книги из ГПНТБ / Разумов, В. Н. Технология литейного производства учеб. пособие

— отливки типа горизонтально расположенных плит, фланцев, дисков;

— отливки типа вертикально расположенных плит, цилиндров, ступиц, зубчатых венцов.

Для первой группы диаметр прибыли всегда будет меньше ширины питаемой отливки и его приходится по­ этому выбирать по толщине отливки. Чтобы усадочная раковина из прибыли не проникла в тело отливки, мож-

Рис. 36. Схемы для определения зоны действия прямых прибылей, рекомендованные А. А. Рыжиковым и В. Н . Савейко

но проверить ее действие методом вписанных изотерм, как показано на рис. 37.

Проведя такую проверку и подтвердив ее производ­ ственными данными, П. Ф. Василевский рекомендует для первой группы отливок принимать диаметр прибы­ ли равным:

—при толщине отливки 6= 50 мм от 1,8 до 2,5 б;

—при толщине отливки б=*1000 м от 1,1 до 1,25 б. Сочленение таких прибылей с отливкой осуществляют

обычно формовочной галтелью на переходе от отливки к прибыли.

Для второй группы отливок по данным П. Ф. Васи­ левского диаметр прибыли рекомендуется брать в пре­ делах от 1,4 до 2,7 б, причем большие значения берутся для более высоких отливок. Сочленение прибылей с от­ ливками осуществляется с использованием технологиче­ ских напусков, обеспечивающих направленное затверде-

80

ванне и питание отливки. Выбирать форму напуска луч­ ше всего методом вписанных окружностей, как показано на рис. 38. Для очень высоких плит и цилиндров на­ пуск можно выбирать по графику, полученному экспе­ риментально Р. У. Раддлом. Невысокие отливки часто питаются прибылью без напуска.

Рис. 37. Проверка размеров прямых прибылей методом вписанных изотерм

Боковые прибыли применяют чаще всего тогда, ког­ да более массивные узлы отливки располагаются в нижней или средней части формы и установить над ними прямые прибыли не удается. Боковые прибыли

Рис. 38. Оформление прибылей для вертикально располо­ женных плит и цилиндров

широко используются при машинной формовке сравни­ тельно мелких отливок из стали и ковкого чугуна, так как такую прибыль можно формовать по модели, закреп­ ленной на подмодельной плите. К ней легко подвести питатели литниковой системы и тем самым обеспечить наиболее горячий расплав в полости прибыли. Боковые прибыли часто применяют при литье из серого чугуна потому, что их легче отделять от отливок.

При конструировании боковых прибылей необходи­ мо строго следить за тем, чтобы металл не затвердевал в прибыли и в переходе от прибыли к отливке раньше, чем затвердеет металл в отливке. Для обеспечения та­ кого направленного затвердевания П. Ф. Василевский рекомендует следующие соотношения размеров боковых прибылей:

Рис. 39. Конструкции современных боковых прибылей

—диаметр прибыли в зоне сочленения с отливкой от 1,8 до 2,5 толщин питаемого узла отливки Г;

—высота перехода от отливки к прибыли от 1,3 до

1,7 Т\

—ширина перехода от отливки к прибыли от 1,2

до 1,5 Т\

—длина перехода (шейка прибыли) минимально возможная. Длина зоны действия боковой прибыли при­ нимается равной 4— 6 Т.

При применении боковых закрытых прибылей, уста­ новленных в нижней части отливки, может возникнуть нежелательный эффект обратного питания, когда рас­ плав будет подаваться не из прибыли в отливку, а на­ оборот из отливки в прибыль. Это явление наблюдается при недостаточной высоте прибыли и при достаточно массивных стенках отливки выше питаемого узла. В по­ следнем случае боковые прибыли надо применять со­ вместно с холодильниками, чтобы обеспечить направ­ ленное затвердевание от питаемого узла отливки к при­ были.

Если учесть сказанное выше, то современные конст­ рукции боковых прибылей можно представить подобны­ ми показанным на рис. 39.

