где G - масса отливки; р - плотность металла; т- время заполнения формы, определяемое из технологических соображений; m и п - коэффициенты.
Скорость течения в шлакоуловителе должна быть такой, чтобы поток металла не мог увлечь за собой частицы, уже всплывшие в его верхнюю часть. Это становится возможным, если скорость потока не превосходит некоторую предельную величину. В гидротехнических исследованиях установлено, что если скорость потока воды, текущей по ложу из мелкого песка, не превосходит 35 см/с, песок не будет размываться. Исследования Б. В. Рабиновича показали, что для шлаковых частиц диаметром dm\n = 1 мм в потоке из жидкого чугуна критическая скорость, не могущая их извлечь из пристеночного слоя, составляет 40 см/с. Обозначим эту критическую скорость через Кш. кр. Тогда соотношение размеров сечений шлакоуловителя и литника, соответствующее
условиям задержания шлаковых частиц, определится равенством |
|
||
К |
I/ |
|
|
G /6 |
|
(6.51) |
|
F„ |
p m - n - VmKp |
|
|
|
|
||
Примем: VmK|, = 40 см/с; для жидкого чугуна р |
= 0,0068 кг/см3; п =1,35 и |
||
m = 2,0. Тогда |
G УI |
|
|
£ш |
I/ |
(6.52) |
|
1,0-С'6, |
|||
К 0,0068 |
1,35-2,0-40 |
|
|
где G - масса отливки, кг. |
|
|
|
Полагая, что в выражении (6.48) правая и левая части равны друг другу, и |
|||
решая его относительно длины, получим |
|
|
|
LJU_ = |
_^,uçp ______ |
(6.53) |
|
*M 5 ^ ^ ^ 4 ..-P-Vmxr
Примем: dm\n= 1/до; д, = 6,8 г/см3; рш= 2,3 r/cMJ; Р = 0,2; Уш.кр=40 см/с.
Тогда
HI _ |
|
40 |
|
г = 32 |
(6.54) |
h |
|
(i о _ 9 ^ |
J |
||
U 5f981 |
|
|
|||
|
- — |
0,1 - 0,2 • 40 |
|
||
|
|
6,8 |
|
|
|
Таким образом, длина шлакоуловителя, на котором частицы диаметром больше 1 мм могут задерживаться, должна быть не меньше 32 высот.
Выражения (6.52) и (6.54) позволяют ориентировочно определить размеры шлакоуловителей. Практически применяемые размеры этого элемента имеют тот же порядок величин.
6.9.Конструкция литниковой системы для создания условии задержания неметаллических частиц
Наряду с выбором необходимых размеров шлакоуловителя условием задержания частиц является полное заполнение каналов литниковой системы. Литниковые системы, соответствующие этому требованию, называются
запертыми (рис. 6.21, б и в). Если в каналах литниковой системы образуется свободная поверхность, шлаковые частицы будут транспортироваться по ней в полость формы. Литниковая система, в которой образуется свободная поверхность, называется незапертой (рис. 6.21, а).
подводом литниковых систем
Считается, что для получения запертой литниковой системы необходимо, чтобы каждый последующий элемент имел сечение меньше предыдущего. Более надежно это условие может быть выполнено путем установки на пути жидкого металла порога, обеспечивающего заполнение распределительного канала снизу (рис. 6.21, в).
При литье из легких цветных сплавов, в которых всплывание неметаллических частиц не происходит, основным требованием к литниковой системе является спокойный ввод металла в полость формы. Многие из компонентов (Al, Zn, Si и др.) этих сплавов легко окисляются; их интенсивное перемешивание усиливает окисление. Для обеспечения спокойного заполнения рекомендуется применение незапертых литниковых систем и расширение сечений их элементов от стояка к отливке.
При литье из стали заливка форм производится, как правило, из стопорного ковша. В этом случае шлаковые частицы легко отделяются от металла и не попадают в литниковую систему.
В табл. 6.11 представлены соотношения площадей сечения элементов литниковых систем, рекомендуемые для различных сплавов.
Таблица 6.11
Отношение площадей сечения элементов литниковых систем
______________ для различных сплавов__________ ______________
Сплав |
Литник |
Шлакоуловитель |
Стояк |
|
Серый чугун |
1 |
и |
1,2 |
|
Сталь |
1 |
1,1-1,2 |
1 |
|
Цветные сплавы, не |
1 |
0,8-1,5 |
1 |
|
склонные к окислению |
||||
|
|
|
||
Цветные сплавы, |
1 |
2-4 |
1 |
|
|
склонные к окислению
Кроме того, для отделения шлаковых частиц в литниковые системы встраивают специальные устройства. Основным принципом их работы является по возможности резкое снижение скорости потока жидкого металла на ограниченном участке, дающее возможность неметаллическим включениям всплыть и задержаться. Схемы специальных шлакоуловителей приведены на рис. 6.22.
Тормозящие и «поворотные» литниковые системы (рис. 6.22, а) разработаны В. И. Фундатором. Оми представляют собой серию поворотов под углом 90° в распределительном канале с переходом элементов, следующих один за другим из верхней полуформы в нижнюю, и наоборот. Такие повороты являются средством резкого замедления скорости потока.
