Бураков (Бураков С.Л. Литье в кокиль), страница 12

Диаграмма питатаиии птаниаи на прн- бмлн жень и т. д.), Все известные методы кг выбора прибылей при литье в кокиль, как и при литье в другие формы, учитывают по существу необходимое условие питания. Технод †» Ъ гдо логические приемы такого выбора при производстве в кокилях отливок из различных сплавов рассматриваются в соответствующих разделах настоящей монографии. Одним из показателей эффективности действия прибыли является глубина (дистанция) питания. Дистанция действия прибыли растет по мере увеличения критерия направленности затвердевания. Последний представляет собой тангенс угла клиновидного незатвердевшего канала. При малых значениях критерия свободное течение расплава заменяется фильтрацией.

Для последнего случая дистанцию действия прибыли можно рассчитать на основании следующих соображений. Дефицит питания пропитываемого прибылью узла й7,=(д" — ч)Р„„7.", ", Р( где 7. — зона действия прибыли, Из теории фильтрации несжи- маемои жидкости известно, что — = сопз1.

Следовательно, др дх др Л7г — — Учитывая это, из формул (43') и (46) находим А, Лр (7" — 7;)а,+4 (па+)) (ч'.— ч') а Ж вЂ” Й) (47) Выражение (47) справедливо для любых литейных форм, если выполняется условие (36). Различие заключается только в методах нахождения (б и Гз. Для приближенных расчетов в выражении (47) можно принять с)" = 1, с)' = О, 147 .= сб, 14 а- В и п4 = 1. При этих условиях Аа ЬР 2а(г,— п() ' (47') Как видно, чем длительнее процесс затвердевания отливки, тем больше дистанция действия прибыли.

В то же время увеличение давления в прибыли менее эффективно: Ь пропорционально Ь)7 в степени 1(2. Образовании эавора мемеду отливкой и кокилем 6. ОБРАЗОВАНИЕ ЗАЗОРА МЕЖДУ ОТЛИВКОЙ И КОКИЛЕМ Общая характеристика процесса. С усадкой металла связано появление газового зазора (прослойки) Х, между отливкой и кокилем.

Величина Х„зависит также от деформации формы. Изучение закономерностей изменения величины Х„относится к числу чрезвычайно важных практических задач. Как указывалось, с появлением зазора резко изменяется величина коэффициента тепло- отдачи от отливки к форме. Это видно из расчетных формул гл. 11, причем во многих случаях термическое сопротивление, создаваемое зазором, становится определяющим фактором термических условий литья. Тогда управление процессом формирования отливки путем изменения толщины покрытия кокиля оказывается неэффективным. Действительно, ).„ примерно на порядок меньше, чем )„о.

Это означает, что при Х„ = 0,5 мм создается такое же термическое сопротивление, как и при покрытии кокиля толщиной 5мм. Ясно, что в процессах литья в обычные кокили такая толщина покрытия не достижима. Очевидно в рассматриваемых условиях невозможно повысить интенсивность охлаждения отливки путем уменьшения Х,р. Так, экспериментально установлено, что при уменьшении Х,р й, следовательно, повышении интенсивности нагрева плоской стейки формы увеличивается ее коробление, что приводит к росту Х„!56!.

Таким образом, эффект, от уменьшения Х,р снимается ростом Х„. Известны процессы литья, в которых зазор создают искусственно, например для получения тонкостенных чугунных отливок без отбела. Но и в этих случаях изучение закономерностей самопроизвольного образования зазора — важная практическая задача: кокили можно раскрывать послетого, как затвердевшая корочка отливки начинает отходить от формы. Линейные размеры отливки начинают изменяться после образования сплошного твердого скелета. Согласно исследованиям А. А. Бочвара и В.

И. Добаткина, в сплавах А! — Мд, Мя — А1 и РЬ вЂ” Бп линейная усадка проявляется, когда в затвердевшем объеме остается 20 — 45% жидкой фазы. Последующее изменение размеров отливки связано с понижением ее температуры в процессе охлаждения в твердом состоянии. На кинетику изменения размеров отливки влияет' большое число факторов: состав металла, интенсивность теплообмена, размеры отливки и т.

д. Влияние этих факторов было объектом экспериментальных исследований !16, 19 !. Результаты некоторых из них приведены ниже. На рис. 28 изображены кривые изменения во времени газового зазора Х„между отливкой размером 60Х60х155 мм и чугунным кокилем. Толщина стенки кокиля Х, = 30 мм; М, = 19,73 кг; Особенности уса/)онныд нроцвсода' 1 Ко /,о ов о,в о,г а, нй~ 7 и /2 /,о о,в о,г о /а/ го/воо //й/во/-с,с вн нн /,2 /о / // / / // о,в ав Рне. 28.

Изменение гааоаоео зазора между отаие акой н кокиаем 02 о ао гм /ов /м вов- в,с Т,н = 370 К; состав краски в % по массе: 12,4 мела тонкого помола, 1,7 коллоидального графита, 3,3 жидкого стекла, 82,6 воды. Зазор измеряли между боковыми гранями отливки и кокилем с двух противоположных сторон. На графиках приведены средние значения зазора (отливка обычно усаживается в разные стороны неодинаково).

Устройство, с помощью которого измеряли величину газового зазора, описано в работах [16 и 191. Были испытаны различные металлы и сплавы. Сплав Д16 (дуралюмин) имеет следующий состав, %: 4 Сп; 1,5 Мд; 0,6 Мп; А1 — остальное (Т„а =- 779 К; Т,ик оо 921 К). Из рисунка видно, что у различных металлов усадка неодинакова. Наименьшей усадкой обладает свинец, наибольшей— алюминий и его сплавы. С увеличением начальной интенсивности теплообмена (уменьшением толщины слоя краски) величина газового зазора возрастает. Это объясняется влиянием термических напряжений, которые приводят к необратимым деформациям отливки (с ростом интенсивности теплообмена увеличиваются перепады температуры, а с ними и термические напряжения), Образование зазора между отливкой и кокилем 59 При уменьшении интенсивности теплообмена (увеличении Х,р) снижаются абсолютные значения Х„и еще больше — его относйтельные значения.

Это объясняется ростом термического сопротивления слоя краски. При достаточно больших Х„р влиянием газового зазора можно вообще пренебречь. На рис. 28 на каждом графике отмечены значения газового зазора, относящиеся к моменту полного охлаждения отливки и кокиля (г = оо). Эти данные позволяют судить о полной усадке отливки. При этом не следует упускать из виду, что при заливке кокиль имеет начальную температуру Т,„= 370 К, а при 1 = оо он охлаждается до температуры окружающей среды Т, =- 290 К.

Изменение средней температуры кокиля на 80 град. сопровождается сокращением его размеров и уменьшением газового зазора на величину 0,026 мм. Полное представление об усадке отливки, расширении и усадке кокиля и о влиянии на этот процесс температурного поля системы дает комплексная диаграмма охлаждения алюминия в форме, приведенная на рис. 29. Сопоставление этой диаграммы с кривыми, показанными на рис. 28, позволяет установить, какой характер имеет усадка металла в различных стадиях процесса.

Точный расчет газового зазора, образующегося между отливкой и кокилем, крайне затруднителен ввиду наличия необратимых деформаций металла. В работе [211 выведены простейшие формулы для расчета Х„. Установлено, что величиной газового зазора в первой и второй стадиях процесса (течение металла и отвод теплоты перегрева) можно пренебречь, так как жидкий металл очень хорошо прилегает к стенке формы (к поверхности кокильной краски).

При этом коэффициент теплопередачи к кокилю определяется простейшей формулой (см. гл. П): а, = Е,,р!Х„р. Задача об определении величины газового зазора имеет смысл только для третьей (затвердевание металла) и четвертой (охлаждение полностью затвердевшей отливки в форме) стадий процесса.

Весьма сильно изменяется величина Х„при тонкостенном кокиле, охлаждаемом в естественных условиях на воздухе, когда коэффициент аэ не очень велик. При этом кокиль разогревается до очень высокой температуры (высока средняя калориметрическая температура системы Т,) и сильно расширяется. Роль кокиля в образовании газового зазора уменьшается с ростом Х,. Очень массивный кокиль слабо прогревается и труднее деформируется, поэтому его влияние на величину Х„незначительно. Влияние средних температур отливки и кокиля.

При решении задачи о теоретическом определении величины Х„ в первом грубом приближении предполагаем, что процесс усадки (или расширения) отливки и расширения (или усадки) кокиля обусловлен только изменением средних объемных температур Т„р и Т„р. Влвянием термических напряжений, приводящих к необратимым Особенности усидоннжх процессов усадки (или расширения) твердой корки в период затвердевания отливки, м; Х,г — толщина газовой прослойки, возникающей из-за изменения размеров кокиля, м. Величина Хгг может иметь положительный или отрицательный знак. Отрицательной она бывает, например, в условиях предусадочного расширения металла.

Величина Х,г также может быть как положительной (при разогреве кокиля), так и отрицательной (при охлаждении кокиля). По выражению, аналогичному (48), рассчитывают величину газовой прослойки на четвертой стадии (охлаждение полностью затвердевшего металла). При этом Хг, заменяют величиной Х(г— прослойкой, образующейся вследствие термической усадки отливки в четвертой стадии процесса.

Формулы для определения величин, входящих в выражения (48), приведены в монографии [21). Результаты расчетов с их помощью представлены на рис. 29 в виде сплошной кривой б; точки соответствуют экспериментальным данным. Разница между опытными и расчетными значениями Хг в данном конкретном примере получилась весьма незначительной. Как и следовало ожидать, опытные точки располагаются выше расчетных, что свидетельствует о влиянии термической деформации кокиля. Влияние деформации плоского кокиля. В работе 112б) предложен метод расчета составляющей газового зазора Хйг, которая образуется вследствие упругой деформации (коробления) плох ского кокиля.