82

В закрытых прибылях затвердевшая корка металла образует плотный и достаточно прочный сосуд, внутрь которого не проникают воздух и газы из стенки формы. При образовании внутри этого сосуда усадочной рако­ вины создается разрежение, ухудшающее условия пода­ чи расплава из прибыли в отливку. Правда внутри уса­ дочной раковины полного вакуума не создается, все же разрежение достигает значительных величин и ухудша­ ет условия питания отливки расплавом из прибыли. Чтобы устранить вакуум в усадочной раковине, закры­ тые прибыли выполняют с коническим углублением в верхней части или, при более крупных прибылях, сверху в полость прибыли вставляют стержень из смеси песка с органическим крепителем. Формовочная смесь в коническом углублении быстро нагревается от зали­ того металла, и затвердевшая корка около нее образу­ ется значительно позже. Усадочная раковина в этом случае соединяется с атмосферой через поры смеси. Стержень, вставленный в закрытую прибыль, также соединяет полость усадочной раковины с атмосферой, кроме того, из стержня при его нагреве начинают выде­ ляться газы, что способствует сохранению в усадочной раковине атмосферного давления. Вот почему такие прибыли называют прибылями с атмосферным давле­ нием.

П. И. Ямшанов со своими коллегами с Уралмашзавода предложил применять прибыли со сверхатмосфер­ ным давлением. Они могут быть прямыми и боковыми, но обязательно закрытыми. Для создания сверхатмос­ ферного давления в прибыль вставляется керамический патрон с газообразующим зарядом. Чаще всего в каче­ стве заряда используют мел, который при нагреве до 750—800° С разлагается с выделением углекислого газа. Выделение газа должно начинаться тогда, когда на по­ верхности прибыли и всей отливки образуется плотная корка затвердевшего металла, а в литниковой системе металл затвердеет полностью. Выделяющийся из кера­ мического патрона газ создает в полости усадочной ра­ ковины избыточное давление, и питание отливки значи­ тельно улучшится. Давление облегчит борьбу не только с концентрированными усадочными раковинами, но и с усадочной пористостью в отливках. Период выделе­ ния газа регулируется подбором толщины керамическо-

го патрона и величины заряда. Чтобы патрон прогревал­ ся жидким расплавом в течение всего периода питания отливки из прибыли, его устанавливают так, чтобы он

требуют очень четкого соблюдения предусмотренного расчетом режима заливки и затвердевания отливки.

Рис. 40. Закрытые прибыли с атмосферным и езерхатмосферпым давлением

В противном случае выделение газа либо запоздает и намеченный эффект не будет достигнут, либо расплав будет выброшен из формы, а отливка окажется пустой, если выделение газа начнется ранее предусмотренного

удалять. Стремление литейщиков облегчить процесс их удаления привело к созданию конструкций легкоотделяемых прибылей. Для чугунного литья, чтобы получить легкоотделяемую прибыль, часто достаточно сделать ее с небольшим пережимом в основании. Такой пережим позволяет отбивать прибыль молотом или специальным бойком без разрушения самой отливки. Для сталей и других вязких сплавов в основании прибыли прихо­ дится делать глубокий тонкий надрез с помощью спе­ циального стержня. Чем тоньше стержень, тем меньше его влияние на режим питания отливки прибылью, тем

84

меньше можно сделать отверстие в этом стержне для пе­ редачи расплава из нрибыли в отливку, тем легче отделится прибыль. Минимальная толщина стержня ли­ митируется технологическими возможностями его изго­ товления, прочностью стержня, жесткостью (отсутстви­ ем коробления при нагреве) и способностью отводить газы, образующиеся в материале стержня при нагрева-

Рис. 41. Конструкции современных легкоотделяемых прибылей

нии от залитого расплава. Вот почему для малых при­ былей рекомендуется стержень выполнять из тонкой ме­ таллической пластины, покрытой с обоих сторон тол­ стым слоем формовочной краски и хорошо просушенной перед употреблением. Для более крупных прибылей ча­ ще всего используют стержни из шамотной смеси с про­ калкой перед употреблением. Конструкции легкоотделяемых прибылей при этом приобретают вид, показан­ ный на рис. 41.

Рассмотренные конструкции прибылей не исчерпы­ вают всех предложенных и возможных вариантов. Одна­ ко они вполне характеризуют те идеи, которые берутся в основу конструирования прибылей и пользуясь ими, можно всегда найти необходимое решение при разработ­ ке конкретной технологической задачи.

