться от отливки.

Исходя из предварительной компоновки отливок в форме, располагаем две отливки горизонтально с подводом питания в торец.

Расчет литниково-питающей системы осуществляем по методу Озанна-Диттерта [2]. Для сужающихся литниковых систем, площадь наименьшего сечения Fn находят по формуле:

, (4.1)

где G – масса отливки с литниковой системой, кг;

ρ – плотность заливаемого расплава, кг/м³;

τ – продолжительность заливки формы, с;

μ – коэффициент расхода расплава, учитывающий потери на трение, повороты в литниковой системе;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Нр – расчетный статический напор, м.

Значение коэффициента расхода литниковой системы (μ) определяют по справочным таблицам. Для чугуна при заливке в сырую форму применяют μ = 0,35 – 0,50; в сухую – 0,41 – 0,60.

Для расчета принимаем следующие данные: G = 175 кг (с учётом припусков и уклонов); ρ = 7100 кг/м³; μ = 0,4; g = 9,8 м/с².

Продолжительность заливки формы (τ) определяют по формулам, полученным в результате обобщения опыта работы различных литейных цехов. Для сложных по конфигурации, тонкостенных отливок массой до 500 кг время заливки рекомендуется определять по формуле:

, (4.2)

где S — коэффициент, зависящий от толщины стенки отливки; при толщине стенок 2,5 – 3,5; 3,5 – 6,0 и 8 – 15 мм соответственно равен 1,66, 1,85 и 2,2.

По формуле (4.2) определяем время заливки:

с.

Расчетный статический напор Н_р зависит от типа литниковой системы, положения отливки в форме, способа заливки и других факторов и определяется из соотношения:

, (4.3)

где Н₀ — высота стояка от уровня металла в литниковой воронке или чаше до места подвода металла в форму, м;

Р — расстояние от верхней точки отливки до уровня подвода расплава в форму, м;

С – высота отливки в форме, м.

По формуле (4.3) определяем статический напор Н_р:

м.

По формуле (4.1) рассчитываем площадь сечения питателя (F_п):

м²;

м².

Площади сечений других элементов литниковой системы для отливок из серого чугуна рассчитываем из соотношения:

F_п : F_шл : F_ст = 1 : 1,2 : 1,4, (4.4)

где F_шл — площадь сечения шлакоуловителя;

F_ст — площадь сечения стояка в самом узком месте.

Определяем площади сечения шлакоуловителей и стояка для двух отливок из соотношения (4.4):

Находим массу питателей и шлакоуловителей:

Массовый расход металла можно определить из выражения:

, (4.5)

где G – масса отливок в форме, кг;

τ – продолжительность заливки, с.

Продолжительность заливки (τ) определяется по формуле (4.2).

По формуле (4.5) определяем массовый расход металла m_{τ ср.}:

По значению m_{τ нач.} выбираем номер и размеры литниковой воронки, при массовых расходах до 10 кг/с применяют формованные литниковые чаши (рисунок 1.3), номер и размеры которых определяем по номограмме (рисунок 1.2, б) и таблицы 1.5 [2]: Чаша № 3: d_ст.в.= 40 мм, масса металла в чаше = 21,5 кг, a = 240 мм, b = 140 мм, c = 80 мм, e = 40 мм, f = 8 мм, g = 24 мм, g´ = 16 мм H = 130 мм, i = 5 мм, k = 32 мм, k´ = 24 мм, l = 32 мм, m = 45 мм, R_bx = 10 мм, p = 56 мм.

На рисунке 4.1 представлен эскиз формованной литниковой чаши-нарощалки, обеспечивающей расход металла до 10 кг/с.

Рисунок 4.1 – Эскиз формованной литниковой чаши-нарощалки, обеспечивающей расход металла до 10 кг/с

Высота стояка Н_ст = 300 мм. По ГОСТ 3212-92 определяем величину уклона – 20´ и 3,65 мм, тогда нижний диаметр стояка d_н = 40 + 7,3 = 47,3 мм.

Определяем массу стояка:

Масса литниковой чашы-нарощалки известна из таблицы 1.6 [1]: 21,5 кг.

Таким образом, масса литниковой системы будет равна:

Определив массу литниковой системы, по формуле (4.2) уточняем время заливки, а по формуле (4.1) – площадь сечения питателя.

_{Уточняем площади сечений шлакоуловителя и стояка:}

_{Уточняем массу питателя и шлакоуловителя:}

По формуле (4,5) уточняем массовый расход металла m_{τ ср.}:

Номер литниковой воронки не изменился, следовательно, не изменилась и масса стояка и литниковой воронки.

Таким образом, уточнённая масса литниковой системы будет равна:

%, что меньше чем 3 %.

На основании полученных результатов: расчета литниково-питающей системы, определения припусков на механическую обработку и других литейно-модельных указаний, а также исходя из выбранной технологии изготовления отливки «Стакан» с использованием пакета SolidWorks 2012, были построены 3D модели отливок с литноково-питающей системой формы в сборе (рисунок 4.2), которые необходимы для выполнения моделирования литейных процессов.

Рисунок 4.2 – Форма в сборе