РАСЧЕТ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПО ГАЗИФИЦИРУЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Конструирование и расчет параметров литниковой системы для литья по газифицируемым моделям проводится с учетом как общепринятых требований, так и процессов взаимодействия расплава с газифицируемой моделью и продуктами ее разложения. Литниковая система должна способствовать оптимальным условиям протекания этих процессов, создание необходимого газового режима в форме. При этом решающее влияние на качество отливки оказывает как конструкция литниковой системы, так и скорость подъема уровня расплава в форме.

Установлено, что наиболее благоприятный режим заполнения формы обеспечивает сифонный подвод металла. Он позволяет создать последовательное заполнение формы и газификацию модели. И хотя в ряде случаев такая литниковая система не обеспечивает желаемой технологичности, при использовании сыпучих наполнителей она единственно возможна. Для сплавов с температурой заливки ниже 750 °С можно применять литниковые системы любого типа. Для стальных отливок с массой до 13 кг так же возможен любой вид литниковой системы. Но литниковая система должна обеспечивать скорость течения расплава равную или больше скорости разрушения модели. В таком случае металл в литниковой системе будет находиться под давлением, что позволяет получить хорошее качество отливок.

Как и в обычных процессах литья, при литье по газифицируемым моделям расчет литниковой системы сводится к определению сечения ее узкого места из условий обеспечения оптимальной линейной скорости подъема уровня металла в форме.

15.1 Литниковые системы для чугунных и стальных отливок массой до 100 кг

Для отливок массой до 100 кг наилучшие условия создаются при использовании сифонной литниковой системы, незамкнутой в стояке. В такой системе узким является сечение стояка вверху в месте соединения с литниковой чашей, что обеспечивает постепенное повышение уровня металла в стояке при заливке формы. Это уменьшает колебание скорости подъема металла и давления летучих продуктов разложения модели в полость формы, предотвращаются выбросы металла в начальный момент заливки. Предлагается проводить расчет литниковой системы по следующей методике.

Определяется диаметр отверстия чаши по формуле:

, (15.1)

где – диаметр отверстия чаши, см;

– объемный расход металла из ковша, см³/с;

m– коэффициент расхода отверстия в чаше, равной

0,8–0,9;

– напор в чаше, см.

В упрощенном виде формула выглядит:

, (15.2)

Напор устанавливается по высоте чаши, принятой для литниковой системы. Объемный расход металла равен:

, (15.3)

где F₀ – характерное сечение отливки, см²;

– оптимальная линейная скорость подъема металла, м/с.

Величина F₀ определяет собой сечение отливки в плоскости, перпендикулярной направлению движения металла в форме, устанавливаемое по чертежу отливки с учетом положения при заливке. При изготовлении нескольких отливок на общей литниковой системе принимается сумма характерных сечений всех отливок. Оптимальные значения в см/с при толщинах стенки 10, 20 и 40 мм для чугуна соответственно равны 2,5; 2,0; 1,5; для стали - соответственно 5,0; 4,0; 3,0. Допускается отклонение от оптимальной скорости при заливке на 30–40 %.

Площадь поперечного сечения стояка (в см²) определяется по формуле:

, (15.4)

где k – коэффициент, равный 0,3–0,5;

m₀ – масса отливки, г;

r – плотность металла, г/см²;

h₀ – высота отливки, см;

– избыточный напор, обычно равный 8–10 см.

Площадь поперечного сечения питателя принимается:

– для массивных отливок

;

– для тонкостенных

или .

15.2 Литниковые системы для крупных чугунных отливок

Такая литниковая система должна обеспечить: подвод расплава в самые нижние по заливке части формы с газифицируемой моделью, исключать струйное течение расплава и связанное с ним образование застойных зон и мест скопления жидкой фазы продуктов разложения модели, приводящих к образованию газовых и коксогазовых раковин, также подъем расплава в форме с оптимальной скоростью. Для установления режима сплошного потока литниковая система должна быть расширяющейся, т.е., Σ F_n > Σ F_л.х. > Σ F_с,

где Σ F_n, Σ F_л.х. , Σ F_с – соответственно суммарные площади сечений питателей, литниковых ходов и стояков. Расчетные формулы:

, (15.5)

, (15.6)

где F – средняя площадь поперечного сечения модели в направлении перпендикулярном движению расплава, см²;

h₀ – высота отливки, см;

H_p – напор от уровня расплава в чаше до нижнего сечения

стояка, см;

– характерная толщина стенки отливки, см;

k – коэффициент, равный 2,2ч2,5, а для массивных отливок – 2,7ч2,8;

m – коэффициент расхода, равный 0,15ч0,3;

– скорость потока на выходе из питателей, равный 30 см/с.

Металл должен подводиться в месте, исключающем образование скоплений продуктов разложения модели, с помощью питателя в виде диффузора прямоугольного сечения, большая сторона которого располагается параллельно развитой горизонтальной поверхности формы. Необходимо выполнять промывники против питателей и закрытые питающие выпора.

15.3 Литниковые системы для магнитной формы с газифицируемой моделью

Магнитная форма по своим теплофизическим свойствам приближается к кокильной форме, следовательно необходимо учитывать влияние на характер заполнения, помимо процессов деструкции модели, ускоренного охлаждения расплава. Рассматриваемый метод [6] предложен для отливок из чугуна, заливаемых через замкнутую литниковую систему. Узким местом системы является площадь сечения питателей

(см²), определяемая по формуле:

, (15.7)

где m₀ – масса отливки, кг;

m – коэффициент расхода литниковой системы для полой

аналогичной формы;

t – время заполнения формы, с;

H_p – расчетный напор, мм;

j – коэффициент потери скорости, учитывающий наличие модели в магнитной форме.

Коэффициент m устанавливается по справочным данным. Расчетный напор H_p определяется для случая истечения жидкого металла с переменным напором. При этом начальный напор H_c устанавливается по формуле:

H_р = 0,28 (H_c – h₀), (86)

где h – потери напора на преодоление давления парогазовых продуктов разложения модели, см;

h₀ – высота отливки, см.

Коэффициент j определяется в случае h > 0,28 (H_c – h₀) по уравнению:

j = –1,85 + 2,3 T₀ + (0,038 – 0,031 T₀) Г, (15.9)

где T₀ – относительная температура заливаемого расплава

T₀=(T_з – T_с)× (T_л – T_с),(15.10)

где T_з, T_с, T_л – температуры заливаемого расплава, ликвидуса

сплава и окружающей среды соответственно, °С;

Г – газопроницаемость противопригарного покрытия модели, см⁴/г с.

При h < 0,28 (H_c – h₀) коэффициент j определяется

из формулы:

j = – 0,52 + 1,21 T₀, (15.11)

Время определяется из уравнения:

, (15.12)

где – скорость подъема металла в форме, равная 10–30 мм/с (меньшее значение относится к отливкам с толщиной стенки 40 мм, большее – со стенкой – 10 мм).

Поиск по сайту: