Бураков (Бураков С.Л. Литье в кокиль), страница 5

Влияние толецйны стенки кокнля. Одйим из центральных вопросов является влияние толшины стенки кокиля на условия охлаждения отливки. Изучали его многие авторы. В работах 119, 107) кратко излагаются история вопроса и точки зрения различных авторов. Очень четко сформулирована задача Н. Н. Рубцовым и Г. Ф. Баландиным. В книге (19) теоретически и экспериментально показано, что толшина кокиля влияет на процесс затвердевания по-разному, в зависимости от относительных, а также абсолютных размеров отливки и формы, температурных условий процесса и т. д. В частности установлено, что при увеличении (от нуля) толщины Х, стенки кокиля по сравнению с половиной толщины Х, стальной или чугунной отливки время 1, полного затвердевания металла (прн Х, = сопз1) вначале несколько возрастает (скорость затвердевания падает).

Это объясняется повышением термического сопротивления формы при передаче теплоты от отливки к окружающей среде. Затем кривая проходит через максимум и после этого время затвердевания резко падает. При этом снижается роль теплоты, переданной в окружающую среду, и возрастает роль теплоаккумулирующей способности формы. При достаточно больших Х, толщина стенки кокиля практически перестает влиять на время и скорость затвердевания отливки. Впоследствии все эти выводы были многократно теоретически и экспериментально проверены и подтверждены !21, 25]. Весьма существенно то, что влияние Х, зависит от кривизны стенки кокиля.

В массивном цилиндрическом кокиле с полостью малого диаметра 2Х1 дивергенция (расхождение) температурного поля на поверхности соприкосновения с отливкой значительно больше, чем в кокиле с полостью большого диаметра. Дивергенция имеет максимальное значение при Х, — О. При больших Х, дивергенция стремится к нулю, т.

е. при больших Х, цилиндрический кокиль по своим свойствам приближается к плоскому. Чем выше дивергенция, тем больше скорость теплоотвода. Поэтому скорость теплоотвода в кокиль при больших Х, заметно ниже, чем при малых. Минимальная скорость получается при Х, ао, т. е. у плоской стенки [25 ). Точно такая же картина днвергенции наблюдается у отливки: с увеличением Х, дивергенция в ее поверхностном слое уменьшается, что также приводит к снижению скорости теплоотвода.

Из всего сказанного становится ясной сложная картина влияния толщины стенки формы на процесс затвердевания отливки. Понятно также, почему в литературе можно встретить самые противоречивые мнения по этому вопросу — различные авторы проводили свои эксперименты в неодинаковых условиях, поэтому Тепловые основы аварии лшиья в налило некоторые из них пришли к выводу, что с ростом Х, скорость затвердевания отливки уменьшается, другие утверждают, что с увеличением Х, скорость затвердевания возрастает, и, наконец, третьи считают, что Х, на скорость затвердевания не влияет. В действительности правы все исследователи: в определенных условиях при небольшом изменении Х, может наблюдаться любая из перечисленных картин. Современное состояние термодинамической теории литья позволяет в каждом конкретном случае рассчитать фактическую зависимость скорости затвердевания металла от толщины Х, стенки формы. При этом важно помнить, что на скорость затвердевания существенное влияние оказывают температурные условия процесса, абсолютные размеры отливки и формы, их конфигурация, термофизические свойства, условия внешнего охлаждения формы и т.

д. В соответствии с этим и конкретизируется относительная роль толщины стенки металлической формы Х,. Влияние начальной температуры кокиля. Если отливка охлаждается в тонкостенном кокиле, то Т,„практически не влияет на процесс. Это объясняется пренебрежимо малой теплоаккумулирующей способностью формы в сравнении с теплоаккумулирующей способностью отливки. 0 влиянии Т,„массивного кокиля на условия охлаждения отливки можно судить по формуле (8): чем больше относительная масса формы 1или Х,: Х,), тем значительнее роль Т„,.

