Зона действия прибыли может быть увеличена на 30-40 % при подводе металла из литниковой системы непосредственно под прибыль. Ввиду того, что на процессы затвердевания и питания отливок оказывают влияние многие фак торы, разработано и используется на практике множество различных методов расчета объема и геометрии прибылей для определенных типов отливок и спла вов. Существует ряд приближенных универсальных методов расчета, примени мых для обширной группы литейных сплавов. Один из таких методов - метод Р. Намюра - дает довольно точные параметры прибылей для сплавов с неболь шой двухфазной областью кристаллизации (углеродистые и легированные ста ли, высокопрочные чугуны и т. д.).
Объем прибыли, дм3, определяют из соотношения |
|
|
V |
4 - ^ г ) |
(11.107) |
____ |
||
1--£[•
Для расчета объема прибыли по методу Намюра необходимо, прежде все го, найти объем питаемого узла V0 и его эффективную суммарную площадь по верхности охлаждения SQ(за исключением поверхности контакта узла с прибы лью и со смежными частями отливки). Выбранный узел питания разбивают на элементарные объемы, поверхности, для которых рассчитывают суммарный объем, дм*\ и площадь поверхности узла, дм2:
K0 = IFi, |
(11.108) |
SQ= Z Sh |
(11.109) |
Тогда приведенный размер узла питания составит
( 11.110)
Влияние конфигурации прибыли учитывается через безразмерный крите рий - фактор формы прибыли со (табл. 11.5), который вычисляют для каждого класса геометрически подобранных прибылей по формуле со = Ни / Dn, где Du - диаметр основания прибыли; Ни - высота прибыли.
Расчет высоты прибылей по их объему
Ориентировочно можно принимать следующие значения со: для отливки стальной и из высокопрочного чугуна: прибыли открытые - 1,70-2,00; закрытые - 1,25-1,50;
для отливки из цветных металлов - 1,25-1,50.
Относительная эффективность охлаждения отдельных поверхностей и сопряжений питаемого узла по сравнению с плоской стенкой учитывается при расчете Vn через поправочный коэффициент
г |
|
|
|
|
|
V |
1 |
1+ |
|
1 + 4 |
|
|
|
А |
/ |
1 |
! |
/ |
н а ) |
|
|
где Но = 2Я, - суммарная протяженность отдельных ребер, кривых поверхностей в узле питания (табл. 11.6).
Величину п (фактор влияния свойств сплава и формы), которая необходима для расчета Я0, определяют из соотношения
п = Рж( ^ +СжЛТ) |
(11.112) |
РфСфТ’п |
|
где рме, ptp- удельные веса сплава и формы, кг/м3; Смс, Сф - теплоемкость сплава и формы, кДж/(кг К); W - теплота плавления металла, кДж/кг; АТ - перегрев сплава над ликвидусом, К (АТ = /зал - tn); Тп - температура на поверхности контакта отливка-форма (при литье в песчаные формы Т равна /с), К.
При расчете объема прибылей необходимо учитывать относительный объем усадочных раковин, возникающих в узле питания. Объем усадки еу зависит от свойств сплава, температуры и скорости заливки, размеров питаемого узла, типа формы и т. д. Существует множество расчетных методов определения объема усадочных раковин, их формы. Усадку можно учитывать по рекомендуемым значениям ev.
После расчета Vn определяют, исходя из размеров и конфигурации
питаемого узла, размеры выбранной прибыли (см. табл. 11.5). |
|
|
||||
При |
расчете |
прибылей универсальным |
методом |
для |
отливки |
|
(рис. 11.20, а) выделяют |
центральный узел |
питания |
(рис. |
11.20, о) |
||
(М. В. Пикунов). |
|
|
|
|
|
|
Для |
расчета К0 |
и 5 расчленяют узел питания на простейшие объемы |
||||
(рис. 11.21) и поверхности |
охлаждения (рис. 11.22), по формулам |
(11.108)- |
||||
(11.110) рассчитывают суммарные У0, 50 и /?0, затем определяют поправочный коэффициент tfo(ll.lll).
Для этого вначале находят коэффициент свойств сплава и по (11.112) и по табл. 11.6 выбирают поверхности, ребра, узлы сопряжений, для которых
рассчитывают соответствующие Я, и их сумму Я0 (табл. 11.6) для неплоских поверхностей (рис. 11.23).
|
Г |
|
|
% |
4 |
|
a m |
|
|
“ Г |
|
П |
• |
4 W |
И |
||
|
- , 0 V1D г |
|
|
iWvo |
1 |
|
WOA |
|
Рис. 11.20. Отливка: а - общий вид; |
Рис. 11.21. Объемы отливки |
|
б -узел питания |
|
|
На следующем этапе выбирают тип прибыли, коэффициенты формы прибыли со и усадки еу .
4
1 №0.
Рис. 11.22. Поверхности охлаждения |
Рис. 11.23. Неплоские поверхности |
отливки |
охлаждения |
Рассчитывают объем прибыли Vu по формуле (11Л07), выбирают радиус г или площадь F нижнего основания прибыли в зависимости от конфигурации и размеров питаемого узла и определяют высоту прибыли Яп.
11.8.Организация процесса питания путем регулирования работы прибылей
Регулирование работы прибылей производится тепловым и механическим методами. Расход металла на прибыли в случае стали составляет от 15 (для слитков) до 100 % (для фасонных отливок) от массы литой заготовки. В то же время объем усадочной раковины, для ликвидации которой прибыли предназначены, не превосходит 4 %. Остальной металл требуется для поддержания источника питания в виде бассейна жидкого металла до конца затвердевания отливки. Любое сокращение скорости охлаждения металла в прибыли должно позволить соответственно уменьшить ее объем.
Теплоизоляционные прибыли. Они осуществляются путем засыпки зеркала жидкого металла теплоизолирующими порошками. В простейшем случае это сухой песок, в других случаях - малотеплопроводные смеси - отходы производства слюды, вермикулит и др. Такая засыпка уменьшает величину m до значений 0,6-0,8.
Еще больший эффект дает одновременное оформление боковой поверхности прибыли теплоизолирующим огнеупорным материалом. При литье в песчаные формы это достигается путем заключения прибыли в стаканы из пеношамота или другого материала. При литье в металлические формы прибыли всегда оформляют стержнями.
Еще более эффективным средством, чем теплоизоляция, является обогрев прибылей. Предложен ряд методов обогрева прибылей стальных отливок, в особенности слитков.
Метод засыпки экзотермическими смесями. Эти смеси используют для изготовления стаканов, оформляющих прибыли. Смеси разогреваются под действием протекания в них реакций с большим тепловым эффектом. Реакции начинаются под действием контакта с расплавленным металлом. Смеси включают следующие компоненты:
1)горючие - обычно алюминий в порошке;
2)окислитель - обычно окислы железа в виде руды или окалины или
азотнокислые соли; 3) замедлитель реакции, необходимый для того, чтобы реакция горения
продолжалась по возможности в течение всего периода затвердевания отливки; 4) связующую добавку, необходимую в том случае, если из смеси
изготовляется часть формы; она может также служить замедлителем реакции. Два типичных состава экзотермических смесей, применяемых на
стальных отливках, приведены в табл. 11.7.