Выбрав конструкцию прибыли, можно приступить к расчету ее размеров. Методов расчета прибылей пред­ ложено очень много. Их можно разделить на три основ­ ные группы:

85

— расчеты с помощью практически установленных таблиц и графиков;

—расчеты с помощью эмпирических и полуэмпирических формул;

—теоретически обоснованные расчеты.

Расчет с помощью практически установленных таб­ лиц лучше всего рассмотреть на предложенном П. Ф. Ва­ силевским и проверенном в условиях Уралмашзавода методе расчета прибылей для стальных отливок. В осно­ ву таблиц П. Ф. Василевского положено следующее со­ отношение (без учета расхода металла на литники)

Г— выход годного в процентах от залитого ме­ талла.

Объем прибыли находится из равенства

Таким образом, для определения массы и объема прибыли надо знать массу отливки и соответствующую ей оптимальную величину выхода годного Г. Последняя определяется с помощью специальной таблицы. В част­ ности, рекомендуется принимать:

Установив процент выхода годного по таблице, на­ ходим массу и объем всех прибылей для данной отлив­ ки. Используя данные о рекомендуемых соотношениях размеров выбранной конструкции прибылей и зоне дей­ ствия каждой прибыли, находим объем каждой прибы­ ли и их общее количество. Если при сверке объем всех прибылей соответствует полученному по таблицам зна­

86

чению выхода годного, то прибыли сконструированы правильно. Если соответствия нет, то надо произвести соответствующую корректировку в размерах прибылей, обеспечив табличное значение выхода годного.

Расчет с помощью полуэмпирических формул осно­ вывается на практическом изучении формы усадочных

Рис. 42. Расчетные схемы для прибылей стальных и чугунных отливок

раковин. Наиболее полно этот метод разработан А. Д . Поповым. Он установил, что при нормальных ус­ ловиях заливки в открытой прибыли образуется сверху утяжина, а под ней — усадочная раковина в виде пря­ мого конуса (цилиндрическая прибыль). Диаметр осно­ вания конической усадочной раковины обычно равен 0,5—0,6 dnp, где с?Пр — диаметр самой прибыли. При за­ ливке чугуна форма усадочной раковины приобретает вид усеченного конуса с диаметром в основании, равным

рис. 42 показаны схемы прибылей и усадочных рако­ вин в стальных и чугунных отливках по данным А. Д . Попова.

Если принять утяжину сферической формы, то мак­ симальная глубина утяжины определится из равенства

87

/іут— максимальная глубина утяжины.

Для практических расчетов можно использовать бо лее простое приближенное уравнение

яd2

4

где d — диаметр основания прибыли.

Высоту конической усадочной раковины для сталь­ ных отливок можно определить с помощью уравнения

Для чугунных отливок, где усадочная раковина име­ ет форму усеченного конуса, высоту раковины находят из равенства

рается на основании рассмотренных выше правил конст­ руирования прибылей.

Теоретический анализ дифференциального уравне­ ния, описывающего образование усадочной раковины, сделан А. А. Рыжиковым и Б. Б. Гуляевым. В частности, для простейшего случая затвердевания металла в ци­ линдрической отливке А. А. Рыжиков получил следую­ щее дифференциальное уравнение

2гос (у — ух) ndx + гос2ndyx — гос2dy.

В этом уравнении коэффициент п характеризует величи-

88

ну объемной усадки металла в жидком виде и во время затвердевания. Остальные величины характеризуют тол­ щину затвердевшего слоя отливки и приращения его за время dx в соответствии с расчетной схемой, приве­ денной на рис. 43.

Рис. 43. Расчетная схема А. А. Рыжикова для определения формы усадочной рако­ вины

Решение подобных дифференциальных уравнений даже для простейших случаев требует введения ряда допущений, что не дает возможности повысить точность результатов расчета по сравнению с ранее приведенны-

Рис. 44. Общий вид расчетных кинетических кривых расхода масс при заливке и затвердевании металла и питания отливки прибылью

ми методами. В то же время решение таких уравнений позволяет с большей точностью определять форму уса­ дочных раковин и возможность их проникновения в те­ ло отливки из полости прибыли. Поэтому ими пользу-

89