s . J L 2F„
Icp
где Ficp - площадь средней плоскости отливки, м2. Эквивалентный размер в метрах
V
у ' _ Ч
Л in —
2F,1ср
где V] - объем отливки, м3
Для отливок второго класса критерий конфигурации
А" = ^~ или А" =
V47rFicc4 ’
где S1 - длина контура поперечного сечения данной отливки, м; S]0 - длина контура поперечного сечения эквивалентного цилиндра, м; F,CC4 - площадь поперечного сечения отливки, м2.
Эквивалентный радиус в метрах
Для третьего класса критерий конфигурации
Ат
фбтгУ- '
Эквивалентный радиус в метрах
Согласно выведенным формулам критерий конфигурации А для отливок неправильной формы всегда больше единицы. Это означает, что отливка неправильной формы при прочих равных условиях всегда затвердевает быстрее, чем отливка правильной формы (классической конфигурации). При А-> 1 отливка неправильной конфигурации обращается в отливку правильной конфигурации. Мерой несходства конфигураций различных отливок является критерий А. Величиной этого критерия определяется разница во времени затвердевания отливок неодинаковой конфигурации.
Преимущество этого метода расчета заключается в том, что с его помощью удается свести задачу о затвердевании отливки неправильной конфигурации к тем простейшим частным случаям, которые были рассмотрены выше.
Обратимся теперь к изучению законов затвердевания сложной отливки. Выше уже упоминалось, что в начальный период затвердевания (третья стадия) можно пренебречь взаимным тепловым влиянием различных частей отливки. При этом толщина £ корки относительно мала, поэтому процесс допустимо рассчитывать по простейшим формулам, выведенным для плоской отливки,
удалена (слой краски имел Хкр = 0,5 мм) на площади 0,5 см2. На рис. 10.21, б показаны изотермы затвердевания при сплошном слое краски на внутренней поверхности кокиля. Рис. 10.21, в соответствует случаю, когда на всем дне кокиля слой краски был тоньше, чем на боковых стенках.
Рис. 10.21. Изотермы затвердевания цинка в цилиндрическом стальном кокиле; цифры около кривых обозначают время выливания в секундах (30-240 с) и толщину затвердевшей корки в миллиметрах (1,5-65)
Из рис. 10.20-10.21 видно, что при самых разнообразных условиях охлаждения отливки затвердевание металла в начальный период происходит так, как будто отливка является плоской, а взаимное влияние различных частей (дна, стенок, мест с отличающейся интенсивностью теплообмена и т. д.) полностью отсутствует. Это подтверждает высказанную ранее мысль о свойствах тонкой отливки или тонкой корки. Именно поэтому процесс затвердевания сложной отливки в начальный период рассчитывается по формулам, выведенным для плоской стенки, причем на каждом участке формы берутся свои локальные значения коэффициента теплоотдачи.
По мере возрастания толщины Çкорки на законе затвердевания начинает сказываться влияние конфигурации отливки. На рис. 10.19 плоские изотермические поверхности начинают закругляться при г > 120 с, а на рис. 10.20 - при т> 20 с. Влияние конфигурации на процесс затвердевания становится заметным, когда толщина £ оказывается того же порядка, что и половина радиуса Л"] отливки.
При дальнейшем затвердевании отливки на ходе изотермических поверхностей начинает сказываться не только конфигурация, но и взаимное влияние частей. В результате места сопряжения различных поверхностей отливки заметно округляются.
Вторая половина процесса затвердевания сложной отливки (или ее выделенной части) практически не отличается от процесса затвердевания эквивалентной отливки соответствующего класса, так как изотермические поверхности в данной отливке приобретают правильную классическую конфигурацию изотермических поверхностей эквивалентной отливки (см. рис. 10.19 и 10.20). Расчет второй половины процесса ведется по методу эквивалентных отливок с помощью критерия конфигурации А.
Рассмотренный метод расчета законов затвердевания сложной отливки, безусловно, является грубо приближенным, однако в настоящее время трудно предположить что-нибудь другое.
Влияние холодильников. Затвердевание металла вблизи холодильников значительных размеров подчиняется общим законам, о которых говорилось выше. Когда площадь соприкосновения отливки с холодильником или участком поверхности формы, обладающей повышенной интенсивностью теплообмена (например, за счет уменьшения толщины слоя краски), невелика, можно предложить следующий приближенный метод расчета изотерм затвердевания, который основан на использовании принципа стабильности теплового потока.
Будем различать три класса поверхностей соприкосновения отливки и формы (речь идет об участках поверхностей с повышенной интенсивностью теплообмена).
Кпервому классу относятся участки поверхности, обладающие достаточно большими длиной и шириной по сравнению с толщиной затвердевшей корки. В этом случае толщина затвердевшей корки определяется изложенными -выше методами. В начальный период отливка данной конфигурации имеет корку такой толщины, как и плоская отливка.
Ко второму классу относятся участки поверхности, имеющие большую длину по сравнению с шириной поверхности (ширина поверхности меньше толщины затвердевшей корки). При этом поверхность допустимо приближенно рассматривать, как линейный сток тепла. В данных условиях изотермы затвердевания на некотором расстоянии от поверхности принимают цилиндрическую форму.
Ктретьему классу относятся участки поверхности с малыми длиной и шириной по сравнению с толщиной затвердевшей корки. Такая поверхность рассматривается как точечный сток тепла. При этом вдали от поверхности изотермы затвердевания принимают форму сферы.
При расчете изотерм затвердевания применительно ко второму и третьему классам поверхностей следует пользоваться формулами А. И. Вейника, которые были выведены для полого цилиндра и полого шара, затвердевающих изнутри. В качестве расчетного коэффициента теплоотдачи во
всех случаях выбирается его фактическое локальное значение а% относящееся к рассматриваемому участку FJ* поверхности. Расчетный радиус XI внутренней поверхности полых цилиндра и uiapa находится из условия равенства