книги / Теория литейных процессов

(77= = ^)/ , где Кур - объем усадочной раковины), который связан с объемами

отливки К0 и прибыли Кп, а также с коэффициентом объемной усадки сплава е следующим соотношением:

где Кур = (К 0 + К „ ) е - объем усадочной раковины и пор в прибыли.

Сложность этого метода расчета прибылей заключается в корректировке Кп/К 0 в зависимости от полученного по номограмме допустимого значения ц и ТВГ. В связи с этим чаще используют готовые скорректированные и предло­ женные авторами расчеты в виде табличных соотношений основных парамет­ ров отливки и прибылей. Этим методом в отсутствии табличных соотношений пользуются в упрощенном виде с последующей общепринятой корректировкой ТВГ.

Последовательность расчета прибылей по методу П. Ф. Василевского без учета вышеизложенных положений сводится к следующему:

определяется R0(по чертежу);

определяется Лп, используя соотношения (11.98) и (11.99); определяется объем прибыли в зависимости от принятой геометриче­

ской формы по расчетному значению Л„;

рассчитывается количество N устанавливаемых прибылей из условия получения плотной отливки по горизонтали,

где гпи г\ - радиусы соответственно действия и нижнего основания прибыли, м; гк - краевой (торцевой) эффект, м; L0- размер (длина или ширина) отливки, м.

При N, незначительно превышающем 1, целесообразно предусматривать одну увеличенную в диаметре или удлиненную прибыль, если по ширине про­ ходит одна.

Проверяется возможность получения плотной отливки по вертикали из

гк - краевой эффект от нижней стенки отливки, м; Я0 - высота отливки, м.

Если условие (11.101) не выполняется, требуется предусмотреть доста­ точный уклон или технологическое пополнение.

Технологическим выходом годного при литье принято называть отноше­ ние массы отливки Мотл к массе металла, расходуемого на изготовление этой

Мою +Мп + Млс +М пт

где Мп - масса прибылей на отливке; Млх - масса литниковой системы, прихо­ дящаяся на одну отливку; Мпот - масса сливов, облоев, скрапа и безвозвратных потерь За счет угара при плавке.

Сумма, стоящая в знаменателе формулы (11.102), дает массу металлозавалки на одну отливку. Величина ТВГ зависит от рода сплава, типа, размеров и массы отливок, их сложности и др. Средний выход годного составляет: для чу­ гунного литья - 70-75 %; для стального литья - 58-65 %; для цветного литья - 45-65 %. Как показывает формула (11.102), ТВГ существенно зависит от расхо­ да металла на прибыли. Повышение его является важной техникоэкономической задачей.

Авторы работы В. И. Швецов и В. М. Александров предлагают рассчиты­

которое сравнивается с нормируемым для подобных отливок. При заниженных значениях ТВГ принимается решение об использовании какого-либо способа повышения эффективности работы прибылей (Б. Б. Гуляев, В. М. Александров).

Расчет прибылей по методу Й. Пржибыла применим для многих линей­ ных сплавов. Более надежные результаты он дает в случае образования концен­ трированных усадочных раковин. Объем прибыли Уш м3 находится по уравне­

где Р - отношение объема прибыли к объему усадочной раковины (F„/K>p); е у - часть объемной усадки сплава, принимающая участие в формировании усадоч­ ной раковины; У0- объем питаемого узла, M J

Для определения Уп по данному уравнению необходимо выделить в от­ ливке узлы питания и рассчитать объем У0каждого из них. Величины еу и р для разных сплавов и способов литья приведены в табл. 11.3.

Для отливок из сталей и высокопрочного чугуна рекомендуется прини­ мать еу = 0,045, а у? в зависимости от вида прибыли:

р= 10-12 - давление в прибыли ниже атмосферного;

Р= 9-10 - давление в прибыли равно атмосферному;

Р= 8-9 - теплоизолированные прибыли;

Р= 6-7 - обогреваемые прибыли.

