Определение объема и размеров прибылей

⇐ ПредыдущаяСтр 28 из 34Следующая ⇒

Для определения объема прибылей чаще всего используют метод Намюра—Шкленника, позволяющий рассчитать объем прибыли практически для любых условий питания отливок:

где m - коэффициент неидентичности температуры металла в отливке и прибыли к моменту завершения заполнения литейной формы; R_э.т.у- эффективная приведенная толщина теплового узла отливки, м; Y - коэффициент неидентичности конфигурации прибыли и отливки; Z - коэффициент неидентичности условий охлаждения металла в прибыли и отливке; ξ - безразмерный коэффициент конфигурации прибыли.

Я. И. Шкленник подробно разработал методики определения параметров, входящих в формулу (7.1), в том числе для безразмерных коэффициентов m, ξ, Y, Z, а также параметров R_э.т.у и V_пит.

• Коэффициент m зависит от типа прибыли (проливные и сливные) и от удаленности прибыли от места подвода металла к отливке. При идентичности (одинаковости) температуры металла в отливке и прибыли m = 1. В проливных прибылях к моменту окончания заполнения полости литейной формы расплав всегда более разогрет, чем металл отливки, поэтому m < 1. С учетом того, что такие прибыли имеют короткую шейку сочленения со стенкой отливки, значение коэффициента m постоянно и m = 0, 9. Сливные прибыли, наоборот, заполняются более охлажденным расплавом, чем полости отливок, поэтому m> 1. При этом, чем удаленнее прибыль от питателя, тем сильнее это различие. Степень удаленности оценивают по отношению расстояния между прибылью и ближайшим питателем L_пр-пит к толщине отливки δ:

• Коэффициент конфигурации прибыли (безразмерный параметр) рассчитывают по объему V_пр и эффективной поверхности ее охлаждения F_пр.эф:

При этом все размеры прибыли выражают через диаметр или ширину ее основания D_пр, используя рекомендуемые для стального литья отношения высоты прибыли к диаметру ее основания Н_пр/D_пр:

для закрытых прибылей Н_пр/D_пр = 1, 20... 1, 25;

для открытых прибылей = 1, 8...2, 0.

При количественной оценке эффективной поверхности охлаждения прибыли из расчета исключают площадь ее стыка с отливкой. При этом ее эффективная площадь F_эф связана с геометрической площадью F_г соотношением:

где К_н — коэффициент интенсивности тепловых потерь излучением, величина которого для стали равна 3.

С учетом изложенного для закрытой цилиндрической прибыли при Н_пр = 1, 25D_пр имеем:

Для открытой цилиндрической прибыли при К_н = 3 и Н_пр = 2D имеем:

• Эффективная приведенная толщина теплового узла отливки

где V_т.у.— объем металла в тепловом узле, м³; F_э.т.у.- эффективная поверхность охлаждения теплового узла без учета площади стыка массивной части с остальными частями отливки и площади стыка отливки с прибылью, м

• Коэффициент неидентичности конфигураций отливки и прибыли Y представляет собой безразмерный коэффициент, учитывающий различные варианты сочетания конфигураций отливки и прибыли и позволяющий численно оценить разновременность их затвердевания при равно-великих приведенных размерах. Так, если продолжительность затвердевания отливки в виде шара принять за единицу, то отливки различной конфигурации при таком же приведенном размере будут иметь следующую относительную продолжительность затвердевания τ _отн:

Коэффициент Y представляет собой отношение значений относительной продолжительности затвердевания для конфигурации термического узла и прибыли:

Y = τ _отн.т.у/ τ _отн.пр.

Так, если отливка типа плиты питается цилиндрической прибылью, то Y = 1, 54/0, 95 = 1, 62. Для случая питания цилиндрической отливки такой же прибылью Y= 1, 00/0, 95 = 1, 05.

Коэффициент неидентичности условий охлаждения металла в прибыли и отливке Z учитывает различие в интенсивности отвода теплоты с поверхностей раздела прибыль—форма и отливка—форма и численно равен:

Z = q_пр/q_о,

где q_при q_о - удельные тепловые потоки через границы раздела прибыль—форма и отливка—форма соответственно, дж/(м² *с).

При литье в песчаные формы отношение тепловых потоков можно заменить отношением коэффициентов теплоаккумулирующей способности формовочных смесей, из которых выполнены стенки формы для прибыли и отливки:

Z = b_ф.пр/b_ф.о. (7.4)

При изготовлении всей формы из единой смеси b_ф.пр=b_ф.о и Z=1

В случае оформления полости прибыли теплоизолирующими вкладьааами b_ф.пр< b_ф.о и Z< 1. Так, вкладыши из теплоизолирующих смесей с асбестовой крошкой или древесной стружкой обеспечивают снижение b_ф до 940 Вт*с^1/2/(м² К). При этом, если форма изготовлена из песчано-глинистой смеси с коэффициентом b_ф = 1600 Вт*с^1/2/(м² К), то Z= 940/1600 = 0, 60. Если же форма изготовлена из хромомагнезитовой смеси с b_ф=3700 Вт*с^1/2/(м² К), то Z = 940/3700 = 0, 25.

При использовании для тех же целей экзотермических вкладышей из-за их разогрева после начала воспламенения экзотермической смеси теплоты от металла в прибыли отводится все меньше и меньше, т. е.

и .. В предельном варианте V_пр =3β V_пит. Это означает, что практически весь расплав из прибыли (почти 2/3 его объема) уйдет на компенсацию усадки исходного металла в полости отливки и прибыли. Но в этом случае существенно уменьшается металлостатический напор и питание отливки становится недостаточным. Кроме того, с увеличением диаметра прибыли роль экзотермического вкладыша ослабевает и при диаметре прибыли свыше 400 мм экзотермические прибыли по эффективности приближаются к теплоизолированным. С учетом изложенного для гарантии качественного питания отливок принимают Z= 0, 20...0, 50. При этом нижнее и верхнее значения Z необходимо применять при расчетах соответственно небольших и крупных прибылей.

При литье в кокиль отношение тепловых потоков можно заменить отношением коэффициентов теплопередачи:

где α _пр и α _о — коэффициенты теплопередачи через стенки кокиля, контактирующие соответственно с прибылью и отливкой, Вт/(м² К).

С учетом того, что рабочую поверхность кокиля покрывают тонкой краской, а поверхность прибыльной части более толстой и менее теплопроводной краской, имеем:

где Х_кр.о и Х_к.о — толщина краски на рабочей поверхности и толщина стенки основной части кокиля соответственно, м; Х_кр.пр и Х_к.пр - толщина краски и толщина стенки в прибыльной части кокиля соответственно, м; λ _кр.о и λ _кр.пр - теплопроводности красок для рабочей и прибыльной поверхностей кокиля соответственно, Вт/(м*с); λ _к.о и λ _к.пр — теплопроводности материалов кокиля для его основной и прибыльной частей соответственно, Вт/(м с).

Толстые слои краски плохо удерживаются на поверхности кокиля, поэтому возможности уменьшения Z за счет увеличения толщины краски ограничены. Вследствие этого в кокильном литье полость прибыли часто выполняют при помощи песчаных стержней. При этом принимают Z = 1/3, поскольку в песчаных формах стальные отливки затвердевают примерно в три раза медленнее, чем в металлических.

· Объем металла, питаемого прибылью V_пит равен объему всей зоны питания от данной прибыли. Масса этого объема металла равна массе питаемой части отливки, которая в свою очередь имеет объем V_п.ч.о. По этому значение определяемое по чертежу отливки, связано с величиной V_пит следующим соотношением:

где М_п.ч.о- масса питаемой части отливки, кг; ρ _т и ρ _ж - плотность металла в твердом и жидком состояниях, кг/м³; ε _л - коэффициент линейной усадки отливки.

Рассчитав объем прибыли V_пр с учетом принятых соотношений между диаметром D_пр и высотой H_пр прибыли, определяют их размеры.

Для закрытых цилиндрических прибылей при H_пр = 1, 25D_пр диаметр прибыли связан с его объемом соотношением:

Отсюда находим:

Для открытых цилиндрических прибылей при Н_пр = 2, оD_пр соответственно имеем:

Для боковых закрытых цилиндрических прибылей принимают большее значение отношения высоты к диаметру: Н_пр = 1, 5D_пр (обусловлено это тем, что боковые прибыли охлаждаются и с донной части). В данном случае имеем:

При этом в соответствии с условиями (7.3) приведенный размер шейки боковой прибыли R_ш и ее диаметр D_ш, рассчитывают по соотношениям:

а длину шейки находят по эмпирической формуле: L_ш = 0, 2D_пр.

При стыковке боковой прибыли с питаемой частью отливки необходимо разместить ее по высоте так, чтобы дно боковой прибыли было ниже дна шейки на величину h_пр= (0, 10...0, 12)D_пр.

Для призматических прибылей ширина прибыли D_пр равна толщине отливки в месте их стыка δ _о.ст. Последняя может быть равна номинальной толщине отливки (по чертежу) или больше нее на величину технологического напуска. Объем призматической прибыли равен произведению ее ширины D_пр, высоты H_пр и длины L_пр т. е. V_пр= D_прH_прL_пр Отсюда с учетом принятых соотношений между высотой и толщиной прибыли находим:

для закрытой прибыли

для открытых прибылей

ЛИТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

⇐ Предыдущая 23 24 25 26 272829 30 31 32 Следующая ⇒