Метод Л.А.Щегловитова

При регулировании продолжительности заливки форм с литниковыми системами 1–3 типов с помощью специальных стаканчиков (рис.14.7) расчет регулирующего отверстия при заливке углеродистой стали в не подогретые формы может производиться следующим образом.

Рассчитывается оптимальная продолжительность заливки формы:

, (14.19)

где t – оптимальная продолжительность заливки, с;

d – преобладающая или средняя толщина стенки отливки, мм;

S – коэффициент продолжительности заливки, равный

при температуре металла 1580–1610 °С для оболочек, изготовленных на жидком стекле 1,27 ± 0,15 и на этилсиликате 1,65 ± 0,07;

m – масса металла отливок и литниковой системы.

Затем определяется скорость подъема уровня металла в блоке отливок при расчетной относительной продолжительности заливки:

, (14.20)

где V – скорость подъема уровня металла, мм/с;

– высота блока отливок, мм;

и требуемая минимальная скорость подъема металла в форме:

, (14.21)

где h₀ – максимальная высота отливки, мм/с;

R – половина толщины отливки, мм;

T – перегрев над температурой ликвидуса, °С.

Качественное заполнение формы достигается при

V ≥V₁. Если это условие обеспечивается, расчет диаметра регулирующего отверстия производится по формуле:

, (14.22)

где – диаметр отверстия, см.

Чтобы ускорить приведенные выше расчеты, предлагаются следующие номограммы.

Номограмма (рис. 14.8) для определения оптимальной продолжительности заливки построена по формуле (14.19). Для определения оптимальной продолжительности заливки необходимо соединить принятые по шкале А и Б значения, S и d, затем точку пересечения на шкале В соединить с отложенной на шкале Г массой m, тогда точка пересечения на шкале Д укажет искомое значение t.

Номограмма (рис. 14.9) для определения необходимой минимальной скорости подъема уровня металла в форме построена на основе формулы (14.20). При использовании номограммы необходимо соединить значения толщины стенки отливки на шкале " d " со значением температуры заливаемого металла на шкале " T_з ", затем провести прямую линию между полученной точкой на шкале "0" и значением высоты отливки на шкале " h₀ ", продолжение этой прямой до шкалы " V " укажет искомое значение скорости подъема уровня металла.

Номограмма (рис. 14.10) для определения диаметра регулирующего отверстия, построена по формуле (14.22). Искомое значение диаметра отверстия указывается на шкале С номограммы при соединении прямой линии отложенных на шкалах А и В значений массы блока отливок и оптимальной продолжительности заливки формы.

Для расчета литниковых систем 4 типа, выполняющих функцию подвода металла в форму, можно воспользоваться методикой, предложенной Н.Н. Лященко, которая состоит в следующем:

– определяется массовая скорость заливки по эмпирической формуле:

, (14.23)

Рис. 14.8 – Номограмма для определения оптимальной продолжительности заливки металла

Рис. 14.9 – Номограмма для определения скорости подъема уровня металла в форме

Рис. 14.10 – Номограмма для определения диаметра регулирующего стаканчика

где W – массовая скорость заливки, кг/с;

k – коэффициент, равный при подводе металла сверху 0,05, при подводе металла сбоку – 0,06, при подводе металла снизу – 0,08;

– наибольшая протяженность тонкой стенки отливки, мм;

d – толщина тонкой стенки отливки, мм

Площадь суженного сечения или требуемый напор, находятся из известного уравнения:

,

, (14.24)

где F_у – площадь суженного сечения, см²;

– гидравлический напор в суженном сечении, см;

m – коэффициент расхода, принимаемый по Н.Н. Лещенко,

равным 0,8–0,9, если энергией, падающей из ковша струи, можно пренебречь и 1,4–1,5, если энергию падающей струи необходимо учесть;

r – плотность жидкого металла, г/см³;

g – ускорение силы тяжести, см/с².

Следует отметить, что хотя формула (14.24) отражает гидравлическую картину заполнения формы, по приведенным выше рекомендациям, правильно рассчитывать узкое сечение литниковой системы не всегда удается. Для расчета необходимо знать действительные значения коэффициента расхода для различных типов литниковых систем. Рекомендуемые же значения велики и к тому же одинаковы для схем с различными гидравлическими сопротивлениями.

Например, ориентировочный расчет по справочным данным и известной формуле:

, (14.25)

где – сумма потерь, характеризующих местное сопротивление на пути металла, с учетом лишь потерь на 2 повороте на 90°, без учета потерь на расширения, сужения и трение в литниковой системе и отливке, дает для системы 4 типа (рис. 18):

m = 0,45.

Следовательно, для рассматриваемого случая сечение суженного отверстия будет примерно в 2 раза меньше необходимого.

14.4 Расчет литниково – питающей системы с полым стояком

Метод Л.А.Щегловитова

Для расчета литниково – питающих систем 5 типа рекомендуется следующая методика /4/.

Толщина стенок полых стояков Æ 70 – 120 мм и высотой до 300 мм, обеспечивающих плотность отливок из стали 35Л – 45Л не менее 7,82 г/см³, с учетом температуры заливки, рассчитываются по формулам:

, (14.26)

, (14.27)

, (14.28)

где Z_c – приведенная толщина стояка, мм;

d_в – толщина стенки сверху, мм;

d_н – толщина станки стояка внизу, мм;

Z₀ – приведенная толщина отливки, мм;

k₁, k₂ – коэффициенты, учитывающие температуру заливки, указанные в табл. 22.