Рис. 6.22. Схемы специальны х ш лакоуловителей: а - тормозящ ие элементы ; ô - дроссель; в - фильтрующ ая сетка
Дроссельная литниковая система (рис. 6.22, б), разработанная Б. В. Рабиновичем, позволяет осуществить торможение потока на небольшом участке, представляющем собой узкую вертикальную щель, следующую за местным расширением канала. Для площадей элементов дроссельной литниковой системы (стояк - дроссель - шлакоуловитель - литник) рекомендуется следующее соотношение: F CT / F ,ip / F m;l / F im = 1,8/1/1,6/1,04.
Сетки, имеющие форму диафрагм с 3-10 отверстиями, диаметром 5-12 мм устанавливаются на пути потока металла. Такие сетки (рис. 6.22, в) не должны рассматриваться как обычные фильтры, так как размеры их отверстий много больше, чем обычные шлаковые частицы.
В отливках из легких сплавов отделение неметаллических частиц производят до заливки формы. Одним из наиболее надежных средств их отделения является фильтрация сплава при пропускании через слой размельченных материалов с размером частиц порядка 1 мм. В качестве материалов фильтра применяют магнезит и соли галогенов. Фильтрация происходит не столько за счет удерживания крупных частиц при прохождении расплава через каналы малых размеров, сколько за счет прилипания частиц окислов к материалам из фильтра.
Сужающиеся и расширяющиеся литниковые системы. Литниковые системы делятся на два типа - сужающиеся и расширяющиеся (рис. 6.23). В
сужающихся системах площади поперечного сечения каналов, по которым последовательно течет расплав, уменьшаются. Таким образом, в сужающихся системах имеет место следующее соотношение площадей поперечных сечений стояка, шлакоуловителя и суммы сечений питателей (литников):
^ , > ^ > 1 ^ - |
(6-55) |
В расширяющихся системах соблюдается обратное соотношение |
|
площадей поперечных сечений каналов: |
|
Fa <Fut<'£F„,. |
(6.56) |
Рис. 6.23. Сужающаяся (а) и расширяющаяся (б) литниковые
системы: ci —fç\ ^./пи -> ТцПГ, о — |
27пит |
Всужающихся системах обеспечивается обязательное заполнение всех каналов первыми потоками расплава (запертые литниковые системы). Поэтому
ссамого начала заполнения действует полный гидростатический напор Я, создающий большую линейную скорость расплава, вытекающего из литников в полость формы.
Врасширяющихся системах шлакоуловитель не может заполниться первым потоком расплава, поскольку имеет большую площадь поперечного сечения, чем стояк. Поэтому вытекание расплава происходит с небольшой линейной скоростью, создаваемой малым напором h в шлакоуловителе. Через некоторое время в расширяющейся системе может действовать полный напор Я. Это произойдет, когда уровень расплава в полости формы поднимется выше литников. Однако вытекание расплава с возникшей большой скоростью будет происходить под зеркало в полости формы так, что разбрызгивание и захват воздуха исключены. Для успешной работы расширяющихся литниковых систем очень важным является организация наполнения шлакоуловителя в начале заливки. В противном случае может происходить перемерзание расплава вследствие вытекания его из литников с очень малой линейной скоростью. Для достижения этой цели высоту литников делают небольшой (5-15 мм). В этом случае расплав может затечь в литник, только если его уровень в
шлакоуловителе превысит определенную величину Л, при которой
гидростатическое давление Р будет выше капиллярного, создаваемого поверхностным слоем, т. е.
(6.57)
где р - плотность расплава; g - ускорение свободного падения; а - прочность поверхностного слоя; 8 - половина толщины (высоты) литника, имеющего вид плоской щели.
Для жидких алюминиевых сплавов, имеющих р= 2500 кг/м‘\ сг^ 1Дж/м2, при 5= 0,003 м получаем h > cr/pg8 = 14 мм. Таким образом, обеспечивается минимальный начальный уровень расплава в шлакоуловителе, который примерно в 2 раза превышает высоту литников: 28 = 6 мм. До этого момента будет происходить наполнение шлакоуловителя, и только потом расплав войдет в литники и потечет в полость формы. В этих условиях имеется возможность задержать в шлакоуловителе загрязнения даже в первом потоке расплава и обеспечить равномерное поступление расплава по всем литникам.
6.10. Жидкотекучесть металла и заполняемость форм
Литейное свойство жидкого металла, характеризующее его способность заполнять форму, называют жидкотекучестью.
Если расплав обладает низкой жидкотекучестью, то при заполнении формы для тонкостенных крупногабаритных отливок движение металла прекратится раньше, чем она будет заполнена. Полученный дефект называется недоливом и не может быть исправлен.
Если при заполнении формы металлом с низкой жидкотекучестью образуются встречные потоки, поступающие из различных литников или частей формы, они могут не слиться. В этом случае в отливке нарушается сплошность, возникает «неслитина», при небольшом размере этот дефект может быть вырублен до чистого металла и заварен.
Определение жидкотекучести происходит на технологических пробах, представляющих собой модель плохо заполняющейся отливки. Такие формы имеют длинный измерительный канал малого сечения. Жидкотекучесть измеряется длиной заполненной части канала. Существуют следующие методы
ееопределения.
1.Пробы с горизонтальными прямоугольными измерительными
каналами (рис. 6.24, я).
Они имеют обычно цилиндрический канал диаметром 5 мм, выполняемый в песчано-глинистой форме. Металл поступает в канал из буферного резервуара, заполняемого из литниковой воронки. Проба должна быть установлена строго горизонтально. Воспроизводимость определения жидкотекучести на такой пробе низкая (от 2 до 15 %).
2. Проба с вертикальным прямоугольным измерительным каналом или U-проба (6.24, б).