В условиях естественного охлаждения и при Х,: Х, > 1 эта роль становится определяющей. К такому выводу легко прийти, если вспомнить, что при данном условии влияние О,„, пренебрежимо мало. 3. ТЕРМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОТЛИВКИ В ОБЛИЦОВАННОМ КОКИЛЕ * Особенности процесса. В технологии литья в облицованные кокили тепловые расчеты процесса формирования отливки играют особую роль: природа облицованного кокиля создает возможность управления условиями охлаждения каждого элемента отливки.

Достигается это выбором различной толщины облицовки для каждого элемента. Для термических условий формирования отливки в облицованном кокиле с толстослойным покрытием (см. рис. 4, в) принципиальное значение имеет тот факт, что толщина облицовки Х,о соизмерима с характерным размером отливки Х,. Анализ тепловых процессов, протекающих при данном условии, показал следующее. Период охлаждения отливки может быть достаточно четко разделен на стадии. На стадии заливки тепловая роль кокиля * Особенности технологии литья в облицованные кокили рассмотрены в гя. ХН111. Теряические условия формирования отливки чрезвычайно мала.

Поэтому первые порции металла в облицованном кокиле охлаждаются так же, как и в обычной песчаной форме. На последующих стадиях процесса кокнль играет заметную роль. При этом температурные перепады по толщинам стенок отливки бТ, и кокиля бТв пренебрежимо малы по сравнению с перепадом температур ЬТ„с по толщине облицовки. Облицовка в подавляющем большинстве случаев представляет собой плоскую в термическом смысле стенку: Х,о значительно меньше радиуса кривизны элемента отливки.

Теплообмен в системе отливка — облицовка — кокиль осложняется. термическими сопротивлениями на поверхностях контакта этих тел. Сопротивления возникают вследствие деформационных явлений (коробления кокиля, отслоения облицовки, усадки отливки и т. п.), а также нагара — отложения продуктов термической диссоциации материала облицовки. Термические сопротивления могут быть и результатом технологических мероприятий: окраски облицовки противопригарной либо другой краской, нанесения на кокиль разделительного подслоя, включая анодирование поверхности алюминиевого облицованного кокиля.

Основные положения сформулированного физического механизма процесса теплообмена в системе отливка — облицованный кокиль подтверждаются экспериментами. Результаты некоторых из них приводятся ниже. Лабораторные формы состояли из двух пластин размером 58,5х 200 х 200 мм общей массой 36 кг. Облицовка представляла собой кварцевый песок, плакированный 2% связующего ПК-104. Облицовка твердела при 453 — 473 К в течение 120 с. Температуры облицовок и кокилей измеряли с помощью ХА — термопар из проволоки диаметром 0,5 мм и многоточечного потеициометра ЭПП-09.

Формы заливали в вертикальном положении. Опыты проводили с технически чистым алюминием, чугуном и сталью. Для измерения температур алеоминиевых и чугунных отливок применяли ХА-термопары из проволоки диаметром 0,5 мм, а для измерения температур стальных отливок — ПП-термопары из проволоки такого же диаметра. В последнем случае спаи защищали наконечниками из кварцевого стекла. На рис.

7 в качестве примера показаны температурные поля чугунной (3,52 — 3,63% С, 2,2 — 2,43% 51, 0,45 — 0,65в4 Мп, до 0,03% 5 и до 0,05% Р) отливки, облицовки и кокиля в зависимости от Х,„. Из этих данных следует, что бТ, и ЬТв пренебрежимо малы в сравнении с ЬТ„при различных толщинах облицовки, входящих в применяемый на практике интервал значений Х, . Наблюдаются также скачки температур на границе отливка — облицовка, что объясняется образованием на этой границе газового зазора. Обработкой экспериментальных данных, полученных в описанных условиях, была найдена примерная величина газового 24 Твпловьк осноих теории литья в кокиль щ.щщ ь „сщь щ щах дщх щ щ щ й 'й щ щ ьщ Ихщьщщ и щ ащ.