дый новый элемент расширяется (сжиматься он не может). Если он беспрепят ственно выкатывается в прибыль, значит, принцип направленного затвердева ния выполнен.
Рис. 11.15. Разделение отливки на узлы питания (а)
и метод выкатывания шарика (б)
Прибыли классифицируются по расположению относительно узла пита ния отливки, по способу формовки (рис. 11.16, а) и по конфигурации (рис. 11.16, б).
По расположению относительно узла питания прибыли делятся: на пря мые, или верхние У; отводные, или боковые 2; в том числе групповые, питаю щие несколько отливок 3. По способу формовки прибыли делятся: на открытые Уи закрытые 2. По конфигурации - на цилиндрические 4, плоские 5, сфериче ские б и фигурные 7.
11.7. Инженерные методы расчета усадочных раковин н прибылей
Расчеты усадочных раковин, приведенные в 11.3 и 11.4, не обладают не обходимой гибкостью для получения технологических решений.
Прибыли всегда являются простыми телами, чаще всего цилиндрической формы, с небольшим отношением высоты к диаметру. Это позволяет принять следующие положения для расчета усадочной раковины в отливке с прибылью:
1. При переходе сплава из жидкого состояния в твердое его объем уменьшается на величину а, определяемую по формуле (11.57);
2.Зональная пористость в отливке не учитывается;
3.Затвердевание отливки со всех ее поверхностей, в том числе с верхней, определяется законом квадратичного корня;
4.Образующая области усадочной раковины есть прямая линия. Положим, что отливка вместе с прибылью представляет собой простое
тело объемом V и радиусом R. Образующая область усадочной раковины в верхней части прибыли имеет форму конуса высотой z (рис. 11.17, а).
Рис. 11.17. Схемы к расчетам областей усадочных рако вин: а - отливка из чистого металла; б- отливка из сплава,
кристаллизующегося в широком интервале температур; в - отливка с прибылью
Уравнение для расчета области усадочной раковины в дифференциальной
форме можно написать следующим образом: |
|
Qdy = adV + Qwdv, |
(11.61) |
где у - текущая координата, которой соответствуют радиус зеркала жидкого металла /• и площадь этого зеркала Q \ T - время; w - скорость затвердевания ме талла сверху на расстоянии у от верхней поверхности.
Учитывая положение п. 4, уравнение (11.61) можно привести к алгебраи
ческому равенству |
|
Sz= aV+ StocpTo, |
(11.62) |
где S - площадь горизонтального сечения области усадочной раковины, сред няя для всей ее высоты z; ivcp - средняя скорость затвердевания сверху, при ближенно определяемая как скорость затвердевания на половине высоты облас ти усадочной раковины; г0 - общее время затвердевания тела; V -общий объем тела.
Левая часть равенства представляет собой полный объем области усадоч ной раковины, первый член правой части - объем усадочной раковины, второй - объем мостов.
Если затвердевание с боковой и нижней поверхностей отливки определя ется законом квадратичного корня с коэффициентом затвердевания К, то время затвердевания отливки будет
В случае отливки из сплава, кристаллизующегося в интервале темпера
тур, область усадочной раковины |
будет представлять |
собой не обыч |
||
ный, а усеченный конус с меньшим диаметром 2г (рис. 11.17, б). |
|
|||
Тогда время затвердевания на уровнеz |
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
II |
1 О? |
1) |
(11.74) |
а средняя площадь сечения |
1 |
К |
] |
|
|
|
|
|
|
п |
яК2 (л |
*> |
(11.75) |
|
S = ---- (1 + /7+ |
Г Г |
|||
где р =1+ п +п2 |
3 v |
|
|
|
|
|
|
|
|
Равенство для расчета глубины области усадочной раковины в цилиндри |
||||
ческом теле приобретает вид |
|
|
|
|
3aV |
|
aV |
\ 2 |
(11.76) |
2npR2 |
npR2 |
+ m2R2(\-n)2 |
||
|
|
|||
При /7 = 0 вновь получается равенство (11.73). Для расчета областей уса |
||||
дочных раковин в чугунных |
отливках |
величины а и п |
определяются |
|
по рис. 11.14; для открытых прибылей т = 1,3, для закрытых т = 1,1. Многочисленные расчеты размеров областей усадочных раковин в отлив
ках из стали, цветных сплавов, чугуна показали, что равенства (11.73) и (11.76) дают вполне удовлетворительную для проектирования технологических про цессов точность.
Полученные формулы являются решением прямой задачи и применимы к отливке с прибылью известных размеров. В действительности приходится ре шать обратную задачу - определять размеры прибыли по известным размерам отливки.
Определим размеры прибыли для отливки объема V0 диаметром 2R (рис. 11.17, в). Обозначим искомую высоту прибыли через h и площадь ее сече ния через F. Примем, что отношение глубины области усадочной раковины z к высоте прибыли h равно <т. Тогда
z = a h , |
(11.77) |
где а - коэффициент запаса, он должен быть меньше единицы.
Запас необходим для учета объема загрязненного металла, собирающего ся под усадочной раковиной, направлен на возможный небольшой недолив прибыли при заполнении формы и для компенсации неточностей расчета.
Объем прибыли |
|
Vn = hF. |
(11.78) |
Суммарные объем отливки и прибыли |
|
V= V0+ Vn. |
(11.79) |
Из равенств (11.77), (11.78) и (11.35) с учетом (11.79) получаем