Глава 2. Применение дифференцированного охлаждения для управления процессом направленного затвердевания.

Для оценки эффективности использования комбинированных формовочных смесей, обеспечивающих направленное затвердевание, и определение размеров обечайки в работе будут приведены три варианта расчёта направленного затвердевания:

- сечение обечайки при изготовлении её в песчано-глинистой форме;

- сечение обечайки при изготовлении её в хромомагнезитовой форме;

- сечение обечайки при изготовлении её в комбинированной форме.

Главным критерием оценки направленного затвердевания отливки является приращение приведённой толщины R. ( R=V/F, где V – объём затвердевающего металла; F – площадь его охлаждения)

Сечение отливки по высоте разбиваем на зоны, протяжённость которых принимали равной 4..5 R отливки. Сечение отливки показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Сечение обечайки.

Модуль отливки – это «приведённая толщина» условной отливки, время затвердевания которой в форме из какой-то смеси, охлаждающая способность которой взята за эталон, равно времени затвердевания реальной отливки в форме из смеси, охлаждающая способность которой может отличаться от эталонной.

Влияние условий охлаждения на время затвердевания отливки одной и той же приведённой толщины выражается через величину модуля как отношение коэффициентов затвердевания отливки k для условий её охлаждения в форме из эталонной смеси и материала, имеющего другие теплофизические характеристики.

Величину этого модуля определяют по выражению:

,

Где k_э – коэффициент затвердевания отливки в форме из эталонной смеси; k₁ – коэффициент затвердевания отливки в форме из заданной смеси.

За эталонную смесь принята песчано-глинистая смесь с b_ф = 1,6*10³ (Вт*с^1/2/м² *⁰С).

Абсолютная величина модуля М меньше или равна R для условий более интенсивного охлаждения и, наоборот, для теплоизоляционных и экзотермических условий М R. Для эталонных условий в песчано-глинистой форме M=R.

, где F- площадь охлаждения металла, а Р – периметр .

2.1. Определение технологических параметров отливки обечайки при изготовлении её в песчано-глинистой форме.

Разбиваем отливку на зоны и определяем приведенную толщину R в нижней части отливки с высотой 500 мм и толщиной 200 мм.

Т.к. конструкционная толщина равна двум приведенным толщинам, то приведенная толщина R=100мм.

При значении коэффициента k=8,2, определяем значение модуля М и время по рисунку 2.

Рисунок 2. Номограмма для определения модуля М и времени затвердевания отливки в зависимости от её приведенной толщины и условий охлаждения.

При R=100 мм и k=8,2, модуль М=100 мм и время затвердевания =150мин.

Определяем толщину R во второй части отливки, высота которой равна 400 мм. R₁=61 мм. Находим R₂.

_.

Величину технологического напуска определяем по рисунку 3.

Рисунок 3.Технологический напуск для различных значений .

Величина =40мм.

Находим R₂.

мм.

По рисунку 2 находим значение М= 120 мм и время =200 мин.

Аналогично рассчитываем значение R, M и для остальных участков.

Для третьего участка высоте =300 мм, величина технологического напуска =25 мм. Отсюда по рисунку 2 величины равны R=133 мм, М=133, =210 мин.

Для четвертого участка высотой 300 мм, величина технологического напуска =25мм, отсюда значения R=146 мм, М=146, =240 мин.

Для пятого участка высотой 350 мм, величина =30 мм, значения R=161 мм, М=161, =360 мин.

Для шестого участка высотой 350 мм, величина технологического напуска =30мм, отсюда R=176 мм, М=176, =460 мин.

Для седьмого участка высотой 300 мм, величина технологического напуска =25 мм, отсюда R=188 мм, М=188, =550 мин.

Результаты расчётов показываем на рисунке 4.

Рисунок 4. Сечение отливки при изготовлении её в песчано-глинистой смеси.

Результаты расчётов заносим в таблицу 2.

Таблица 2. Расчетные данные параметров направленного затвердевания плиты.

№ сечения	Песчано-глинистая смесь
	R	М
1	100	100	150
2	120	120	200	40
3	133	133	210	25
4	146	146	240	25
5	161	161	360	30
6	176	176	460	30
7	188	188	530	25

Приведенная толщина отливки на уровне 500 мм от края (сечение 1) будет равна 100 мм. При следующем приращении, равном 400 мм приведенная толщина увеличится до 120 мм. В подприбыльной зоне (сечение 7) величина R составит 188 мм.

Время затвердевания на уровне 500 мм от края равно 150 мин, на следующем уровне 200 мин. В подприбыльной зоне время затвердевания равно 530 мин.

Т.к. песчано-глинистая смесь принята за эталонную смесь, то приведенная толщина R будет равна модулю отливки М.

Отливка изготовлена в данной смеси будет охлаждаться долгое время (530 мин) и направленное затвердевание будет обеспечиваться только за счёт технологического напуска.