Таблица 14.1 – Значения коэффициентов

При использовании стояка с цилиндрическими стенками (d_в=

d_н) переход от приведенной толщины стояка к толщине стенки осуществляется по формуле:

, (14.29)

где – средняя толщина стенки стояка, мм;

H – высота стояка, мм.

Для ускоренного определения толщин стояков рекомендуется номограмма (рис. 25), использование которой не представляет сложности.

Расчет сечения питателя отливок, заливаемых при температурах 1560–1640 °С, рекомендуется проводить по формулам:

, (14.30)

, (14.31)

где – приведенная толщина питателя, мм;

– диаметр круглого питателя, мм.

Корректировка размеров питателей с изменением температуры нецелесообразна, т.к. уменьшение сечения питателя, возможное при увеличении температуры заливки, ухудшает механическую прочность модельного блока, а увеличение сечения питателя при уменьшении температуры заливки в пределах 1560–1640°С не вызывает заметного повышения плотности и ухудшает условия отделения отливок от литниковой системы. Ускоренное определение приведенной толщины питателя может быть приведено по номограмме, рис. 14.12.

Оптимальная длина питателя, обеспечивающая достаточную плотность, прочность модельного блока и удобство отделения отливки, составляет 6–10 мм. С увеличением ее свыше оптимальных размеров наблюдается снижение плотности металла отливок вследствие более быстрого затвердевания длинного питателя. При необходимости, длина питателя может быть увеличена в некоторой степени, при одновременном увеличении его диаметра и повышении температуры заливки.

Изменение среднего диаметра стояка в наиболее рациональных для производства пределах 60–120 мм, при сохранении неизменными температуры заливки и остальных параметров литниковой системы не оказывает заметного влияния на плотность отливок, т.к. скорость затвердевания отливок и стояка изменяются при этом незначительно (от 0,021 до 0,022 мм/с, для Z₀ =5,82 мм; Z_c =5,1 мм; T₃ =1580°С).

Допустимое количество отливок, отливаемых на литниковой системе с кольцевой прибылью может быть рассчитано по формуле:

Рис. 14.11 – Номограмма для определения

приведенных толщин питателя и стояка систем типа V

Рис. 14.12 – Номограмма для определения толщин

стенок полного стояка

(14.32)

где n_m – максимальное допустимое количество отливок на стояке, шт;

m – масса одной отливки, г;

r – плотность качественного металла, г/см³;

Д – диаметр стояка, по средней линии, см;

Н – высота стояка, см;

– толщина стояка вверху, см;

– толщина стояка внизу, см;

– высота прибыли–воронки, см;

– толщина прибыли–воронки, вверху, см;

k ₃ – коэффициент, учитывающий эффективность питания от стояка в зависимости от температуры заливки.

Коэффициент, учитывающий эффективность питания равняется:

, (14.33)

где a – коэффициент, учитывающий количество усадочных раковин и пор в стояке и прибыли–воронке, допустимое при качественном питании отливок, расположенных на данном стояке и при данной температуре заливки;

r – коэффициент объемной усадки металла за период до конца затвердевания.

Допустимое количество отливок, отливаемых на литниковой системе с прямоугольной прибылью–воронкой, может быть рассчитано по формуле:

, (14.34)

где – средняя толщина стояка, см;

– средняя толщина прибыли–воронки, см;

L – длина прибыли–воронки, см.

Так как определяется обычно раскладкой отливок на поверхности стояка, то неизвестные размеры прибыли–воронки и могут быть получены по формулам:

, (14.35)

. (14.36)

При малых величинах и , их следует увеличить до размеров, обеспечивающих удобство заливки.

Расчет высоты прибыли–воронки может проводиться из условия обеспечения необходимого гидростатического напора для заполнения верхнего ряда отливок по формуле:

, (14.37)

где – высота прибыли–воронки, см;

– высота отливки от кромки питателя до наивысшей точки отливки, см;

s – поверхностное натяжение, для углеродистой стали,

равное 2,5 Н/м;

Q– угол смачивания металлом стенок формы, для стали –180°;

R – половина толщины стенки отливки, см;

r – плотность расплавленного металла, г/см³;

g – ускорение силы тяжести, см/сек.

В формулах (14.32) ч (14.37) влияние температуры заливки на эффективность питания учитывается коэффициентом k₃, для определения которого предварительно были найдены значения коэффициентов b и a.

Коэффициент объемной усадки от конца заливки до конца затвердевания b может быть установлен, как сумма коэффициентов объемной усадки при затвердевании и в жидком состоянии. Так как сокращение объема жидкой углеродистой стали при охлаждении до температуры кристаллизации составляет 1,5% на 100 °С перегрева, а при затвердевании – в среднем 3,5 %, то коэффициент b составляет:

b = 0,035 + 0,00015 T_п (14.38)

где T_п – температура перегрева металла над температурой ликвидуса в момент окончания заполнения формы, °С.

Коэффициент a был установлен экспериментальным путем.

Можно рекомендовать значения коэффициентов указанные в табл. 14.2.

Таблица 14.2 – Значение коэффициентов

Поиск по сайту: