Литейное производство

 

                                 G = 1.2 · n · (Gотл + Gприб1 + Gприб2)                                    (6.5)

                                       

                  где   G_отл=10,33 кг, масса отливки;

                          n = 2 шт., количество отливок в форме.

Получаем:

                                         

                     G = 1.2 · 1 · (10,33 + 0,4 + 8,28) = 45,62 кг                      

                   

Время заполнения

(6.6)                                   

 

 

где   S=1,6 , коэффициент, учитывающий толщину стенок отливки;

        δ = 30 мм, толщина стенки отливки, мм.

Получаем:    

                      

                                    

 

   

Определяем  скорость подъёма уровня металла в форме  по формуле:       

                                 

(6.7)

 

 

где   Нотл=98 мм,  высота отливки;

                  τ= 17,764 с, время заливки.

Получаем:                                  

                           

                           

6.2.2 Выбор типа литниковой системы и определение ее элементов

         

          В соответствии с принятой  горизонтальной схемой формовки  принимаем подвод металла в  форму по разъёму формы.

         Такой подвод  металла обеспечивает заполнение  нижней части отливки сверху, а верхней части отливки снизу.  Данная литниковая система удобна  при выполнении её в форме.

         Литниковую систему проектируем  из воронки, стояка, шлаковика, зумпфа и 4 – х питателей. 

6.2.3  Расчёт коэффициента расхода

 

                                    

   (6.8)

                                       

где Σξi – местные сопротивления литниковой системы.

     

           Местные  сопротивления состоят из следующих составляющих

          1) Потери из-за углов поворота. Принимаем угол поворота между  стояком и шлакоуловителем 90 º,  а также между шлакоуловителем  и питателями по 90º получаем, что  ξпот 1.1•1+1,1·4=5,5 (учитываем один шлакоуловитель и 4 питателя).

                   2) Резкие изменения сечений каналов.  Учитывая соотношение для мелких  и средних стальных отливок  имеем: 

                               

                     ∑Fпит: Fшл: Fc=1.4:1.2:1  -  расширяющаяся литниково - питающая система

 

Отсюда получаем, что  при каждом изменении сечения  соотношение площадей элементов  литниковой системы меняется примерно 0,8 .

Получаем  ξпот=0.15·5 (т.к. происходит 5 изменений сечений)

            

             3)   Потери  на   трение  о стенки  канала

 

ξпот = λ,·L/D,                                                        (6.9)

 

где         L – длина канала (Lшл=0.36 м; Lпит=0.04)

              D – гидравлический диаметр.

          

   Определяем гидравлический  диаметр  в шлакоуловителе:

                            

                                 

 

(6.10)

 

где     Re=1000  - коэффициент Рейнольдса;

h=0.15 м, высота стояка;

          ρж=7200 кг/м³ – плотность жидкого металла.;

ν=0,006/ρж=0,000000 8333– кинематическая вязкость;

θ = (1-(r/R)^2)=0.0002  

Получаем по формуле (6.10): 

                          

  

 

 

 

 

 

 

                                                                           

 

 

Определим  гидравлический диаметр в питателях:

                              

(6.11)

 

Получаем по формуле (6.9):

                              

 

 

 

                                           

 

 

Рассчитываем коэффициент  потерь на трение λ ( он зависит от режима течения расплава) :

λ = 64/ Re=64/1000=0.064

 

Для шлакоуловителя потери о  стенки составляю

                                               

(6.12)

 

 

Получаем по формуле (6.10):                          

                                  

                                                 

 

 

Для питателя потери о  стенки составляют:

               

(6.13)

 

Получаем по формуле (6.11):

 

 

 

                                               

            

 

     

 

6.2.4 Расчёт минимального сечения элемента литниковой системы

     

 Для  стальных отливок характерна расширяющаяся литниковая система, то  есть  ΣFст < ΣFшл < ΣFпит  или   Fmin =  ΣFcт

      (6.14)            

 

         где   G=45,62 кг, масса металла, заливаемого в форму;

        τ=17,76 с, продолжительность заливки;

        μ=0.335 -  коэффициент расхода;

        ρ=0.0072 кг/см³, плотность заливаемого металла;

        g=980 см/с² ускорение свободного падения;

        Нр – средний  металлостатический напор металла  в форме, см.

Расчётный металлостатический напор  зависит от положения отливки в форме и её размера и определяется по формуле:

 

 

(6.15)

где   Нс=15 см,  высота стояка от места подвода металла в форму;

        р=5 см, высота отливки от места подвода металла в форму.

        H₀=9,8 см, высота отливки

 

По формуле (6.15) получаем:

 

 

 

Получаем по формуле (6.14):

 

 

 

 

 

6.2.5 Расчёт минимальной длины шлакоуловителя, определение интервала размеров и вида, удаляемых включений

 

             Определяем скорость всплывания  шлаковой частицы:

 

                                                                             (6.16)                           

            

 

             где           g =9.8 м²/с, ускорение свободного падения;

ρм=7200 кг/м³, плотность жидкого металла;

ρш=2500 кг/м³, плотность  шлаковой частицы;

d=0,0025 м, диаметр шлаковой частицы, м;

                              с=1, коэффициент, зависящий от  коэффициента Рейнольдса.

Получаем по формуле (6.12):

                       

 

              

           

 

Определяем длину шлакоуловителя до первого питателя.

Время всплытия частички неметаллического включения:

        

 

(6.17)

             где h=0.024 м, высота шлакоуловителя;

                             ω=0.145 м²/с, скорость всплытия шлаковой частицы.

Время течения жидкого металла  в шлак:

 

                             (6.18)

 

              где           Lш – длина шлакоуловителя до первого питателя;

                              V – скорость течения жидкого металла.

В первом приближении можно принять:

    

                                       (6.19)

          

Из уравнения (6.15) имеем:            

                                            Lш/V≈ h/ω

 

Учитывая, что 

                                                                                            (6.20)    

 

где         μ=0.335  коэффициент расхода;

    g=9.81 м/с²  ускорение свободного падения;

              Н=0.15 м, высота стояка.

 

Получаем:

                  

 

(6.21)

Отсюда имеем:

                      

 

6.2.6 Определение геометрических размеров элементов литниковой системы

 

 Для  мелких стальных отливок рекомендуется соотношение:

 

∑Fпит: Fшл: Fc=1,4:1.2:1        (6.22)

 

 Выбираем незамкнутую литниковую систему и рассчитываем размеры:

 

а) Питатели     

ΣFпит=1,4·6,5 см²=9,1

  Fпит=10,89 /4 =2,27

Форма сечения питателей  – трапеция

а =  25 мм; b = 20 мм; h = 10 мм             

 

б)Шлакоуловитель 

Fшл = 1,2· ΣFпит=1.2 · 6,5 =7,8 см² 

Форма сечения шлакоуловителя – трапеция

а =  36 мм; b = 29 мм; h = 24 мм             

в)Стояк

Площадь сечения стояка в нижней части:

Fс.н. = ΣFпит = 6,5 см²

Определяем диаметр стояка в нижней части: 

 

 

 

Принимаем диаметр стояка в верхней части, т.е. в месте  соединения с литниковой чашей равным 35 мм. [5]

 

 

 

6.3    Расчёт времени затвердевания  и охлаждения отливки

 

Время охлаждения отливки складывается из 3-х этапов:

τ1 – время снятия теплоты перегрева, с;

τ2 – отвод скрытой теплоты  кристаллизации, с;

τ3 – время охлаждения до Твыб, с.

                                  

         6.3.1  Время  снятия теплоты перегрева                                 

 

 

                                     ,                                        (6.23)

 

         где      G=45,62 кг,  масса отливки;

                     С1=690 Дж/(кг·К) , теплоёмкость сплава  в твёрдом состоянии;

                     Тпер=1550 ºС, температура перегрева;

                     Тлик=1500 ºС, температура ликвидус;

                     То=20 ºС, температура окружающей  среды;

F=0,534 м², площадь поверхности отливки контактирующей с

                      литейной формой;

 

 

              (6.24)

   β – коэффициент  теплоотдачи, Вт/К.

           

          где      λ=1.04 Вт/м·К, коэффициент теплопроводности материала

           формы;

                     δ=0.075 м, средняя толщина стенки формы

 

Используя формулу (6.23) получаем

 

 

 

По формуле (6.23) определяем время снятия теплоты перегрева:

                             

 

      

 

 

6.3.2 Отвод скрытой теплоты  кристаллизации

                                                                                             

 

(6.25)

 

где     Сэф  – эффективная теплоёмкость, Дж/(кг·К);

                 Тсол=1450 ºС, температура солидус.

                  

,                                            (6.26)

 

 

 

где      L=268000 Дж/кг, удельная теплота кристаллизации.

                   

По формуле (6.26) получаем:

Определяем по формуле (6.25) время отвода скрытой теплоты кристаллизации: 

 

           6.3.3  Время охлаждения до температуры  выбивки.

           ,                              (6.27)

 

 

где      С2=840 Дж/(кг·К), теплоёмкость сплава в жидком состоянии;

 Тв=500 ºС, температура выбивки отливки.

 

По формуле (6.27) получаем:

 

 

             6.3.4  Общее время затвердевания и охлаждения.

τобщ = τ1 +  τ2 + τ3 = 138+179+3077=3400 с = 56 мин

 

6.4  Расчёт нагружения  литейной формы

        

             На литейную форму действуют  силы:

1) Сила со стороны  жидкого металла;

2) Сила Архимеда на  стержень (действует только на горизонтальные стержни)

 

             Условие для определения веса груза:

 

                                 Fт > Fме·К,

         (6.30)

             где      Fт – сила тяжести, Н;

                        Fме – сила, действующая со стороны жидкого металла, Н;

                        К=1,3 ...1,5, коэффициент запаса (принимаем К=1,4).

Определяем силу, действующую  со стороны жидкого металла:

 

 

 

                                                                 (6.31)

           где       ρ=7200 кг/м³, плотность жидкого металла;                                              

                     g=9, 81 м/с², ускорение свободного падения;

                        h=0, 032 м, расстояние от крайней верхней точки отливки до                

                        верха опоки;

                        Fп – площадь внутренней поверхности литейной формы                

                        спроецированной на плоскость  разъёма (с учётом литниковой   

                        системы), м².

Находим  Fп по следующей формуле:

 

          Fп = Fотл+Fпит+Fшлак,                                                                 (6.32)

 

           где         Fотл, Fпит, Fшлак – площади внутренней поверхности 

                         отливки, питателей и шлакоуловителя, спроецированных

                         на плоскость разъёма, м².