Из найденного объема Уп рассчитываются размеры прибыли. Предпола­ гается, что площадь основания прибыли равна площади питаемого узла. При этом отношение высоты прибыли Яц к ее диаметру Д п ориентировочно должно быть равно 1,7-2,0 для открытых прибылей; 1,25-1,50 - для закрытых прибы­ лей на отливках из стали и высокопрочного чугуна; 1,25-1,50 - на отливках из цветных сплавов. Для шаровых прибылей

Значения E V и /?

Для прогнозирования эффективности работы прибылей рассчитывается /?п и приближенный ТВГпо (11.102) или (11.103).

При последовательном затвердевании отливки в тепловом центре или в тепловых узлах отливки формируется сосредоточенная усадочная раковина. При объемном затвердевании внутри двухфазной зоны формируется рассеянная пористость в результате отделения друг от друга последних порций затверде­ вающего расплава, который подвергается усадке.

Общий объем усадочной раковины можно выразить соотношением

У —у 4- у

где Vp - объем сосредоточенной усадочной раковины; К„ - объем рассеянной пористости.

Несмотря на разнообразие конкретных подходов, обобщенная сущность

где Vn - объем «предельной» прибыли; V0 - объем питаемого узла; Г0- геомет­ рические параметры, характеризующие конфигурацию питаемого узла; Гп - ха­ рактеристика выбранной конструкции прибыли; Ум - характеристика усадоч­ ных свойств металла; Тр - уровень требований к качеству отливки (например, плотность); Ф - факторы, описывающие относительную интенсивность охла­ ждения прибыли по сравнению с питаемым узлом (Л. И. Мамина).

Если классифицировать все формы узлов питания к двум простым конфи­ гурациям (типа плиты или типа бруска, цилиндра), то зависимости для расчета зон действия прибыли /пр, мм, и торцевого /т, мм, для узлов питания типа плиты составят

Зона действия прибыли может быть увеличена на 30-40 % при подводе металла из литниковой системы непосредственно под прибыль. Ввиду того, что на процессы затвердевания и питания отливок оказывают влияние многие фак­ торы, разработано и используется на практике множество различных методов расчета объема и геометрии прибылей для определенных типов отливок и спла­ вов. Существует ряд приближенных универсальных методов расчета, примени­ мых для обширной группы литейных сплавов. Один из таких методов - метод Р. Намюра - дает довольно точные параметры прибылей для сплавов с неболь­ шой двухфазной областью кристаллизации (углеродистые и легированные ста­ ли, высокопрочные чугуны и т. д.).

1--£[•

Для расчета объема прибыли по методу Намюра необходимо, прежде все­ го, найти объем питаемого узла V0 и его эффективную суммарную площадь по­ верхности охлаждения SQ(за исключением поверхности контакта узла с прибы­ лью и со смежными частями отливки). Выбранный узел питания разбивают на элементарные объемы, поверхности, для которых рассчитывают суммарный объем, дм*\ и площадь поверхности узла, дм2:

Тогда приведенный размер узла питания составит

( 11.110)

Влияние конфигурации прибыли учитывается через безразмерный крите­ рий - фактор формы прибыли со (табл. 11.5), который вычисляют для каждого класса геометрически подобранных прибылей по формуле со = Ни / Dn, где Du - диаметр основания прибыли; Ни - высота прибыли.

Расчет высоты прибылей по их объему

Ориентировочно можно принимать следующие значения со: для отливки стальной и из высокопрочного чугуна: прибыли открытые - 1,70-2,00; закрытые - 1,25-1,50;

для отливки из цветных металлов - 1,25-1,50.

Относительная эффективность охлаждения отдельных поверхностей и сопряжений питаемого узла по сравнению с плоской стенкой учитывается при расчете Vn через поправочный коэффициент

где Но = 2Я, - суммарная протяженность отдельных ребер, кривых поверхностей в узле питания (табл. 11.6).

