19. Закон непрерывности потока жидкого сплава в каналах литейной формы; шлакозадержание и тонкая очистка сплавов элементами литниковой системы (формулы, рисунки)

По закону непрерывности потока через любое сечение канала протекает одинаковое количество металла: S₁V₁ = S_x V _x = S₂V₂, а . Тогда , или или S₁/S₂=V₂/V₁.

В этом случае вся статическая энергия переходит в кинетическую, и поток не оказывает на стенки никакого давления – струя свободная (рис.1,а).

а – свободной струей; б – струей с избыточным давлением;

в – струей с разряжением

Рис.1. Течение расплава по стояку

Если расплав протекает по заполненному каналу (рис.1,б) с начальным сечением, то скорость истечения через сечение S₂ определяют по формуле: , но S₁^//S₂>S₁/S₂, поэтому или S^/₁/S₂=V₂/V₁. Последнее неравенство выполняется при V₁^/<V₁. Следовательно, если в сечение S₁^/ скорость меньше теоретической, то статическая энергия h₁ не полностью превратилась в кинетическую, а в сечение S₁ оставшаяся часть энергии создает избыточное давление. Давление будет по всему каналу, так как в каждой точке S^/_x>S_x, но с увеличением скорости потока с V^/₁ до V₂ оно постепенно снижается. В сечении вся энергия потока превращается в кинетическую и .

В рассмотренном случае через канал протекает металла больше, чем теоретически должно протекать через сечение S₂ при свободном истечении.

В том случае, если металл течет в канале с начальным сечением S^/₁<S₁ (теоретического), тогда S^//₁<S₂, то , или S^//₁/S₂<V₂/V₁. Последнее неравенство выполняется, если V^//₂>V₂. Это возможно, если действующее давление, направленное против течения расплава, создает разрежение в канале.

Такие изменения давления и скорости в разреженном (вакуумное) канале возникли бы, если стенки формы были газонепроницаемыми, например, металлическими.

В песчаных формах разрежение уравновешивается подсосом воздуха, газов и паров из пористой формы, т.е. приводит к возникновению дефектов в отливках. Поэтому на практике стреляться конструировать литниковые системы, работающие под избыточным давлением.

Узкое сечение литниковой системы определяет пропускающую способность всей системы (питатель, как правило), если сечение питателя S₄, то через него за секунду протекает металла: . Такое же количество протекает через всю систему: S₄V₄ = S₃V₃ = S₂V₂ = S₁V₁ = V.

Диаметр сечения влияет обратнопропорционально на скорость:

V1 – min	V4 – max
S1 – max	S4 – min

Как правило, в формах применяют стояки с избыточным давлением, которое создается в конических каналах с углом при вершине 40°.

Если уровень металла в чаще снижается, то могут произойти следующие явления (рис.3):

- канал становится вакуумным, т.к. давление металла над сечением S₁ равно 0, и шлаки, воздух увлекаются в стояк (рис.3,а);

- в сечении S₃ поток металла отрывается от стенок и падает свободной струей, канал работает как незаполненный (рис.3,6);

- при небольшом импульсе к вращению металл над сечением S₁ приходит во вращение с угловой скоростью . Образуется завихрение, поверхности которого загрязнения поступают в форму (рис.3,в).

а – образование воронки и занос металла в стояк; б – отрыв струи от стенок формы; в – вихреобразование в стояке; г – стекание металла по стенкам стояка

Рис.3. Заполнение стояка при различном гидростатическом напоре в

чаше

При значительном понижении уровня металла в чаше сечение S₁ вообще не заполняется, а металл стекает по стенкам вместе с загрязнениями.