Величину п (фактор влияния свойств сплава и формы), которая необходима для расчета Я0, определяют из соотношения

где рме, ptp- удельные веса сплава и формы, кг/м3; Смс, Сф - теплоемкость сплава и формы, кДж/(кг К); W - теплота плавления металла, кДж/кг; АТ - перегрев сплава над ликвидусом, К (АТ = /зал - tn); Тп - температура на поверхности контакта отливка-форма (при литье в песчаные формы Т равна /с), К.

При расчете объема прибылей необходимо учитывать относительный объем усадочных раковин, возникающих в узле питания. Объем усадки еу зависит от свойств сплава, температуры и скорости заливки, размеров питаемого узла, типа формы и т. д. Существует множество расчетных методов определения объема усадочных раковин, их формы. Усадку можно учитывать по рекомендуемым значениям ev.

После расчета Vn определяют, исходя из размеров и конфигурации

(11.110) рассчитывают суммарные У0, 50 и /?0, затем определяют поправочный коэффициент tfo(ll.lll).

Для этого вначале находят коэффициент свойств сплава и по (11.112) и по табл. 11.6 выбирают поверхности, ребра, узлы сопряжений, для которых

рассчитывают соответствующие Я, и их сумму Я0 (табл. 11.6) для неплоских поверхностей (рис. 11.23).

На следующем этапе выбирают тип прибыли, коэффициенты формы прибыли со и усадки еу .

4

1 №0.

Рассчитывают объем прибыли Vu по формуле (11Л07), выбирают радиус г или площадь F нижнего основания прибыли в зависимости от конфигурации и размеров питаемого узла и определяют высоту прибыли Яп.

11.8.Организация процесса питания путем регулирования работы прибылей

Регулирование работы прибылей производится тепловым и механическим методами. Расход металла на прибыли в случае стали составляет от 15 (для слитков) до 100 % (для фасонных отливок) от массы литой заготовки. В то же время объем усадочной раковины, для ликвидации которой прибыли предназначены, не превосходит 4 %. Остальной металл требуется для поддержания источника питания в виде бассейна жидкого металла до конца затвердевания отливки. Любое сокращение скорости охлаждения металла в прибыли должно позволить соответственно уменьшить ее объем.

Теплоизоляционные прибыли. Они осуществляются путем засыпки зеркала жидкого металла теплоизолирующими порошками. В простейшем случае это сухой песок, в других случаях - малотеплопроводные смеси - отходы производства слюды, вермикулит и др. Такая засыпка уменьшает величину m до значений 0,6-0,8.

Еще больший эффект дает одновременное оформление боковой поверхности прибыли теплоизолирующим огнеупорным материалом. При литье в песчаные формы это достигается путем заключения прибыли в стаканы из пеношамота или другого материала. При литье в металлические формы прибыли всегда оформляют стержнями.

Еще более эффективным средством, чем теплоизоляция, является обогрев прибылей. Предложен ряд методов обогрева прибылей стальных отливок, в особенности слитков.

Метод засыпки экзотермическими смесями. Эти смеси используют для изготовления стаканов, оформляющих прибыли. Смеси разогреваются под действием протекания в них реакций с большим тепловым эффектом. Реакции начинаются под действием контакта с расплавленным металлом. Смеси включают следующие компоненты:

1)горючие - обычно алюминий в порошке;

2)окислитель - обычно окислы железа в виде руды или окалины или

азотнокислые соли; 3) замедлитель реакции, необходимый для того, чтобы реакция горения

продолжалась по возможности в течение всего периода затвердевания отливки; 4) связующую добавку, необходимую в том случае, если из смеси

изготовляется часть формы; она может также служить замедлителем реакции. Два типичных состава экзотермических смесей, применяемых на

стальных отливках, приведены в табл. 11.7.